Geri Dön

Optimal resource allocation for delay and energy constrained wireless networks

Gecikme ve enerji kısıtlı kablosuz ağlarda optimal kaynak özgüleme

PDF İndir

  1. Tez No: 414050
  2. Yazar: YALÇIN ŞADİ
  3. Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. SİNEM ÇÖLERİ ERGEN
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2015
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Koç Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 197

Özet

Bu tezde, gecikme ve enerji kısıtlı kablosuz ağlarda kaynak özgüleme incelenmektedir. Kablosuz Ağlı Kontrol Sistemler (KAKS) ve hücresel ağlar üzerindeki Makineler Arası Haberleşme (MAH) alanlarındaki uygulamalar ve servisler yaygınlaştıkça, enerji ve gecikme gerekliliklerinin haberleşme sistemlerinin tasarlanmasındaki önemi artmaktadır. Kablosuz algılayıcılar ve cihazlar çoğunlukla kısıtlı kapasiteli bataryalarla ya da enerji toplama teknikleriyle çalıştığından, enerji haberleşme sistemlerinin tasarımındaki anahtar noktalardan biridir. Diğer taraftan gecikme, birçok kablosuz uygulama, bilginin zamanında ve yüksek güvenilirlikle gönderilmesinin çok önemli olduğu zaman-kısıtlı uygulamalar olduğundan, önemli bir tasarım ölçevidir. İlk olarak, KAKS'lerin daha fazla yaygınlaşmasına öncülük edebilecek şekilde, kontrol ve haberleşme sistemlerinin her iki sistemin etkin soyutlamasını içeren ortak eniyilemesi için özgün bir çerçeve sunmaktayız. Kontrol sisteminin modellemesi için, olasılıksal maksimum izin verilebilir transfer aralığı ve maksimum izin verilebilir gecikme kısıtları kablosuz ağ kaynaklı kusurlar da dikkate alınarak etkin soyutlamalar olarak kullanılmıştır. Haberleşme sistemi ise kontrol sistemi parametrelerinin kullanıldığı güç tüketim modeli ve çizelgelenebilirlik kısıtıyla sunulmuştur. Hem eniyileme problemlerinin optimal koşullarının analitik çözümlemesi hem de hızlı buluşsal yöntemler kullanılarak, ağ düğümlerinin güç tüketiminin azalmayan fonksiyonu olan herhangi bir amaç işlevi, farklı çizelgeleme algoritmaları ve kipleme teknikleri için uygulanabilir enerji-verimli kaynak özgüleme yöntemleri önerilmiştir. İkinci olarak, KAKS'lerde çizelgeleme için algılayıcıların periyodik veri gönderimi özelliğinden faydalanan yeni bir uyarlanabilirlik ölçevi önermekteyiz. Bu ölçevi kullanarak, amaç işlevi çizelgelerin veri paketi kayıplarına ve ağ ilingesindeki değişikliklere maksimum seviyede uyarlanabilirlik göstermesini sağlamak olan ve aynı zamanda algılayıcıların periyodik veri gönderimi, veri gönderim süresi, enerji ve güvenilirlik kısıtlarını da dikkate alan özgün bir eniyileme yaklaşımı sunmaktayız. Bu eniyileme problemini hızlı ve etkin şekilde çözmek amacıyla, buluşsal çizelgeleme algoritmaları için bir tasarım çerçevesi önerilmiştir. Üçüncü olarak, kablosuz tasarsız ağlarda minimum uzunlukta çizelgeleme problemi, bir veri paketinin gönderimi süresince durdurulamayacağı ve birden fazla zaman yuvasında gönderilmek üzere birden fazla veri yığınına ayrılamayacağı anlamına gelen paket-bazlı veri gönderimi ele alınarak incelenmiştir. Ortak eniyileme probleminin formüle edilmesi ve zorluğunun ispatlanmasının ardından, güç yönetimi ve veri transfer hızı adaptasyonu probleminin çizelgeleme probleminden ayrılabileceği gösterilmiştir. Daha sonra, güç yönetimi ve veri transfer hızı adaptasyonu problemi, her biri tamsayıda paketi aynı anda gönderecek linklerin eşzamanlı gönderimi için gereken sürenin enküçültmesi şeklinde özgün bir problem olarak verilmiştir. Bu problemin çözümü, ortak eniyileme probleminin büyük-ölçekli bir Tamsayı Programlama (TP) problemi olan saf bir çizelgeleme problemi olarak formüle edilmesini sağlamaktadır. Bu TP probleminin çözümü için eniyileme teorisinde kullanılan bazı algoritmaları temel alan buluşsal algoritmalar kullanılmıştır. Dördüncü olarak, Ultra Geniş Bant kablosuz ağlarda gecikme enküçültme ve gecikme kısıtlı enerji enküçültme problemleri için, optimal güç kontolü ve veri gönderim hızı adaptasyonu stratejileri ve hızlı çizelgeleme algoritmaları önerilmiştir.

Özet (Çeviri)

In this thesis, the resource allocation in delay and energy constrained wireless networks is investigated. As the wireless applications and services in wireless networked control systems (WNCSs) and machine-to-machine communication (M2M) over cellular systems become widespread, energy and delay gain more importance in design of communication systems. Energy is one of the key concerns of communication system design since wireless sensors or devices mostly rely on batteries with limited capacity or energy harvesting techniques. Delay, on the other hand, is an important design metric since many wireless applications are time-critical in which timely delivery of information with high level of reliability is of paramount importance. First, we provide a novel framework for the joint optimization of controller and communication systems encompassing efficient abstractions of both systems for WNCSs, which may lead to broader adoption and real-world deployment. For the control system model, stochastic maximum allowable transfer interval and maximum allowable delay constraints are used as efficient abstractions considering wireless network induced imperfections. Communication system is presented via power consumption model and schedulability constraint using the control system parameters. Using both analytical analysis on the optimality conditions of the optimization problems and fast heuristics, energy efficient resource allocation methods are proposed for any power-related objective which is a non-decreasing function of the power consumptions of the nodes, different modulation schemes including MQAM and MFSK and scheduling algorithms. Second, we propose a new adaptivity metric for scheduling which exploits the periodic transmission nature of the sensor nodes in WNCSs. Using this metric, we provide a novel optimization approach with the objective of providing maximum adaptivity in schedule accommodating packet losses and changes in network topology while considering the constraints of the individual sensor nodes in terms of periodic data generation, transmission delay, energy and reliability. In order to solve the joint optimization problem fast and efficiently, we propose a design framework for heuristic scheduling algorithms. Third, we investigate the minimum length scheduling problem in wireless ad hoc networks considering packetized transmissions meaning that packet transmission of a node cannot be interrupted and divided into multiple chunks to be transmitted in different time slots due to impracticality and suboptimality reasons. Upon formulating the joint optimization problem and proving its NP-hardness, we show that the power control and rate adaptation problem can be separated from the scheduling problem. Then, we introduce a novel problem for the optimization of power control and rate adaptation where the time required for the concurrent transmission of a set of links each having an integer number of packets is minimized. Solving this problem allows formulation of the joint problem as a pure scheduling problem which is a large-scale Integer Programming (IP) problem. In order to solve this large-scale IP problem, we incorporate elegant Branch and Price Method and Column Generation method based heuristic algorithms. Fourth, we propose optimal power control and rate allocation strategies and fast scheduling algorithms based on column generation method for delay minimization and delay constrained energy minimization problems in Ultra Wide Band (UWB) wireless networks.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    309426

    Cooperative diversity architecture for wireless networks

    Kablosuz ağlar için işbirlikçi çeşitleme mimarisi

    MUHARREM SARPER GÖKTÜRK

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2011

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSabancı Üniversitesi

    Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ÖZGÜR GÜRBÜZ

  2. Tez No

    639249

    Machine learning based multi-scale joint forecasting-scheduling for the internet of things

    Nesnelerin interneti için makine öğrenmesi tabanlı çok ölçekli bütünleşik tahminleme-çizelgeleme

    MERT NAKIP

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYaşar Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. VOLKAN RODOPLU

    PROF. DR. CÜNEYT GÜZELİŞ

  3. Tez No

    100661

    Düşük bir hızlarında konuşma kodlama ve uygulamaları

    Low bit rate speech coding and applications

    TARIK AŞKIN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    1999

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    PROF.DR. GÜNSEL DURUSOY

  4. Tez No

    520301

    Visible light positioning systems: Fundamental limits, algorithms and resource allocation approaches

    Görünür ışık konumlandırma sistemleri: Temel sınırlar, algoritmalar ve kaynak tahsisi yaklaşımları

    MUSA FURKAN KESKİN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SİNAN GEZİCİ

  5. Tez No

    897790

    A new MILP formulation for crude oil scheduling optimization: A case study in a Turkish refinery

    Ham petrol planlama optimizasyonu için yeni bir MILP formülasyonu: Bir Türk rafinerisinde vaka çalışması

    İREM MARTTİN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Endüstri ve Endüstri Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ÖZGÜR KABAK

Geri Dön