تخصیص منابع با طراحی بین لایه ای در شبکه های رله
چکیده
چالش اساسی در طراحی شبکه¬های بی¬سیم نسل آینده تضمین کیفیت سرویس مورد انتظار کاربران و جلب رضایت آن¬ها در ارائه سرویس بهنگام با کیفیت بالا می¬باشد. برآوردن نیازهای متنوع کیفیت سرویس، نیازمند طراحی توأم پارامترهای لایه¬های مختلف یا به تعبیری طراحی بین لایه¬ای می¬باشد. از طرفی یکی از راهکارهای کارامدی که برای افزایش بهره¬وری شبکه¬های بی¬سیم نسل آینده مورد توجه می¬باشد راهکار ارسال رله¬ای است. بر این اساس هدف کلی این رساله در وهله اول ارزیابی عملکرد شبکه¬های رله از نقطه نظر کیفیت سرویس ارائه شده به کاربران و در وهله دوم ارائه طرح¬هایی بین لایه¬ای برای بهبود بخشیدن به عملکرد این نوع شبکه¬ها می¬باشد. نگرش بین لایه¬ای در مسائل مطرح شده، متکی بر تنظیم پارامترهای ارسال در لایه فیزیکی بر اساس محدودیت¬های این لایه و لایه پیوند داده می¬باشد به گونه¬ای که منجر به افزایش بهره¬وری در کنار قید احتمال تخطی از حد تأخیر شود. در این راستا از مفهوم ارزشمند ظرفیت موثر به عنوان یک مدل بین لایه¬ای کارامد، در برقراری ارتباط میان لایه فیزیکی و لایه پیوند داده بهره گرفته می¬شود. در رساله حاضر ابتدا چگونگی ارزیابی کیفیت سرویس با بهره¬گیری از مدل بین لایه¬ای ظرفیت موثر در قالب الگوریتم¬هایی مرحله به مرحله مورد بحث قرار می¬گیرد و نشان داده می¬شود که چگونه افزایش ظرفیت موثر منجر به بهبود ضمانت کیفیت سرویس و افزایش رضایت¬مندی کاربران می¬گردد. سپس عملکرد انواع شبکه¬های رله از نقطه نظر ضمانت کیفیت سرویس بر اساس ظرفیت موثرشان مورد بررسی قرار می¬گیرند. انواع شبکه¬های رله مورد بحث عبارتند از شبکه¬های تک رله با ارسال مبتنی بر پروتکل¬های ثابت و تطبیقی و شبکه¬های چند رله با ارسال مبتنی بر تکرار، ارسال مبتنی بر انتخاب بهترین رله و ارسال مبتنی بر کد مکان-زمان توزیع شده. به منظور کاهش پیچیدگی محاسباتی،عبارت تحلیلی بسته¬ای برای توابع ظرفیت موثر سیستم¬های مذکور ارائه شده و نشان داده می¬شود که روابط بسته ارائه شده پیچیدگی محاسباتی را تا مرتبه¬ای حدود برابر کاهش می¬دهند. با مقایسه عملکرد راهبردهای نام¬برده در هریک از شبکه¬های تک و چند رله، الگوهای ارسال رله¬ای بین لایه¬ای پیشنهاد می¬شود که اساس آن¬ها انتخاب شیوه مناسب ارسال برای دست¬یابی به بیشترین کیفیت ارسال می¬باشد. در بخشی دیگر با هدف استفاده کارامد از منابع رادیویی مانند توان در جهت بهبود بخشیدن به کیفیت سرویس، مسئله طراحی بین لایه¬ای تخصیص توان مطالعه شده و الگوهایی بین لایه¬ای برای تخصیص توان در انواع راهبردهای ارسال رله¬ای پیشنهاد می¬گردند. نتایج مطالعات نشان می¬دهند که طرح¬های بین لایه¬ای تخصیص توان، کیفیت سرویس را به ویژه در کاربردهای حساس به تأخیر، به طور قابل ملاحظه¬ای بهبود می¬بخشند. همچنین در یک شبکه چند کاربره به بررسی اثر تداخل میان سمبولی بر روی ظرفیت موثر پرداخته می¬شود. در بخش پایانی این رساله با لحاظ کردن بافرینگ داده در رله¬ها و تأخیر ناشی از آن، به معرفی رابطه جدیدی برای ظرفیت موثر شبکه چند رله پرداخته می¬شود. رابطه جدید ظرفیت موثر علاوه بر قید کیفیت سرویس در مبدأ به قید کیفیت سرویس در رله¬ها نیز وابسته می¬باشد.