Random access over wireless links: Optimal rate and activity probability selection

Makine-makine iletişimi ve Nesnelerin İnterneti gibi yeni teknolojilere dayanan uygulamaların çoğalmasıyla birlikte kablosuz ağlarda hızla artan sayıda aygıttan dolayı basit bir kanal erişimi sağlayan rasgele erişim şemalarına artan bir ilgi var. Bu amaçla, son yıllarda orta erişim kontrol katmanının verimliliğini arttırmak için basit ALOHA protokollerine dayalı çeşitli şemalar önerilmiştir. Öte yandan, rasgele erişim ağlarının fiziksel katman özellikleri, nispeten daha az ilgi toplamıştır ve özellikle kablosuz kanallar üzerinden iletişim için altta yatan fiziksel katman özelliklerinin en uygun şekilde kullanımına ihtiyaç vardır. Bu tezde, kablosuz sönümlemeli kanallar üzerinden koordine edilmemiş rastgele erişim şemalarını inceliyoruz. Bu şemalarda, her kullanıcı, belirli bir zaman aralığında ortak bir alıcıya paketini göndermek isteyip istemediğini bağımsız olarak kararlaştırır. Sistem verimliliğini yani beklenen toplam kodlama oranını karakterize etmek için bir bilgi kuramı formülasyonu geliştirilmiştir. İki senaryoyu inceliyoruz: çok kullanıcılı algılama yeteneği olmayan klasik zaman dilimli ALOHA ve çok kullanıcılı algılama kapasiteli zaman dilimli ALOHA. Ana katkımız, kullanıcıların optimum kodlama oranları ve kanal etkinlik olasılıklarının, her iki senaryo için de sistem verimliliğini en üst düzeye çıkarmak için alıcıya olan kullanıcı mesafelerinin (daha doğrusu, kullanıcıların sinyal/gürültü oranlarının) bir fonksiyonu olarak karakterize edilebilmesidir. Rayleigh sönümlemeyi ana kanal modelimiz olarak kullanıyoruz, ayrıca log-normal gölgelenmenin küçük ölçekli sönümleme ile birlikte mevcut olduğu durumları inceliyoruz. Önerilen en uygun kodlama oranı seçimi şemalarımız, literatürde yaygın olarak kullanılan aynı oran yaklaşımı ile karşılaştırıldığında beklenen sistem verimliliğinde önemli artış sağlamaktadır. Toplam verimlilik optimizasyonuna ek olarak, kullanıcılar arasındaki adil dağılım problemi de araştırılıp asgari miktarda bireysel verimliliği garanti eden çözümler geliştirilmiştir. Ayrıca, enerji verimliliğini artırmak ve gecikmeyi düşürmek için kullanıcıların kişisel kesilme olasılıklarını sınırlayan sistemleri de tasarlıyoruz. Bütün bu analitik çalışmalar detaylı sayısal örneklerle desteklenmekte ve önerilen yöntemlerin performansı değerlendirilmektedir.