Energy-delay and energy-age trade-off in sleep-wake scheduling of queuing systems
Kuyruk sistemlerinde uyku-uyanıklık zamanlamasında enerji-gecikme ve enerji-bilgi yaşı dengelemesi
- Tez No: 968116
- Danışmanlar: PROF. NAİL AKAR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 113
Özet
Enerji tüketimini en aza indirirken Hizmet Kalitesi (QoS) gereksinimlerini karşılamak, yeni nesil ağların (NGN'ler) verimli ve başarılı bir şekilde devreye alınması için kritik bir hedef haline gelmiştir. Enerji verimliliğini artırmayı amaçlayan çeşitli mekanizmalar arasında, uyku-uyanıklık zamanlaması öne çıkan bir yaklaşım olarak dikkat çekmektedir. Bu mekanizma, düğümün iletim modülünün bazı bileşenlerini geçici olarak kapatarak enerji tasarrufu sağlamasına olanak tanır; ancak bu, potansiyel QoS bozulması pahasına olabilir. Uyku ve Aktif çalışma modları arasındaki geçişi yönetmek için hem akademik hem de endüstriyel bağlamlarda çok sayıda uyku-uyanıklık zamanlama stratejisi önerilmiştir. Mevcut yöntemlerin çoğu, yalnızca dar bir QoS ölçütü kümesine odaklanmakta ve geleneksel algoritmik yaklaşımları kullanmaktadır. Ancak iletişim sistemleri karmaşıklaştıkça ve çeşitlendikçe, daha geniş bir QoS yelpazesini karşılayabilecek gelişmiş mekanizmalara olan ihtiyaç artmaktadır. Buna paralel olarak, hesaplama yeteneklerindeki ilerlemeler, model öngörülü kontrol (MPC) gibi dinamik ortamlara daha iyi uyum sağlayabilen gelişmiş kontrol sistemlerinin entegrasyonunu mümkün kılmaktadır. Bu gelişmelerden ilhamla, bu tez iletişim sistemlerinde yenilikçi uyku-uyanıklık zamanlama stratejilerinin uygulanmasını araştırmaktadır. Özellikle, uyku-uyanıklık zamanlamasının analiz ve kontrolü için QoS ölçütleri olarak bilgi güncelliği ve gecikmeyi ele alıyoruz. İlk olarak, MPC ve kuyruk teorisinden yararlanan, Enerji Verimli Ethernet (EEE) için yeni bir açık döngü dinamik birleştirme yöntemi sunuyoruz.“MPC-mean”olarak adlandırılan ilk önerdiğimiz yöntem, ortalama kuyruk bekleme süresi üzerindeki kısıtları koruyarak Ethernet bağlantılarının enerji tüketimini azaltmayı amaçlamaktadır. Buna ek olarak, kuyruk bekleme sürelerinin kuyruk dağılımını yönetmeye odaklanan“MPC-tail”adında başka bir MPC tabanlı yaklaşım daha öneriyoruz. Ethernet arayüzlerinin ötesinde, düğümlerin Uyku (veya Düşük Güç) ve Aktif modlar arasında geçiş yaptığı Nesnelerin İnterneti (IoT) sensör ağlarında bilgi güncelliğini de inceliyoruz. Zamanlayıcı tabanlı uyku-uyanıklık zamanlaması kullanılarak, enerji tüketimi ile hatalı bilginin yaşı arasındaki denge analiz edilmektedir. Önerilen tekniklerin performansını ve verimliliğini doğrulamak amacıyla kapsamlı sayısal simülasyonlar sunulmaktadır.
Özet (Çeviri)
Minimizing energy consumption while satisfying Quality of Service (QoS) requirements has become a critical objective for the efficient and successful deployment of next-generation networks (NGNs). Sleep-wake scheduling stands out as a prominent approach among various mechanisms that aim to enhance energy efficiency. This mechanism allows the node to save energy by temporarily turning off the components of its transmission module, albeit at the cost of potential QoS degradation. Numerous sleep-wake scheduling strategies have been proposed in both academic and industrial contexts to manage the transition between Sleep and Active operational modes. Most of the existing methods focus on a narrow set of QoS metrics while employing conventional algorithmic approaches. As communication systems grow in complexity and diversity, there is an increasing need for more advanced mechanisms that can accommodate a broader range of QoS considerations. In parallel, the advances in computational capabilities support the integration of sophisticated control systems, such as model predictive control (MPC), which offer greater adaptability to dynamic environments. Motivated by these developments, this thesis explores the application of innovative sleep-wake scheduling strategies in communication systems. In particular, we consider (i) delay (ii) information freshness, as the QoS metrics for the analysis and control of sleep-wake scheduling in two separate settings. In the first setting, we introduce a novel open-loop dynamic coalescing method for Energy Efficient Ethernet (EEE), which leverages MPC and queuing theory. Our first proposed method, referred to as MPC-mean, aims to reduce the energy consumption of Ethernet links while maintaining constraints on the average queue waiting time. Additionally, we propose another MPC-based approach, called MPC-tail, which focuses on controlling the tail distribution of queue waiting times. Beyond Ethernet interfaces, we investigate information freshness in Internet of Things (IoT) sensor networks, where nodes alternate between Sleep (or Low-power) and Active modes. We analyse the trade-off between energy consumption and the Age of Incorrect Information (AoII) using timer-based sleep-wake scheduling. To validate the performance and efficiency of our proposed techniques, we provide extensive numerical simulations.
Benzer Tezler
- Büyüme ve gelişme geriliği olan çocukların serbest plazma aminoasit profili ve mTOR(Mammalian target of rapamycin) protein düzeyinin araştırılması
Examining the level of free plasma amino acid profiles and mTOR (Mammalian target of rapamycin) protein in the children with growth and developmental delay
MUHAMMED ŞEYHANLI
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2018
Çocuk Sağlığı ve HastalıklarıHarran ÜniversitesiPediatri Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ AHMET GÜZELÇİÇEK
- Çeşitli büyüklüklerdeki alışveriş mekanlarını aydınlatma sistemleri tasarım ilkeleri
Designing principles of lighting systems in store designs of various types
HALE İKİZLER
Yüksek Lisans
Türkçe
1996
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET Ş. KÜÇÜKDOĞU
- Tip 1 diyabetli çocuk ve adolesanların enerji ve besin ögeleri alımlarının değerlendirilmesi
The evaluation of energy and nutrient intake of children and adolescents with TYPE 1 diabetes
BEYZA ELİUZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Beslenme ve Diyetetikİstanbul ÜniversitesiPediatrik Temel Bilimler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RÜVEYDE BUNDAK
- Bursa Dörtçelik Çocuk Hastalıkları Hastanesi Diyet Polikliniğine başvuran 6-17 yaş arası bireylerin şekerli ve gazlı içecek tüketimi ve sağlık üzerine etkileri
Bursa Dortcelik Pediatric Diseases Hospital administration to diet policy effects of 6-17 years of individuals on sugar and carbonated drink consumption and health
ÖZLEM TABAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Beslenme ve Diyetetikİstanbul Okan ÜniversitesiDR. ÖĞR. ÜYESİ ŞAHENDE ESİN ŞEKER
- Malnutrisyon tanısı alan hastalarda organik sebeplerin araştırılması
Investigation of organic causes in patients diagnosed with malnutrition
FATMA ERK KARADENİZ
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2024
Çocuk Sağlığı ve HastalıklarıDicle ÜniversitesiÇocuk Sağlığı ve Hastalıkları Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HALİL KOCAMAZ