Optimal scheduling for full duplex wireless powered communication networks
Tam çift yönlü kablosuz güçlendirilmiş iletişim ağları için optimum zamanlama
- Tez No: 653384
- Danışmanlar: PROF. DR. SİNEM ÇOLERİ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 194
Özet
Tez özet Türkçe ve İnglizce Özet: En son sunulan Ericson değişkenlik raporuna göre, 2025 yılına kadar 24.6 milyar sensör düğümünün kurulması bekleniyor. Devasa bir batarya ile çalışan kurulumun ömrünün arttırılması, verimli spektrum kullanımı ve sıkı gecikme gereksinimleri çözülmesi gereken ana zorluklardır. Bu zorlukların çözümünde enerji depolama/saklama özelliklerine sahip düşük güçlü alıcı-vericiler, akıllı ortam erişim protokolü ve çift yönlü (FD) iletişim \linebreak teknikleri kullanılabilir. Bunlara istinaden, bir hibrit erişim noktasının radyo frekansı sinyallerini kullanarak kablosuz enerji elde ettiği ve kullanıcıların bu enerjiyi bilgi iletmek için kullandığı FD kablosuz destekli bir iletişim ağı (WPCN) üzerine bir çalışma başlattık. Bu tezde, trafik talebi, enerji nedenselliği, kullanıcıların maximum iletim gücüne tabi olan minimum uzunluk programlama problemi (MLSP) ve toplam verim maksimizasyon problemlerini (STMP) sürekli oran (CR), ayrık oran (DR) ve sabit iletim oranı yönünden inceledik. Doğası gereği, yeni formüle edilmiş optimizasyon problemleri dış bükey olmayıp ve kombinasyonel olduğundan küresel bir optimum için çözülmesi zordur. Buna bağlı olarak yine bu tezde, güç kontrol problemi (PCP) ve zamanlama problemlerinin optimum bir sekilde çözülebileceğini ayrı ayrı ispatladık. CR-MLSP senaryosunda PCP problemini Karush-Kuhn-Tucker koşullarını kullanarak çözdük. Zaman planlama için, problemi toplam ceza minimizasyonu problemi olarak yeniden formüle edilmesine olanak sağlayan bir ceza fonksiyonu ortaya çıkardık. Ceza fonksiyonunun ve eniyilik analizinin niteliklerine göre, akıllı budama tekniklerini kullanan iki polinom zamanlı sezgisel algoritmalar ve karmaşıklığı azaltılmış kesin bir algoritma önerdik. Sonra, sınırlı konfigürasyonlara sahip düşük güçlü alıcı-vericiler kullanması beklenen WPCN'ler için, bu durumu çözecek kullanıcıların sınırlı bir ayrık oran seviyeleri kümesinden oran seçtiği özgün bir DR-MLSP zamanlama seti önerdik. PCP'yi optimal olarak karar verme süresinden sonra herhangi bir zamanda iletime başlarken minimum iletim tamamlama süresi olarak tanımlanan minimum uzunluk planlama (MLS) slotunun eniyilik niteliklerini kullanarak çözdük. Sonra, problemi MLS slotlarının zaman içerisinde örtüşüp örtüşmediğine göre sınıflandırdık. Örtüşmeyen slot problemini MLS slotlarının tahsisi ve kullanıcının en erken iletim slotu problemini en erken MLS slotunu atayarak çözen bir polinom-zamanlı sezgisel bir algoritma ya dayanarak tanımladığımız özgün bir algoritmayla optimal bir şekilde çözdük. Ayrıca, sabit ve sürekli oran modelleri için kullanıcıların eşzamanlı aktarımına sahip çok hücreli bir WPCN üzerine çalıştık. PCP'yi, sırasıyla Perron-Frobenius ölçümlerine ve ikiye bölme yönteminin sabit ve sürekli oran durumlarında kullanımına dayalı optimum algoritmalar kullanarak çözdük. Bunun üstüne, PCP çözümlerini zaman planlama problemlerini çözmek için kullandık. CR zaman planlama problemi için, eşzamanlı olarak iletim yapan bir set içindeki her bir kullanıcı üzerindeki izin verilen girişimi maksimize etmeyi amaçlayan bir sezgisel algoritma önerdik. CR zaman planlama problemi için, daha önce bahsedilen kullanıcıların eşzamanlı iletiminin bireysel iletiminden daha avantajlı olduğunu gösteren özgün bir ceza fonksiyonu tanımladık. Daha sonra, eniyilik analizini ve MLSP ile cezaların minimize edilmesi arasındaki eşdeğerliğin gösterilmesini takiben, zamanlama üzerindeki toplam cezaları en aza indirgemek için kullanıcıları eşzamanlı olarak tahsis eden bir sezgisel algoritma önerdik. Buna ek olarak, tek atlama ve röle tabanlı WPCN icin kullanıcıların ya sabit güçte iletim yaptıkları ya da sessiz kaldığı bir açma-kapama iletim şeması tasarladık. Tek atlama problemini çözen polinom zamanlı optimal bir algoritma önerdik. Röle tabanlı sistem için, bir eniyilik analizini takiben, optimum çözüme çok yakın performans gösteren bir sezgisel algoritma önerdik. Son olarak, CR-STMP'de PCP'nin dışbükey olduğu ve optimal bir çözümü olduğunu kanıtladık. Zaman planlama için, türetilmiş eniyilik koşullarına dayalı olarak, optimuma çok yakın bir çözüm gerçekleştiren hızlı bir sezgisel algoritma önerdik. Ardından, oran adaptasyonu ve iletim zamanını belirlemek için özgün bir DR-STMP yapı oluşturduk. Çözümün sonuçlarını inceledik, oran adaptasyonu ve zaman planlama problemi için bir polinom zamanlı özgün sezgisel algoritma geliştirdik.
Özet (Çeviri)
According to recent Ericsson mobility report, 24.6 billion sensor nodes are expected to be installed by 2025. Increasing the lifetime of this massive battery-powered installation, efficient spectrum utilization and strict delay requirements are the major challenges. Low power transceivers with energy harvesting capability, intelligent medium access protocol and full-duplex (FD) communication can overcome these challenges. Therefore, we investigate a FD wireless powered communication network (WPCN), in which a hybrid access point transmits wireless energy by using radio frequency signals and users harvest this energy to transmit information. We consider minimum length scheduling problem (MLSP) and sum throughput maximization problem (STMP) subject to traffic demand, energy causality and maximum transmit power of the users for a continuous rate (CR), discrete rate (DR) and constant transmission rate models. The novel formulated optimization problems are non-convex and combinatorial in nature, thus, difficult to solve for the global optimum. As a solution strategy, we demonstrate that the power control problems (PCPs) and scheduling problems can be solved separately in the optimal solution. For CR-MLSP, we optimally solve the PCP by evaluating Karush-Kuhn-Tucker conditions. For the scheduling, we introduce a penalty function allowing reformulation of problem as a sum penalty minimization problem. Based on the characteristics of the penalty function and optimality analysis, we propose two polynomial-time heuristic algorithms and a reduced-complexity exact algorithm employing smart pruning techniques. Next, many WPCNs are expected to use low-power transceivers with finite discrete configurations, we consider a novel DR-MLSP, where users select a rate from a finite set of discrete-rate levels. We optimally solve the PCP by using the optimality conditions of minimum length scheduling (MLS) slot, which is defined as a slot of minimum transmission completion time while starting transmission at any time after the decision time. Then, for scheduling, we classify the problem based on whether the MLS slots of the users overlap over time. We present the optimal algorithm for non-overlapping slot scenario based on the allocation of MLS slots, and a polynomial-time heuristic algorithm for overlapping scenario by allocating the transmission slot to the user with earliest MLS slot. Besides, we consider a multi-cell WPCN with concurrent transmission of users for constant and continuous rate models. We solve the PCPs by proposing optimal algorithms based on the evaluation of Perron-Frobenius conditions and usage of bisection method for constant and continuous rate models, respectively. Then, the solutions of PCPs are used to solve the scheduling problems. For the constant rate scheduling problem, we propose a heuristic algorithm which aims at maximizing the allowable interference on each user within a concurrently transmitting set. For the CR scheduling problem, we define a penalty function representing the advantage of concurrent transmission over individual transmission of those users. Then, following the optimality analysis and demonstration of the equivalence between MLSP and minimization of the sum of penalties, we propose a heuristic algorithm which allocates the users concurrently to minimize the sum penalties over the schedule. Furthermore, we consider an on-off transmission scheme for a single hop and relay-based WPCN, in which users either transmit at constant power or remain silent. For single hop problem, we propose a polynomial-time optimal scheduling algorithm. For relay-based system, following an optimality analysis, we propose a heuristic algorithm that performs very close to the optimal solution. Finally, for the CR-STMP, the PCP is proven to be convex and solved optimally. For scheduling, based on the derived optimality conditions, we propose a fast heuristic algorithm, which performs very close-to-optimal solution. Then, we characterize a novel optimization framework for DR-STMP to determine the rate adaptation and transmission schedule. We investigate the characteristics of the solution and propose a polynomial time heuristic algorithm for rate adaptation and scheduling problem.
Benzer Tezler
- Optimization framework for simultaneous transmit and receive operations in wireless local area network
Kablosuz yerel alan ağında eş zamanlı iletim ve alım eniyilemesi
EGE BİLALOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Endüstri ve Endüstri Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiEndüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OYA KARAŞAN
- Green cooperative spectrum sensing and scheduling in heterogeneous cognitive radio networks
Başlık çevirisi yok
ABDULKADİR ÇELİK
Doktora
İngilizce
2016
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolIowa State UniversityPROF. AHMED E. KAMAL
- Comparison of maintenance policies in a serial production system with finite buffers
Sonlu ara stoklu seri üretim sistemlerinde bakım politikalarının mukayesesi
BAHA GÜNEY
Doktora
İngilizce
1998
Mühendislik BilimleriMarmara Üniversitesiİşletme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NÜKET YETİŞ
- Atölye tipi üretim için modüler çizelgeleme ve kontrol paketi
Modular scheduling and control package for job shop production
EMİN GÜNDOĞAR
Doktora
Türkçe
1991
Endüstri ve Endüstri Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. MURAT DİNÇMEN
- Bulanık çok modlu kaynak kısıtlı proje çizelgeleme problemlerinin çözümü için matematiksel bir model
A mathematical model for the solution of the fuzzy multi mode resource-constrained project scheduling problems
ÖMER ATLI
Doktora
Türkçe
2012
Endüstri ve Endüstri MühendisliğiHava Harp Okulu KomutanlığıEndüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CENGİZ KAHRAMAN