ترجمه مقاله:QoS-aware energy-efficient resource allocation in OFDM-based heterogenous cellular networks

فایل زیر شامل

۱- عدد فایل ورد(قابل ویرایش) ترجمه مقاله (Fundamental study of common mode small-signal frequency oscillations in power systems)به همراه فایل پی دی اف به تعداد ۲۴ صفحه است

(نوشته دارای نظم نگارشی و  فرمت بندی کامل همچنین رفرنس نویس کامل است )

(مقاله با کیفیت عالی ترجمه شده ، اشکال و جداول ترجمه دارد)

(مناسب برای تمام سطوح از کاردانی تا دکتری)

۲-شبیه سازی : QoS-aware energy-efficient resource allocation in OFDM-based heterogenous cellular networks با متلب

(تمامی کد ها چک شده و قابلیت اجرا دارد و نتایج دقیق است در صورت خریداری کد ها تا یک ماه پیشتیبانی دارد)

تخصیص منبع کم مصرف آگاه از کیفیت سرویس (QoS) در شبکه های سلولی ناهمسان بر پایه OFDM

دانلود  رایگان مقاله انگلیسی

 

خلاصه

به تازگی تامین کننده های خدمات برای برآوردن نیازهای سنگین ظرفیت شبکه ناشی از ازدیاد دستگاه های بیسیم، به طور فزاینده در حال بکارگیری شبکه های سلولی ناهمسان (HetNets) برای افزایش پوشش و ظرفیت شبکه هستند. در این مقاله یک طرح زمانبندی کم مصرف تکرار کننده برای downlink شبکه های سلولی ناهمسان بر پایه OFDM با ملاحظه کیفیت سرویس ارائه می کنیم. مسئله را به صورت یک مسئله برنامه نویسی کسری خطی با هدف بیشینه سازی بازدهی انرژی آگاه از کیفیت سرویس (QEE) در شبکه های سلولی ناهمسان فرمولبندی می کنیم. برای حل این مسئله، ابتدا آن را به یک مسئله برنامه نویسی پارامتری تبدیل می کنیم که بازدهی انرژی کیفیت سرویس را به صورت یک پارامتر استنتاجی در روند تکراری طرح زمانبندی کم مصرف تکرار شونده استفاده می کند. در هر تکرار، برای مقدار مشخص شده بازدهی انرژی کیفیت سرویس، کانال فرعی و مسئله فرعی تخصیص توان یک مسئله غیرخطی زمان سختچندجمله­ای غیرجبری است. و بنابراین روش تجزیه ثانویه را برای به دست آوردن تخصیص بهینه کانال های فرعی و توان مسئله فرعی برای مقدار مشخص QEE انتخاب کردیم. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که جستجوی پارامتر بیرونی QEE و جستجوی پارامتر درونی QEE می تواند در چند تکرار همگرا شود و راه حل های حاصل به لحاظ QEE، بهتر از طرح تخصیص توان برابر و طرح بیشینه سازی ظرفیت عمل می کنند.

کلیدواژه ها: کیفیت سرویس؛ بازدهی انرژی؛ تخصیص توان؛ شبکه های ناهمسان

  1. مقدمه

با افزایش سریع کاربران مویابل و دستگاه های چندرسانه­ای، شبکه های سلولی جدید با مشکل بزرگی در برآوردن ترافیک به سرعت در حال افزایش موبایل ناشی از دستگاه های هوشمند پرکاربرد مانند تلفن های همراه و تبلت ها روبرو شده­اند. در همین حال تعداد به سرعت در حال ازدیاد دستگاه های هوشمند و تقاضا برای سرعت داده منجر به مصرف فزاینده توان در شبکه های سلولی شده که موجب هزینه زیادی برای اپراتورها می شود. در میان همه مفاهیم در حال ظهور و فناوری های مربوط به این مشکل، شبکه های سلولی ناهمسان به عنوان مسیر تحول افرین مهمی برای تکامل بلند مدت و شبکه های موبایل نسل پنج آینده پیشنهاد شده است. شبکه ناهمسان به صورت مخلوطی از سلول های بزرگ و سلول های کوچک مانند پیکوسلول ها، فمتوسلول، و رله ها تعریف می شود. سلول های کوچک به طور بالقوه می تواند کاربرد دوباره طیف و همگرایی را ارتقاء دهند، در حالی که تامین خدمات سرعت داده بالا، اتصال یکپارچه در شبکه های سلولی شبکه های سلولی ناهمسان قابلیت تامین نیازمندی فزاینده ظرفیت را دارند، همزمان بخاطر افزایش تراکم و بکارگیری طرح ریزی نشده ایستگاه های مبنا، تداخل زمانی جدی به همراه دارد. در نتیجه تخصیص منبع پربازده برای بکارگیری شبکه های سلولی ناهمسان به دست آمده است.

بخاطر قابلیت تبدیل به فناوری اصلی نسل بعدی شبکه های هوشمند، تخصیص منبع در شبکه های بیسیم بر پایه OFDM به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته است. در شبکه های بر پایه OFDM، کانال فرعی و توان دو منبع اصلی هستند که باید برای ارتقاء عملکرد سیستم به طور بهینه تخصیص یابند. برای کارکرد downlink، با فرض اطلاعات وضعیت موجود کانال (CSI) و الزامات کیفیت سرویس، ایستگاه های مبنا کانال های فرعی و توان را میان کاربران تخصیص می دهند. طرح های قدیمی تخصیص کانال را می توان به دو دسته تقسیم کرد: ۱) طرح انتخاب سرعت که بر بیشینه سازی ظرفیت کانال تمرکز دارد. این طرح در پی بهینه سازی بازدهی طیفی با وجود محدودیت های مشخص است. ۲) دومین دسته طرح انتخاب حاشیه است مه هدف آن بیشینه سازی توان مخابراتی کل ایستگاه های مبنا است. با وجود این واقعیت که این طرح برای کاهش مصرف انرژی طراحی شده است، هنوز هم محدودیت هایی به لحاظ بازدهی انرژی دارد. این طرح مصرف توان مدار ها و بازدهی توان تقویت کننده ایستگاه های مبنا که منابع اصلی مصرف انرژی در سیستم هستند را در نظر نمی گیرد. مهم تر از همه، بکارگیری هدف منحصربفرد کمینه سازی توان نمی توان به بازدهی انرژی برسد. در برخی موارد، این طرح بخاطر نادیده گرفتن بازدهی طیفی، حتی مانع بازدهی کلی شبکه ها می شود. در نتیجه یک معیار بازدهی انرژی موثر از دیدگاه بازدهی انرژی مورد توجه زیادی قرار می گیرد. در نشریات موجود، چند معیار مختلف بازدهی انرژی معرفی می شوند. نسیمی و همکاران بازدهی انرژی شبکه های سلولی ناهمسان را با معیارهای مختلفی مانند نسبت صرفه جویی انرژی و مصرف انرزی بررسی می کنند. این امر به اهمیت معیارهای بازدهی انرژی در مصرف انرزی شبکه های سلولی ناهمسان اشاره می کند. معمول ترین این معیارها بیت بر ژول است که به صورت ظرفیت سیستم به دست آمده به ازای هر ژول انرژی مصرفی تعریف می شود.

به طور معمول دو روش برای رسیدن به کیفیت سرویس در مدل تخصیص منبع سیستم های مبتنی بر OFDM وجود دارد: ۱) اولین روش تعیین نرخ داده حداقلی برای هر کاربر در مجموعه ثابت است. برخی از کارهای برجسته که این روش را دنبال می کنند، عبارتند از مرجع های ۴، ۵، ۱۲-۱۰٫ عیب این روش آن است که تعداد محدودیت ها متناسب با افزایش تعداد کاربران در سیستم بیشتر می شود که مشکل را دوچندان می کند. به علاوه وقتی شرایط کانال بد است، تامین حداقل سرعت داده همه کاربران ناممکن خواهد بود که مسئله بیطرفی و برابری برای سیستم را از بین می برد. ۲) روش دوم انتخاب تابع های عینی بر مبنای امکانات است. امکانات می توانند تابع خروجی کاربران یا میزان کیفیت سرویس آنها، برابری و … باشد. در پژوهش قلی، یک روش امکانات بر مبنای اختلاف برای تضمین کیفیت سرویس در تخصیص منبع سیستم های بر پایه OSDM پیشنهاد شد. با این روش، به نظر می رسد مسئله یک مسئله بیشینه سازی مجموع وزنی باشد که در آنها وزن ها از امکانات لحظه­یا سیستم در بازه زمانی قبلی تعیین می شود. در کار ما، برای رسیدن به تخصیص منبع با بازدهی انرزی و تضمین کیفیت سرویس به روشی ساده، روش امکانات مبتنی بر اختلاف مشابهی را بکار گرفته­ایم.

در این مقاله یک طرح تخصیص منبع آگاه از کیفیت سرویس با بازده انرزی بالا به نام طرح زمانبندی تکراری با بازده انرژی بالا (IEESS) برای سیستم های شبکه های سلولی ناهمسان downlink بر پایه OFDM پیشنهاد کرده­ایم. ابتدا مسئله تخصیص منبع که امکانات مجموع کابران به ازای واحد توان را بیشینه می کند، را فرمولبندی می کنیم. برای  تضمین کیفیت سرویس، از پارپوب مبتنی بر اختلاف  استفاده می کنیم که امکانات یک کاربر را به صورت سرعت لحظه­ای وزن دار آن تعریف می کند. مسئله فرمولبندی شده حاصل نسبت یک تابع غیرخطی و یک تابع خطی است. بنابراین آن را به مسئله برنامه ریزی پارامتری تبدیل می کنیم که تابع پارامتری به نام بازدهی انرژی کیفیت سرویس (QEE) است. روش راه حل IEESS ما تکرار شونده است. در هر تکرار، برای مقدار مشخص بازدهی انرژی کیفیت سرویس، مسئله تخصیص منبع میانی حل می شود و پارامتر بازدهی انرژی کیفیت سرویس به روز می شود. برای یک مقدار مشخص بازدهی انرژی کیفیت سرویس، مسئله تخصیص منبع زمان سخت چندجمله­ای غیرجبری است. پس از تبدیل مسئله به یک مسئله کوژ، روش تجزیه ثانویه را برای تعیین نگاشت کاربری کانال فرعی و تخصیص توان آنها در سیستم انتخاب می کنیم. این رویه ادامه می یابد تا پارامتر بازدهی انرژی کیفیت سرویس (QEE) به یک مقدار بهینه همگرا شود. نتایج شبیه سزای های گسترده پیچیدگی محاسباتی کمتر IEESS را تایید یم کند و نشان می دهد که IEESS به لحاظ بازدهی انرژی کیفیت سرویس در مقایسه با طرح تخصیص توان برابر (EPAS) و طرح بیشینه سازی ظرفیت (CMS) بهتر عمل می کند.

ادامه مقاله به ترتیب زیر است. کارهای کنونی در مورد بازدهی انرژی را در بخش دو به طور خلاصه بررسی می کنیم. بخش ۳ مروری از مدل شبکه ارائه می کند و مسئله تعریف شده ما را فرمولبندی می کند. بخش ۴ طرح IEESS را پیشنهاد می کند. برای نشان دادن بازدهی و کارایی طرح پیشنهادی، نتایج ارزیابی مبتنی بر شبیه سازی را در بخش ۵ ارائه می کنیم. در نهایت بخش ۶ به نتیجه گیری از مقاله می پردازد.

  1. کارهای مرتبط

تخصیص منبع با در نظر گرفتن بازدهی انرژی یک موضوع نوظهور برای شبکه های بیسیم آینده است. در مرجع ۱۳، بازدهی انرژی در شبکه های سلولی ناهمسان دو ردیفی با تخصیص کانال های فرعی در میان سلول های بزر’ و سلول های بسیار کوچک به روشی گسسته بررسی می شود. نتیجه این کتار یک نسبت بهینه تراکم ماکرو-پیکو در عین بهینه سازی بازدهی انرژی شبکه است که نتیجه مهمی برای توسعه شبکه های سلولی ناهمسان به شمار می رود. در مرجع ۱۴، حالت های خواب/فعال سلول بزرگ و بکارگیری سلول های کوچک برای بهبود بازدهی انرژی شبکه های سلولی ناهمسان بررسی می شود که این ابزار خوبی برای گسترش شبکه های سلولی ناهمسان آینده است.سوه و همکاران در مرجع ۱۵ تاثیر به خواب رفتن تصادفی و به خواب رفتن راهبردی ایستگاه های مبنا بر مصرف توان و بازدهی انرژی را مقایسه کردند. نتایج کارایی راهبرد به خواب رفتن را تایید می کند و نشان می دهد که گسترش سلول های کوچک می تواند بازدهی انرژی را بهبود بخشد؛ اما با افزایش تراکم، بهره اشباع می شود. بدون در نظر گرفتن توان مخابره در شبکه های سلولی ناهمسان، به طور تحلیلی تایید می شود که افزایش تراکم ایستگاه مبنا، در صورتی که مصرف توان ایستگاه مبنا کوچک تر از حد مشخصی باشد، می تواند بازدهی انرژی شبکه را افزایش دهد. در مرجع ۱۷، ترکیب طرح ریزی رادیویی و مدیریت منبع برای شبکه های سلولی پیشنهاد می شود. این مرجع نشان می دهد که عملیات های دارای بازده انرژی بالا را می توان بر مبنای تصمیمات طرح ریزی رادیویی انجام داد. کائو و همکاران یک طرح استفاده دوباره جزئی طیف (FSR) را پیشنهاد کردند که هدف آن کاهش تداخل درون سلولی و بهبود بازدهی انرژی در شبکه های سلولی ناهمسان دو ردیفی است. ضریب استفاده دوباره جزئی طیف (FSR) به صورت نسبت طیف دوباره استفاده شده توسط سلول های کوچک تعریف می شود و مشاهده می شود که ضریب FSR بهینه را می توان زمانی به دست آورد که نسبت نیازمندی سرعت داده کاربر و پهنای باند کلی سیستم نزدیک صفر باشد. در مرجع ۱۹، یک طراحی دو لایه مرکب از کنترل ورودی و تخصیص منبع برای بهبود بازدهی انرژی فمتوسلول ها بررسی می شود، در عین فرض این که کاربران سلول های بزرگ می توانند برای مهاجرت تداخل درون سلولی به ایستگاه های مبنا فمتوسلولی متصل شوند. مولفان مکانیزم فرصت طلبانه چند باندی را در لایه میانی کنترل دسترسی و کنترل ورودی در لایه شبکه برای رسیدن به بازدهی انرژی بهتر مطالعه کردند. در یک سیستم تک سلولی بر پایه OFDM توازنی میان بازدهی انرژی و بازدهی طیفی وجود دارد. علت این است که بخطر این که اگر تداخلی از شبکه های مجاور وجود نداشته باشد،  بازدهی طیفی همیشه با افزایش توان ارسال در یک شبکه افزایش می یابد. در محیط شبکه های سلولی ناهمسان، بهبود ظرفیت همیشه با افزایش توان ارسال ممکن نیست، چراکه توان ارسال بیشتر می تواند بازدهی طیفی را بخاطر تداخل از ایستگاه های مبنای نزدیک کاهش دهد. بنابراین در نظر گرفتن تاثیر تداخل در مطالعه بازدهی انرژی در شبکه های سلولی ناهمسان اهمیت دارد، اگرچه تداخل موجود مسئله را دشوارتر می کند. هی و همکاران توازن میان بازدهی انرژی و  بازدهی طیفی با در نظر گرفتن توان مصرفی ایستگاه مبنا و تنظیمات دینامیک شبکه تحلیل کردند. مولفین در این مرجع ثابت کردند که بازدهی انرژی و بازدهی طیفی در شبکه های سلولی ناهمسان در مقایسه با شبکه های سلولی بدون تداخل، متضاد نیستند.

بخاطر گسترش بدون طرح ریزی سلول های کوچک و استفاده دوباره از فرکانس در شبکه های سلولی ناهمسان، این سناریو می تواند بسیار پویا و چالش آفرین باشد. پژوهش های کنونی در مورد بازدهی انرژی در شبکه های سلولی ناهمسان بیشتر بر گسترش بهینه سلول های کوچک شامل راهبردهای فعال/خواب رفتن و طرح های کاربرد دوباره طیف تمرکز دارندف در حالی که فرض بر تخصیص استاتیک/نیمه استاتیک کانال های فرعی است. تا جایی که می دانیم، هنوز طرح تخصیص منبع دارای بازده انرژی بالا در عین دستیابی به کانال فرعهی و تخصیص توان بهینه در شبکه های سلولی ناهمسان بسیار پویا وجود ندارد. برای پر کردن این جای خالی در نشریات، در این پژوهش یک طرح تخصیص توان و کانال فرعی دارای بازده انرژی بالا در شبکه های سلولی ناهمسان downlink بر مبنای OFDM پیشنهاد کرده­ایم که در آن کانال های فرعی در سیستم بین همه سلول های بزرگ و سلول های وچک مشترک است.

  1. مدل شبکه و فرمولاسیون مسئله

در این مقاله، یک سیستم downlink برپایه OFDM را در نظر می گیریم که از یک سلول بزرگ و چند سلول کوچک تشکیل می شود. شکل ۱ نمونه­ای از این شبکه را نشان می دهد. مجموعه سلو های فعال شامل سلول های بزرگ و سلول های کوچک را می توان با S={1, 2, …, S} نشان داد از میان آنها زیرنویس ۱ نشان دهنده سلول بزرگ است. ما گسترش های هم کانال در سیستم را بررسی می کنیم که به این معنی است که سلول بزرگ و سلول های کوچک در طیف فعالیت می کنند. برای تقلید یک سناریوی واقعی سلول های کوچک به طور دلخواه درمحدوده پوشش سلول بزرگ توزیع می شوند. Mi (i  کاربر در سلول i وجود دارد و تعداد کل کاربران در شبکه با  نشان داده می شود. Mi (i   را به صورت مجموعه­ای برای نگهداری کاربران در سلول i تعریف می کنیم. ایستگاه مبنا سلول بزرگ (m-BS) و ایستگاه های مبنای سلول کوچک (s-BSs) به یک درگاه محلی متصل هستند که به عنوان یک کنترل کننده متمرکز عمل می کند و کار تخصیص منبع و زمانبندی در سیستم را انجام می دهد. کانال های فیزیکی میان ایستگاه های مبنا و کاربران با محو شدن انتخابی فرکانس رایلیگ مدل می شوند که بیشتر به واسطه تضعیف ناشی از فاصله تعیین یم شود .در ابتدای هر بازه زمانی، یک فرآیند اموزش برای کنترل کننده مرکزی با m-BS اجرا می شود تا CSI کلی به دست آید. تحقیق در مورد آموزش کارآمد کانال و ارزیابی را می توان در مرجع های ۲۳ و ۲۴ یافت. آموزش و ارزیابی در کاربران برای به دست آوردن بهره های کانال از آنها برای ایستگاه های مبنا انجام می شود. در نهایت همه این بهره های کانال به دست آمده با روش بازخورد به کنترل کننده مرکزی اطلاع داده می شود. طیف کلی به n کانال فرعی تقسیم می شود و مجموعه کانال های فرعی را می توان با N={1, 2, …, N} نشان داد. فرض می کنیم که ایستگاه های مبنا به انت های همه جهتی مجهز هستند و توان بیشینه ایستگاه مبنا با Pmaxi نشان داده می شود. علامت های استفاده شده در این فصل در جدول ۱ معرفی می شوند.

  •  x 
  •  x 
خرید
درباره این محصول نظر دهید !