Optimal resource allocation for delay and energy constrained wireless networks

Bu tezde, gecikme ve enerji kısıtlı kablosuz ağlarda kaynak özgüleme incelenmektedir. Kablosuz Ağlı Kontrol Sistemler (KAKS) ve hücresel ağlar üzerindeki Makineler Arası Haberleşme (MAH) alanlarındaki uygulamalar ve servisler yaygınlaştıkça, enerji ve gecikme gerekliliklerinin haberleşme sistemlerinin tasarlanmasındaki önemi artmaktadır. Kablosuz algılayıcılar ve cihazlar çoğunlukla kısıtlı kapasiteli bataryalarla ya da enerji toplama teknikleriyle çalıştığından, enerji haberleşme sistemlerinin tasarımındaki anahtar noktalardan biridir. Diğer taraftan gecikme, birçok kablosuz uygulama, bilginin zamanında ve yüksek güvenilirlikle gönderilmesinin çok önemli olduğu zaman-kısıtlı uygulamalar olduğundan, önemli bir tasarım ölçevidir. İlk olarak, KAKS'lerin daha fazla yaygınlaşmasına öncülük edebilecek şekilde, kontrol ve haberleşme sistemlerinin her iki sistemin etkin soyutlamasını içeren ortak eniyilemesi için özgün bir çerçeve sunmaktayız. Kontrol sisteminin modellemesi için, olasılıksal maksimum izin verilebilir transfer aralığı ve maksimum izin verilebilir gecikme kısıtları kablosuz ağ kaynaklı kusurlar da dikkate alınarak etkin soyutlamalar olarak kullanılmıştır. Haberleşme sistemi ise kontrol sistemi parametrelerinin kullanıldığı güç tüketim modeli ve çizelgelenebilirlik kısıtıyla sunulmuştur. Hem eniyileme problemlerinin optimal koşullarının analitik çözümlemesi hem de hızlı buluşsal yöntemler kullanılarak, ağ düğümlerinin güç tüketiminin azalmayan fonksiyonu olan herhangi bir amaç işlevi, farklı çizelgeleme algoritmaları ve kipleme teknikleri için uygulanabilir enerji-verimli kaynak özgüleme yöntemleri önerilmiştir. İkinci olarak, KAKS'lerde çizelgeleme için algılayıcıların periyodik veri gönderimi özelliğinden faydalanan yeni bir uyarlanabilirlik ölçevi önermekteyiz. Bu ölçevi kullanarak, amaç işlevi çizelgelerin veri paketi kayıplarına ve ağ ilingesindeki değişikliklere maksimum seviyede uyarlanabilirlik göstermesini sağlamak olan ve aynı zamanda algılayıcıların periyodik veri gönderimi, veri gönderim süresi, enerji ve güvenilirlik kısıtlarını da dikkate alan özgün bir eniyileme yaklaşımı sunmaktayız. Bu eniyileme problemini hızlı ve etkin şekilde çözmek amacıyla, buluşsal çizelgeleme algoritmaları için bir tasarım çerçevesi önerilmiştir. Üçüncü olarak, kablosuz tasarsız ağlarda minimum uzunlukta çizelgeleme problemi, bir veri paketinin gönderimi süresince durdurulamayacağı ve birden fazla zaman yuvasında gönderilmek üzere birden fazla veri yığınına ayrılamayacağı anlamına gelen paket-bazlı veri gönderimi ele alınarak incelenmiştir. Ortak eniyileme probleminin formüle edilmesi ve zorluğunun ispatlanmasının ardından, güç yönetimi ve veri transfer hızı adaptasyonu probleminin çizelgeleme probleminden ayrılabileceği gösterilmiştir. Daha sonra, güç yönetimi ve veri transfer hızı adaptasyonu problemi, her biri tamsayıda paketi aynı anda gönderecek linklerin eşzamanlı gönderimi için gereken sürenin enküçültmesi şeklinde özgün bir problem olarak verilmiştir. Bu problemin çözümü, ortak eniyileme probleminin büyük-ölçekli bir Tamsayı Programlama (TP) problemi olan saf bir çizelgeleme problemi olarak formüle edilmesini sağlamaktadır. Bu TP probleminin çözümü için eniyileme teorisinde kullanılan bazı algoritmaları temel alan buluşsal algoritmalar kullanılmıştır. Dördüncü olarak, Ultra Geniş Bant kablosuz ağlarda gecikme enküçültme ve gecikme kısıtlı enerji enküçültme problemleri için, optimal güç kontolü ve veri gönderim hızı adaptasyonu stratejileri ve hızlı çizelgeleme algoritmaları önerilmiştir.