Timely throughput maximization using multiple access channel

Mevcut dördüncü nesil (4G) kablosuz ağların gecikme süresi ve güvenilirlik özellikleri, çok daha düşük gecikme süresi ve çok daha yüksek güvenilirlik gerektiren kitlesel bağlantılı cihazlara giden yolu açmıştır. Beşinci nesil (5G) kablosuz ağlarda, bu talepleri karşılamak için ultra güvenilir ve düşük gecikmeli iletişim (URLLC) kavramı ortaya atılmıştır. URLLC, 99.999% güvenilirlik oranı ile 1 ms gecikme süresine sahip kısa paketler sunmayı amaçlamaktadır. Hücresel Nesnelerin İnterneti (IoT), sürekli artan birbirine bağlı cihaz sayısı, gecikme kısıtlamaları ve yüksek verim talepleri gibi temel zorlukları ele alırken, bu tür büyük bağlantıları kavramsallaştırmak için bir çerçevedir. Hücresel IoT uygulamaları için zorlu görevlerden biri, yoğun olarak konuşlandırılmış IoT cihazlarına son tarih kısıtlı bilgilerin iletilmesidir. Hücresel IoT ağlarında zamanlama açısından kritik bilgilerin iletilmesine yönelik artan talep, hem akademi hem de endüstri için URLLC odaklı bir zorluk teşkil etmektedir. Bu motivasyonla, bu tez, kısa paketlerin yoğun olarak konuşlandırılmış cihazlara belirli bir son tarih içinde güvenilir bir şekilde aktarılması için teknikler geliştirmeyi amaçlamaktadır. Bu tezde, Çoklu Erişim (MA) şemaları kullanarak ortalama güç kısıtı altında sıkı son teslim tarihlerine sahip gecikme kısıtlı iletişim problemini ele alıyoruz. Tezde ele alınan ilk MA şeması, iletim şeması seçenekleri olarak hem Ortogonal MA (OMA) hem de güç alanı Ortogonal Olmayan MA (NOMA) içeren Hibrit MA'dır. Tezde incelenen ikinci MA şeması ise OMA, NOMA ve Uzam Bölüşümlü MA (SDMA) şemalarını genelleştiren Hız Bölmeli Çoklu Erişim (RSMA) şemasıdır. Süresi dolan paketlerin tampondan düştüğü son tarih sona ermeden önce başarıyla iletilen paketlerin ortalama sayısını temsil eden zamanında verimi en üst düzeye çıkarıyoruz. Lyapunov stokastik optimizasyon yöntemlerini kullanarak, zaman ortalama güç kısıtlamalarını karşılarken paket düşme oranını en aza indiren dinamik bir güç atama algoritması geliştiriyoruz. Ayrıca, süresi dolması muhtemel paketleri tespit etmek ve proaktif olarak düşürmek için Erken Paket Düşürme (EPD) adı verilen esnek bir paket düşürme mekanizması öneriyoruz. Son olarak, önerilen algoritmanın hesaplama yükünü azaltmak için basit bir sezgisel yöntem öneriyoruz. Sayısal sonuçlar, Hibrit MA'nın geleneksel OMA'ya kıyasla zamanında elde edilen verimi 46%'a kadar ve ortalama olarak 21%'dan fazla artırdığını göstermektedir. EPD ile, bu zamanında verim kazanımları sırasıyla 53% ve 24,5%'a yükselmektedir. EPD ile RSMA'nın kullanılması, EPD'li Hibrit MA'ya kıyasla zamanında verimi 5,95%'a kadar ve ortalama olarak yaklaşık 3,12% artırır. Simülasyon sonuçları, önerilen sezgisel yöntemin zamanında verim performansında küçük bir kayıp pahasına hesaplama yükünü önemli ölçüde azalttığını göstermektedir.