عنوان

مدل مبتنی بر نظریه‌بازی ها برای تخصیص منابع در شبکه های بی سیم چند ورودی - چند خروجی

شماره

‭۱۵۱۸۱پ‬

زبان متن نوشتاري يا گفتاري و مانند آن

per

عنوان اصلي

مدل مبتنی بر نظریه‌بازی ها برای تخصیص منابع در شبکه های بی سیم چند ورودی - چند خروجی

نام نخستين پديدآور

/سمیرا میرمظهری انور

نام ناشر، پخش کننده و غيره

: مهندسی برق و کامپیوتر

تاریخ نشرو بخش و غیره

، ‮‭۱۳۹۴‬

متن يادداشت

چاپی

متن يادداشت

ependently without interference of any centeral authority. Resource allocation problem in communication networks, has been studied extensively. In this problem, it is assumed that many transmitter and receiver terminals are located in a common communicating environment and these terminals are provided with limited radio resources such as (bandwidth, time slot, power) to send information. Therefore, the emergence of competition among the terminals to reach these imited resources is inevitable. As a result, distributed approaches like game theory is considered to be an efficient method to deal with this problem.In the first part of this dissertation, power allocation (PA) problem has been investigated in multiple input-multiple output (MIMO) networks using game theoretic framework. In MIMO networks, each transmitter and receiver terminals is equipped with multiple antennas. Furthermore, the system of interest in this part is an uplink of MIMO fading multiple access channels (MAC). Channel state information (CSI) in both receiver and transmitter side is another important issue in PA problem. Infact, CSI has a significant impact on calculating the power allocated to each transmitter. In this section, PA game has been formulated for the introduced system considering channel estimation error at receiver side. Following the formulation of problem, existence and uniqueness of the game's equilibrium are investigated and it is proved that the proposed game has a unique Nash equilibrium (NE). Next, two algorithms of newton basedbest-response and gradient projection based best-response have been designed to compute NE of proposed PA game. Finally, the game has been simulated applying these two algorithms. Simulation results show the efficiency of introduced algorithms. Moreover, they depict that considering estimation error in modeling the PA game improves the system performance. In the second part of this dissertation, resource allocation problem has been studied from the optimum usage of resources, point of view. Nowadays, designing communication systems with minimum consumption of resources is one of the important issues in the field of engineering. In this section, PA game has been formulated for an uplink of MIMO MAC system such that each user incurs a cost for an excessive usage of power. In this problem, first it is assumed that the CSI is perfect at receiver side and then channel estimation error is considered. Following the proof of existence and uniqueness of NE in the proposed game, it is shown that both algorithms designed in the previous section is applicable to the proposed games. Furthermore, according to the simulation results, pricing function employed in the structure of PA game acts as a mechanism to strike a balance between the desires of users to improve their performance and the need to limit the power consumption. inally in the last section of this dissertation, power allocation problem is considered in heterogeneous networks applying game theory. Heterogeneous networks are the networks which includes different cells like femtocell, picocell and macrocell to enhance the coverage area. The system of interest in this section is a special case of two-tier cellular network which is composed of a macrocell overlaid with several femtocells. In this system each user of different cells has its own performance criteria. Having multiple base stations and also different performance criteria of transmitters, make it complicated to deal with PA problem using distributed approaches. As a result, we try to model PA problem in the game theoretic framework. On the othe hand, algorithms designed in the first section is not applicable for computing NE of this game. Thus, primal-dual subgradient based best-response algorithm has been designed to calculate NE of the game. Simulation results illustrate that by applying the introduced algorithm the PA policy has been derived beside fulfillment of performance criteria of each user

جزئيات پايان نامه و نوع درجه آن

دکتری

نظم درجات

مهندسی برق گرایش کنترل

زمان اعطا مدرک

‮‭۱۳۹۴/۱۱/۱۰‬

کسي که مدرک را اعطا کرده

تبریز

متن يادداشت

چکیده :نظریه بازی‌صها یک ابزار سودمند ریاضی برای تجزیه و تحلیل مسئله تخصیص منابع در شبکه‌صهای خودسازمان‌صده و یا توزیع شده می‌صباشد .منظور از شبکه‌صهای توزیع شده، آن دسته از شبکه‌صهایی هستند که در آنها هر کدام از فرستنده‌صها) کاربرها (به طور مستقل منابع محدود خود را مدیریت می-نمایند و هیچ نوع دخالتی از قدرت مرکزی در اداره این منابع به آنها اعمال نمی‌صشود .مسئله تخصیص منابع در شبکه-های مخابراتی یکی از مسائلی است که از دیرباز مورد مطالعه قرار گرفته است .در این مسئله، فرض بر این است که چندین ترمینال فرستنده و گیرنده در یک محیط ارتباطی مشترک قرار دارند و منابع مورد نیاز هر کدام از این ترمینال‌صها) از قبیل پهنای باند، اسلات زمانی، توان (جهت ارسال اطلاعات، بسیار محدود است .در نتیجه به وجود آمدن رقابت بین این ترمینال‌صها برای بدست آوردن این منابع محدود، امری اجتناب ناپذیر خواهد بود .در این راستا روش غیرمتمرکز مانند نظریه بازی‌صها روشی کارآمد برای حل مسئله تخصیص منابع به شمار می‌صآید .در این رساله ابتدا مسئله تخصیص توان در شبکه‌صهای بی‌صسیم چند ورودی-چند خروجی با استفاده از نظریه بازی‌صها بررسی شده است .منظور از شبکه‌صهای چند ورودی- چند خروجی شبکه‌صهایی هستند که در آن‌صها هر دو طرف فرستنده و گیرنده به بیش از یک آنتن تجهیز شده‌صاند .همچنین شبکه مورد بررسی، یک شبکه فرامسیر با کانال‌صهای دسترسی چندگانه و با محوشدگی است .اطلاعات وضعیت کانال در دو طرف فرستنده و گیرنده از دیگر مباحثی است که در مسئله تخصیص توان حائز اهمیت است .در حقیقت، وضعیت کانال یکی از پارامترهای تاثیرگذار در محاسبه توان تخصیص یافته می‌صباشد .در این بخش ابتدا با در نظر گرفتن خطای تخمین در طرف گیرنده که فرض نزدیک به واقعیت می‌صباشد، مسئله بازی تخصیص توان در سیستم معرفی شده فوق مدل‌صسازی شده، سپس وجود و یکتایی تعادل نش در بازی پیشنهادی به اثبات رسیده است .بعد از آن با طراحی دو الگوریتم بهترین پاسخ براساس روش نیوتن و الگوریتم بهترین پاسخ براساس روش تصویرسازی گرادیان تعادل نش در بازی پیشنهادی محاسبه و سیستم مورد بحث با استفاده از این دو الگوریتم شبیه سازی شده است .نتایج حاصل از این شبیه-سازی‌صها حاکی از کارایی الگوریتم‌صهای طراحی شده است .همچنین با محاسبه تعادل نش با استفاده از این الگوریتم‌صها متوجه می‌صشویم که در نظر گرفتن خطای تخمین در معادلات مربوط به بازی تخصیص توان باعث بهبود عملکرد سیستم می-شود .در قسمت بعدی این رساله، مسئله تخصیص منابع با رویکرد مصرف بهینه انرژی مورد بررسی قرار گرفته است .امروزه بحث بهینه کردن مصرف انرژی در شبکه‌صهای مخابراتی از اهمیت ویژه‌صای برخوردار است .به گونه‌صای که طراحی سیستم-های مخابراتی با مصرف انرژی کمینه یکی از موضوعات مهم در زمینه مهندسی به شمار می‌صآید .در این قسمت با در نظر گرفتن هزینه بر مصرف انرژی برای هر کدام از فرستنده‌صها، مسئله تخصیص توان در شبکه‌صهای چند ورودی-چند خروجی فرا مسیر و با کانال‌صهای دسترسی چندگانه، با استفاده از نظریه بازی‌صها مدل‌صسازی و تجزیه و تحلیل شده است .به منظور مدل‌صسازی این مسئله در ابتدا از خطای تخمین در طرف گیرنده صرف نظر شده، سپس سیستم با فرض وجود این خطا مدل‌صسازی شده است .پس از اثبات وجود و یکتایی تعادل نش در هر دو بازی پیشنهادی، نشان داده شده است که هر دو الگوریتم طراحی شده در قسمت قبلی قابل اجرا در این دو بازی هستند .همچنین شبیه‌صسازی‌صهای انجام گرفته برای این بازی‌صها موید این مطلب هستند که تابع هزینه اعمال شده در ساختار بازی به مانند اهرمی موجبات حفظ تعادل بین تمایل بازیکنان به افزایش سود و نیاز سیستم به بهینه کردن مصرف انرژی را فراهم می‌صنماید .در قسمت نهایی این رساله، مسئله تخصیص توان برای شبکه‌صهای چند ورودی-چند خروجی ناهمگن با استفاده از نظریه بازی‌صها در نظر گرفته شده است .در شبکه‌صهای ناهمگن از انواع شبکه‌صهای سلولی کوچک و بزرگ از قبیل فمتوسل، پیکوسل و ماکروسل جهت وسیع‌صتر کردن گستره تحت پوشش استفاده شده است .شبکه ناهمگن در نظر گرفته شده در این رساله یک شبکه دو لایه‌صای فمتوسل می‌صباشد .این شبکه از یک ماکروسل و چندین فمتوسل تشکیل شده است .همچنین معیار عملکردی هر کدام از کاربرها در این سلول‌صها متفاوت است .وجود چندین ایستگاه پایه و همچنین اهداف عملکردی متفاوت فرستنده‌صها باعث بزرگتر شدن و پیچیده‌صتر شدن ابعاد مسئله تخصیص توان در این سیستم‌صها می‌صشود به گونه‌صای که حل این مسئله با استفاده از روش‌صهای متمرکز بسیار دشوار خواهد بود .لذا به منظور کاستن از پیچیدگی‌صهای مذکور، مسئله تخصیص توان با استفاده از نظریه بازی‌صها مورد بررسی قرار گرفته است .از طرفی به دلیل وجود معیارهای عملکردی هر کدام از فرستنده‌صها، نمی-توان از دو الگوریتم پیشنهادی در بخش اول رساله، برای دستیابی به تعادل نش در بازی پیشنهادی استفاده نمود .بدین منظور الگوریتم بهترین پاسخ براساس روش زیرگرادیان اصلی- دوگان طراحی و جهت محاسبه تعادل نش در این بازی اعمال شده است .نتایج حاصل از شبیه‌صسازی‌صها حاکی از این است که بازی طراحی شده قادر خواهد بود ضمن حل مسئله تخصیص توان در شبکه مورد نظر، معیار عملکردی هر کدام از بازیکنان را نیز فراهم نماید

متن يادداشت

Game theory is a mathematical tool for analyzing resource allocation problem in elf-organizing (distributed) networks. Self-organizing networks are the networks in which each transmitter (user) manages its own limited resources independently without interference of any centeral authority. Resource allocation problem in communication networks, has been studied extensively. In this problem, it is assumed that many transmitter and receiver terminals are located in a common communicating environment and these terminals are provided with limited radio resources such as (bandwidth, time slot, power) to send information. Therefore, the emergence of competition among the terminals to reach these imited resources is inevitable. As a result, distributed approaches like game theory is considered to be an efficient method to deal with this problem.In the first part of this dissertation, power allocation (PA) problem has been investigated in multiple input-multiple output (MIMO) networks using game theoretic framework. In MIMO networks, each transmitter and receiver terminals is equipped with multiple antennas. Furthermore, the system of interest in this part is an uplink of MIMO fading multiple access channels (MAC). Channel state information (CSI) in both receiver and transmitter side is another important issue in PA problem. Infact, CSI has a significant impact on calculating the power allocated to each transmitter. In this section, PA game has been formulated for the introduced system considering channel estimation error at receiver side. Following the formulation of problem, existence and uniqueness of the game's equilibrium are investigated and it is proved that the proposed game has a unique Nash equilibrium (NE). Next, two algorithms of newton basedbest-response and gradient projection based best-response have been designed to compute NE of proposed PA game. Finally, the game has been simulated applying these two algorithms. Simulation results show the efficiency of introduced algorithms. Moreover, they depict that considering estimation error in modeling the PA game improves the system performancen the second part of this dissertation, resource allocation problem has been studied from the optimum usage of resources, point of view. Nowadays, designing communication systems with minimum consumption of resources is one of the important issues in the field of engineering. In this section, PA game has been formulated for an uplink of MIMO MAC system such that each user incurs a cost for an excessive usage of power. In this problem, first it is assumed that the CSI is perfect at receiver side and then channel estimation error is considered. Following the proof of existence and uniqueness of NE in the proposed game, it is shown that both algorithms designed in the previous section is applicable to the proposed games. Furthermore, according to the simulation results, pricing function employed in the structure of PA game acts as a mechanism to strike a balance between the desires of users to improve their performance and the need to limit the power consumption. inally in the last section of this dissertation, power allocation problem is considered in heterogeneous networks applying game theory. Heterogeneous networks are the networks which includes different cells like femtocell, picocell and macrocell to enhance the coverage area. The system of interest in this section is a special case of two-tier cellular network which is composed of a macrocell overlaid with several femtocells. In this system each user of different cells has its own performance criteria. Having multiple base stations and also different performance criteria of transmitters, make it complicated to deal with PA problem using distributed approaches. As a result, we try to model PA problem in the game theoretic framework. On the othe hand, algorithms designed in the first section is not applicable for computing NE of this game. Thus, primal-dual subgradient based best-response algorithm has been designed to calculate NE of the game. Simulation results illustrate that by applying the introduced algorithm the PA policy has been derived beside fulfillment of performance criteria of each user

مستند نام اشخاص تاييد نشده

میرمظهری انور، سمیرا

مستند نام اشخاص تاييد نشده

خان محمدی، سهراب، استاد راهنما

مستند نام اشخاص تاييد نشده

موسوی نیا، میر جواد، استاد مشاور

يادداشت عمومي

سیاه و سفید

وضعیت فهرست نویسی

نمایه‌سازی قبلی