E-Locus - Ιδρυματικό Καταθετήριο Πανεπιστημίου Κρήτης

Αρχική Συλλογές Σχολή/Τμήμα Σχολή Θετικών και Τεχνολογικών Επιστημών Τμήμα Επιστήμης Υπολογιστών Διδακτορικές διατριβές

Διδακτορικές διατριβές

Τρέχουσα Εγγραφή: 76 από 121

[Προσθήκη στο καλάθι]

Κωδικός Πόρου

000375301

Τίτλος

Network-Level Cooperation: Throughput, Stability, and Energy Issues

Άλλος τίτλος

Συνεργασία σε επίπεδο δικτύου :Θέματα διαμεταγωγής, ευστάθειας και ενέργειας

Συγγραφέας

Παππάς, Νικόλαος Δημήτριος

Σύμβουλος διατριβής

Τραγανίτης, Απόστολος

Περίληψη

Η συνεργασία στις ασύρματες επικοινωνίες, συμβάλλει στο να αντιμετωπιστούν τα προβλήματα της εξασθένισης και των διαλείψεων στο ασύρματο κανάλι. Ο κύριος στόχος είναι να αυξηθεί ο ρυθμός διαμεταγωγής σε ένα δίκτυο καθώς και η αξιοπιστία των χρονικά μεταβαλλόμενων ζεύξεων. Είναι γνωστό ότι οι ασύρματες επικοινωνίες μπορούν να επωφεληθούν από την συνεργασία ανάμεσα στους κόμβους λόγω της φύσης της ασύρματης μετάδοσης. Προς το παρόν η πλειοψηφία των τεχνικών συνεργασίας περιορίζεται στο φυσικό επίπεδο. Η συνεργασία σε επίπεδο δικτύου ορίζεται ως η απλή αναμετάδοση χωρίς καμιά ανάμιξη του φυσικού επιπέδου. Υπάρχουν ενδείξεις ότι η συνεργασία σε επίπεδο δικτύου μπορεί να έχει παρόμοια οφέλη με την συνεργασία στο φυσικό επίπεδο, ταυτόχρονα όμως είναι πιο απλή στην υλοποίηση. Στο πρώτο μέρος της διατριβής, μελετάμε την λειτουργία ενός κόμβου που αναμεταδίδει πακέτα από πολλούς χρήστες σε έναν προορισμό. Θεωρήσαμε την περίπτωση όπου ο αναμεταδότης δεν έχει δικά του πακέτα και απλά αναμεταδίδει πακέτα από τους χρήστες Οι χρήστες έχουν κορεσμένες ουρές, η πρόσβαση στο ασύρματο κανάλι είναι τυχαία ενώ επιτρέπεται η ταυτόχρονη μετάδοση πολλαπλών πακέτων. Μελετήσαμε αναλυτικά την ευστάθεια στην ουρά του αναμεταδότη (δηλαδή τις συνθήκες για τις οποίες είναι φραγμένη). Μελετήσαμε αναλυτικά το ρυθμό διαμεταγωγής ανά χρήστη καθώς και τον συνολικό ρυθμό και βρήκαμε τις συνθήκες κάτω από τις οποίες ο αναμεταδότης προσφέρει όφελος στο δίκτυο. Ένα επίσης χρήσιμο αποτέλεσμα που προέκυψε από αυτήν την μελέτη είναι ο αριθμός των χρηστών που μεγιστοποιεί τον συνολικό ρυθμό διαμεταγωγής του δικτύου με τον αναμεταδότη. Το προηγούμενο είναι ένα θεωρητικό αποτέλεσμα αλλά με πολλές πρακτικές εφαρμογές, ειδικά για του παρόχους ασύρματης πρόσβασης. Μελετήσαμε τις περιπτώσεις όπου ο αναμεταδότης μπορεί να μεταδίδει και να λαμβάνει ταυτόχρονα αλλά και την περίπτωση που δεν έχει αυτή την δυνατότητα. Στην περίπτωση όπου ο αναμεταδότης μπορεί να λαμβάνει και να στέλνει πακέτα ταυτόχρονα προκύπτει το πρόβλημα της αυτό-παρεμβολής (self-interference). Λαμβάνοντας υπόψη την αυτό-παρεμβολή μελετήσαμε αναλυτικά την ευστάθεια στην ουρά του αναμεταδότη, το ρυθμό διαμεταγωγής ανά χρήστη καθώς και τον συνολικό ρυθμό. Ορίσαμε την έννοια της μερικής συνεργασίας (με πιθανοκρατικούς όρους) σε επίπεδο δικτύου, δηλαδή όταν ένας κόμβος δεν συνεργάζεται πλήρως αλλά μερικώς με τους άλλους κόμβους του δικτύου και, αποδείξαμε ότι υπό συνθήκες η μερική συνεργασία είναι η βέλτιστη επιλογή όσον αφορά την περιοχή ευστάθειας και κατά συνέπεια την μέγιστη διαμεταγωγή. Η τοπολογία που μελετάμε αποτελείται από έναν χρήστη, έναν αναμεταδότη ο οποίος έχει την δική του κίνηση και έναν κοινό δέκτη. Ο αναμεταδότης εξαρτώμενος από διάφορες συνθήκες του δικτύου αποφασίζει αν θα συνεργαστεί ή όχι την τρέχουσα χρονική στιγμή ώστε να βοηθήσει τον χρήστη να μεταδώσει τα πακέτα που δεν φτάνουν απευθείας στον δέκτη. Οι συνθήκες που έχουν σημασία είναι η ένταση της κίνησης στους χρήστες καθώς και η ποιότητα των καναλιών μεταξύ των χρηστών και του δέκτη. Αποδείξαμε ότι ανάλογα με τις συνθήκες, η βέλτιστη στρατηγική συνεργασίας για τον αναμεταδότη είναι η μερική συνεργασία. Το δεύτερο μέρος της διατριβής εστιάζει στις ασύρματες επικοινωνίες με ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (πράσινες επικοινωνίες). Πιο συγκεκριμένα μελετήσαμε την επίδραση της συνεργασίας σε επίπεδο δικτύου στην περιοχή ευστάθειας σε δίκτυα με ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Επίσης μελετήσαμε την επίδραση των ανανεώσεων πηγών ενέργειας σε γνωστικά δίκτυα επικοινωνιών (cognitive networks) (όπου οι κόμβοι έχουν διαφορετικούς ενεργειακούς περιορισμούς και μοιράζονται ένα ασύρματο κανάλι). Μελετήσαμε ένα δίκτυο αποτελούμενο από δύο ζεύγη πηγής-προορισμού, όπου στο πρωτεύον (υψηλής προτεραιότητας) ζευγάρι ο πομπός έχει ενεργειακούς περιορισμούς ενώ στο δευτερεύον όχι. Ο πομπός με την χαμηλή προτεραιότητα μεταδίδει όταν ο άλλος παραμένει ανενεργός, ενώ όταν είναι ενεργός μεταδίδει με μια δοσμένη πιθανότητα. Επιλέγουμε αυτήν την πιθανότητα ώστε να μεγιστοποιηθεί ο ρυθμός διαμεταγωγής του δευτερεύοντος ζευγαριού και ταυτόχρονα να παραμένει ευσταθής ο κύριος μεταδότης. Επίσης καθορίζουμε πλήρως την περιοχή ευστάθειας του δικτύου. Στο τελευταίο μέρος της διατριβής, προτείναμε μία τεχνική δρομολόγησης που συνδυάζει την Κωδικοποίηση Δικτύου (ΚΔ) με πλεονασμό σε πολλαπλά μονοπάτια, και ερευνήσαμε την απόδοση και την αξιοπιστία που μπορεί να επιτευχθεί με αυτήν την τεχνική. Πιο συγκεκριμένα μελετήσαμε το ισοζύγιο ανάμεσα στην καθυστέρηση λήψης πακέτου και την ταχύτητα διαμεταγωγής και έγινε σύγκριση με άλλες κλασσικές μεθόδους δρομολόγησης όπως: βέλτιστου μονοπατιού, πολλαπλών μονοπατιών, πολλαπλών μονοπατιών αλλά με την ίδια πληροφορία σε όλα (μέγιστη δυνατή πλεονάζουσα πληροφορία). Η μελέτη έγινε σε ασύρματα δίκτυα με μονοπάτια που δεν έχουν ούτε κοινές ζεύξεις αλλά ούτε και κοινούς κόμβους. Επιπλέον η αναμετάδοση των εσφαλμένων πακέτων γίνεται από την αρχή του κάθε μονοπατιού. Επίσης, μελετήσαμε την ΚΔ με πλεονασμό σε πολλαπλά μονοπάτια και σε πιο ρεαλιστικές τοπολογίες για ασύρματα δίκτυα. Πιο συγκεκριμένα στις τοπολογίες αυτές τα πολλαπλά μονοπάτια μπορούν να έχουν κοινούς κόμβους, και επιπλέον όταν συμβαίνει σφάλμα στη μετάδοση ενός πακέτου σε ένα μονοπάτι τότε η αναμετάδοση λαμβάνει χώρα από τον προηγούμενο κόμβο και όχι από τον αρχικό κόμβο του μονοπατιού.

Φυσική περιγραφή

xxv, 151 σ. : εικ., πίν. ; 30 εκ.

Γλώσσα

Αγγλικά

Θέμα

Cognitive Networks

Energy Harvesting Communications

Network Coding

Network-Level Cooperation

Stability Region

Γνωστικά δίκτυα επικοινωνιών

Επικοινωνίες με ανανεώσιμες πηγές ενέργειας