İnsansız hava aracı baz istasyonlarının 3 boyutlu yerseçim ve kaynak atama problemlerinin optimizasyonu

İnsansız hava araçları (İHA) son yıllarda çok farklı alanlarda kullanılmaya başlanmıştır. Hem maliyet avantajları hem de kolay yönetilebilir olmaları kullanım alanlarının genişlemesine de olanak vermektedir. Bu tez kapsamında İHA'ların hareketli baz istasyonu olarak yeni nesil kablosuz haberleşme ağlarına entegrasyonu ve çeşitli senaryolar için İHA Baz İstasyonlarının (İHABİ) yerseçim ve kaynak atama problemleri ele alınmıştır. Klasik yerseçim problemlerinden farklı olarak hem dikey düzlemde hareket kabiliyeti olması hem de problemler genelinde kullanılan performans göstergelerinin konveks ve monoton olmaması problemin çözümünü oldukça zorlaştırmaktadır. İHABİ yerseçim ve kaynak atama kararlarının eniyilenmesi amacıyla dört farklı problem ele alınmıştır. Bu problemlerden ilki statik kapasitesiz İHABİ'lerin genelleştirilmiş yerseçimini, ikincisi statik kapasiteli tek İHABİ'nin yerseçim ve kaynak atama kararlarını, üçüncüsü statik kapasiteli birden çok İHABİ'nin yerseçim ve kaynak atama kararlarını, dördüncüsü ise dinamik kapasitesiz tek İHABİ'nin yerseçimini ele almaktadır. Problemler genellikle karma tamsayılı doğrusal olmayan programlama teknikleri ile modellenmiş ve her bir model özelinde modelin karakteristikleri incelenmiştir. Ele alınan problemler NP-Zor problemler sınıfına aittir. Dolayısıyla, belirli problem büyüklüklerinden sonra mevcut ticari yazılımlar aracılığıyla makul zamanlarda çözüm alınması mümkün olmamaktadır. Bu sebeple problemlerin hızlı ve etkin çözümü için çeşitli sezgisel algoritmalar geliştirilmiştir. Geliştirilen algoritmalar genellikle yerseçim ve kaynak atama kararlarının ardışık olarak verilmesine ve bu algoritmalar sonucu elde edilen çözümlerin yerel arama yöntemleri ile iyileştirilmesine dayanmaktadır. Klasik yerseçim problemlerinden farklı olarak bu ardışık algoritmaların tasarımında hem ağ kapasitesinin hem de kullanıcıların taleplerinin değerlendirilmesine önem verilmiştir. İHABİ'lerle ilgili henüz standart çalışmaları tamamlanmadığı için literatürde kullanıma açık bir veri kümesi bulunmamaktadır. Bu nedenle, geliştirilen formülasyonların ve sezgisel algoritmaların performansı yapay olarak üretilen verilerle test edilmiştir. Her bir problem özelinde üretilen problem verilerinin literatürde bundan sonra yapılacak çalışmalara da esas oluşturması amaçlanmıştır. Bu veriler kullanılarak, hem ticari yazılımlarla çözdürülen formülasyonların hem de geliştirilen sezgisel algoritmaların çözüm süresi ve çözüm kalitesi açısından karşılaştırıldığı kapsamlı deneysel çalışmalar yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar ışığında İHABİ içeren kablosuz haberleşme ağlarının kapsama performansının artırılması için çeşitli politika önerilerinde bulunulmuştur. Sonuç olarak, geliştirilen algoritmaların makul sürelerde optimale yakın sonuçlar elde ettiği ve İHABİ'lerin kablosuz haberleşme ağlarının performansını önemli derecede artırdığı gösterilmiştir.