Tam çift yönlü kablosuz güçlendirilmiş iletişim ağları için optimum zamanlama

Tez özet Türkçe ve İnglizce Özet: En son sunulan Ericson değişkenlik raporuna göre, 2025 yılına kadar 24.6 milyar sensör düğümünün kurulması bekleniyor. Devasa bir batarya ile çalışan kurulumun ömrünün arttırılması, verimli spektrum kullanımı ve sıkı gecikme gereksinimleri çözülmesi gereken ana zorluklardır. Bu zorlukların çözümünde enerji depolama/saklama özelliklerine sahip düşük güçlü alıcı-vericiler, akıllı ortam erişim protokolü ve çift yönlü (FD) iletişim \linebreak teknikleri kullanılabilir. Bunlara istinaden, bir hibrit erişim noktasının radyo frekansı sinyallerini kullanarak kablosuz enerji elde ettiği ve kullanıcıların bu enerjiyi bilgi iletmek için kullandığı FD kablosuz destekli bir iletişim ağı (WPCN) üzerine bir çalışma başlattık. Bu tezde, trafik talebi, enerji nedenselliği, kullanıcıların maximum iletim gücüne tabi olan minimum uzunluk programlama problemi (MLSP) ve toplam verim maksimizasyon problemlerini (STMP) sürekli oran (CR), ayrık oran (DR) ve sabit iletim oranı yönünden inceledik. Doğası gereği, yeni formüle edilmiş optimizasyon problemleri dış bükey olmayıp ve kombinasyonel olduğundan küresel bir optimum için çözülmesi zordur. Buna bağlı olarak yine bu tezde, güç kontrol problemi (PCP) ve zamanlama problemlerinin optimum bir sekilde çözülebileceğini ayrı ayrı ispatladık. CR-MLSP senaryosunda PCP problemini Karush-Kuhn-Tucker koşullarını kullanarak çözdük. Zaman planlama için, problemi toplam ceza minimizasyonu problemi olarak yeniden formüle edilmesine olanak sağlayan bir ceza fonksiyonu ortaya çıkardık. Ceza fonksiyonunun ve eniyilik analizinin niteliklerine göre, akıllı budama tekniklerini kullanan iki polinom zamanlı sezgisel algoritmalar ve karmaşıklığı azaltılmış kesin bir algoritma önerdik. Sonra, sınırlı konfigürasyonlara sahip düşük güçlü alıcı-vericiler kullanması beklenen WPCN'ler için, bu durumu çözecek kullanıcıların sınırlı bir ayrık oran seviyeleri kümesinden oran seçtiği özgün bir DR-MLSP zamanlama seti önerdik. PCP'yi optimal olarak karar verme süresinden sonra herhangi bir zamanda iletime başlarken minimum iletim tamamlama süresi olarak tanımlanan minimum uzunluk planlama (MLS) slotunun eniyilik niteliklerini kullanarak çözdük. Sonra, problemi MLS slotlarının zaman içerisinde örtüşüp örtüşmediğine göre sınıflandırdık. Örtüşmeyen slot problemini MLS slotlarının tahsisi ve kullanıcının en erken iletim slotu problemini en erken MLS slotunu atayarak çözen bir polinom-zamanlı sezgisel bir algoritma ya dayanarak tanımladığımız özgün bir algoritmayla optimal bir şekilde çözdük. Ayrıca, sabit ve sürekli oran modelleri için kullanıcıların eşzamanlı aktarımına sahip çok hücreli bir WPCN üzerine çalıştık. PCP'yi, sırasıyla Perron-Frobenius ölçümlerine ve ikiye bölme yönteminin sabit ve sürekli oran durumlarında kullanımına dayalı optimum algoritmalar kullanarak çözdük. Bunun üstüne, PCP çözümlerini zaman planlama problemlerini çözmek için kullandık. CR zaman planlama problemi için, eşzamanlı olarak iletim yapan bir set içindeki her bir kullanıcı üzerindeki izin verilen girişimi maksimize etmeyi amaçlayan bir sezgisel algoritma önerdik. CR zaman planlama problemi için, daha önce bahsedilen kullanıcıların eşzamanlı iletiminin bireysel iletiminden daha avantajlı olduğunu gösteren özgün bir ceza fonksiyonu tanımladık. Daha sonra, eniyilik analizini ve MLSP ile cezaların minimize edilmesi arasındaki eşdeğerliğin gösterilmesini takiben, zamanlama üzerindeki toplam cezaları en aza indirgemek için kullanıcıları eşzamanlı olarak tahsis eden bir sezgisel algoritma önerdik. Buna ek olarak, tek atlama ve röle tabanlı WPCN icin kullanıcıların ya sabit güçte iletim yaptıkları ya da sessiz kaldığı bir açma-kapama iletim şeması tasarladık. Tek atlama problemini çözen polinom zamanlı optimal bir algoritma önerdik. Röle tabanlı sistem için, bir eniyilik analizini takiben, optimum çözüme çok yakın performans gösteren bir sezgisel algoritma önerdik. Son olarak, CR-STMP'de PCP'nin dışbükey olduğu ve optimal bir çözümü olduğunu kanıtladık. Zaman planlama için, türetilmiş eniyilik koşullarına dayalı olarak, optimuma çok yakın bir çözüm gerçekleştiren hızlı bir sezgisel algoritma önerdik. Ardından, oran adaptasyonu ve iletim zamanını belirlemek için özgün bir DR-STMP yapı oluşturduk. Çözümün sonuçlarını inceledik, oran adaptasyonu ve zaman planlama problemi için bir polinom zamanlı özgün sezgisel algoritma geliştirdik.