Milimetrik Dalga Ağlarda Çoklu Kullanıcılara İletimlerde Adil Huzme Tahsisi ve Ölçeklenebilir Video Kodlamalı Video Çoğa Gönderimlerde Deneyim Kalitesi Temelli Huzme Planlaması

Abstract

A part of this work addresses the problem of proportional fair beam allocation in millimeter wave (mmWave) switched-beam based systems. Working at the mmWave band facilitates using a massive number of antenna elements at the base station (BS). Usage of beamforming in large antenna arrays provides high directivity and increased SINR at the receivers. In this setting intelligent beam allocation over multiple time slots is required for fair rate allocation to users. Activating multiple beams simultaneously requires an algorithm that takes interbeam interference into account. We formulate the proportional fair beam allocation as a mixed integer nonlinear programming with an objective of maximizing logarithmic sum of average received rates. As for received rates at each time slot, Shannon capacity is used, taking the inter-beam interference into account. We also propose a near-MINLP-based solution as our interference-aware fair beam allocation algorithm. Numerical evaluation results reveal that proposed proportional fair beam allocation algorithm performs very close to the MINLP-based solution and performs much better than the considered benchmark algorithms. Scheduling the beams and resources for a Scalable Video Coding (SVC) video multicast to multi-groups network with beamforming is a challenging issue. In the past, there have been studies on similar issue ignoring multi-group consideration and handling different objectives.

Bu çalışmanın bir bölümü, milimetrik dalga (mmDalga) anahtarlamalı hüzme tabanlı ağlarda orantılı adil hüzme tahsisi problemini ele almaktadır. mmDalga bandında çalışmak Baz İstasyonunda (Bİ) çok sayıda anten elemanı kullanmayı kolaylaştırır. Büyük anten dizilerinde hüzmelemenin kullanılması, alıcılarda yüksek yönlendirilebilirlik ve artmış Sinyalin Gürültü-Girişim Toplamına Oranı (SINR) sağlar. Bu doğrultuda kullanıcılara adil hız tahsisi için çoklu zaman aralıklarında akıllı hüzme tahsisi gereklidir. Birden fazla hüzmenin aynı anda etkinleştirilmesi, hüzmeler arası girişimi hesaba katan bir algoritmayı gerektirir. Biz orantılı adil hüzme tahsisini, alınan ortalama hızların logaritmik toplamını arttırmayı hedefleyen karışık tamsayılı doğrusal olmayan programlama olarak formüle ediyoruz. Her zaman aralığında alınan hızları hesaplamak için ise hüzmeler arası girişim dikkate alınarak Shannon kapasitesini kullanıyoruz. Ayrıca girişime karşı duyarlı olan adil hüzme tahsisi algoritmamız olarak MINLP tabanlı modelimize yakın bir çözüm önermekteyiz. Benzetim sonuçları, önerilen oransal adil hüzme tahsisi algoritmasının MINLP tabanlı çözüme çok yakın bir performans gösterdiğini ve göz önüne alınan kıyaslama algoritmalarından çok daha iyi performans gösterdiğini ortaya koymaktadır. Çok gruplu hüzmeli ağlarda çoğa Ölçeklenebilir Video Kodlamalı (ÖVK) video yayını yapmak için hüzmeleri ve kaynakları planlamak zor bir konudur. Geçmişte benzer konular üzerinde olup çoklu grupları dikkate almamış ve farklı hedefleri ele alan çalışmalar yapılmıştır. Bu çalışmanın diğer bölümünde, çok gruplu çoğa yayın yapılan mmDalga ağları için bir Deneyim Kalitesi (QoE) tabanlı hüzme planlama problemi incelenmiştir. Her bir kullanıcının minimum bir QoE ile garanti edildiği tüm grupların ortalama kullanıcı QoE'lerinden minimum olanını arttırmayı amaçlayan doğrusal bir programlama formülasyonu geliştirilmiştir. Ayrıca daha az karmaşıklıkla sezgisel bir algoritma önerilmiştir. Benzetim sonuçları doğrusal programlama modelimizin karşılaştırma modellerine kıyasla minimum ortalama QoE'yi arttırdığını ortaya koymaktadır. Benzetimler ayrıca geliştirmiş olduğumuz sezgisel algoritmanın doğrusal programlama modeline yakın çalıştığını göstermektedir.