راه حل‌های برخط بهینه مجانبی برای شبکه‌های مخابراتی جاذب انرژی
محورهای موضوعی : مهندسی برق و کامپیوتر
محمود محصل فقهی
1
(دانشگاه تبریز)
علی‌اعظم عباسفر
2
(دانشگاه تهران)
کلید واژه: تخصیص منابع جذب انرژی راه حل برخط رفتار مجانبی مخابرات سبز,
چکیده مقاله :
جذب انرژی یک راه حل نوین برای محدودیت همیشگی شبکه‌های بی‌سیم که همان محدودیت انرژی است، می‌باشد. گره‌های جاذب انرژی با دسترسی به منابع نامحدود انرژی، برای افزایش طول عمر شبکه‌های مخابراتی بی‌سیم به کار گرفته می‌شوند. در این قالب، اخیراً جذب انرژی به عنوان یک روش نوید‌دهنده برای مخابرات سبز ظهور کرده است. در این مقاله، تخصیص برخط منابع که به طور مجانبی بهینه می‌باشد برای دسته وسیعی از توابع فایده در شبکه‌های مخابراتی EH ارائه شده است. نشان داده شده که جواب با در نظر گرفتن الگوی متوسط تولید EH و مستقل از دینامیک تصادفی آن حاصل می‌شود. جواب به دست آمده نه دارای پیچیدگی راه حل‌های برخط همچون برنامه‌ریزی پویا است و نه از دانش غیر علّی در مورد الگوی EH بهره می‌برد. علاوه بر این چندین مثال عملی برای توابع فایده و هزینه به کار رفته در سامانه‌های مخابراتی در نظر گرفته شده و نتیجه کلی به دست آمده برای آنها ارائه خواهد شد. همچنین با شبیه‌سازی‌های عددی به بررسی و راستی‌آزمایی نتایج تحلیلی خواهیم پرداخت. نتایج شبیه‌سازی دستاوردهای تحلیلی ارائه‌شده در این مقاله را تأیید کرده و میزان دقت منحنی‌های تحلیلی مجانبی را برای بازه‌های ارسال به کار رفته در عمل نشان می‌دهند.
Energy harvesting (EH) has emerged as a promising technique for green communications and it is a novel technique to prolong the lifetime of the wireless networks with replenishable nodes. In this paper, we investigate the online resource allocation for a large class of objective functions in the EH communication systems, which are asymptotically optimal. It is shown that the solution is obtained by only considering the average EH pattern, irrespective of its stochastic dynamics. This optimal solution neither has the complexity of dynamic programming solutions, nor uses the non-causal knowledge about EH pattern. Also, some practical numerical examples for objective functions, which are utilized in communication systems, are considered and general results are derived for them. Moreover, simulation results validate our theoretical findings and show the accuracy of asymptotic theoretical curves for the transmission periods, which are used in practice.
[1] S. Sudevalayam and P. Kulkarni, "Energy harvesting sensor nodes: survey and implications," IEEE Commun. Surveys & Tutorials, vol. 13, no. 3, pp. 443-461, Third Quarter 2011.
[2] T. Zhu, A. Mohaisen, P. Yi, and J. Ma, "Green Ad Hoc and sensor networks," in Green Communications: Theoretical Fundamentals, Algorithms and Applications, J. Wu, S. Rangan, and H. Zhang, Eds., ed Boca Raton, Florida, USA: CRC Press, pp. 305-320, 2012.
[3] V. Raghunathan, S. Ganeriwal, and M. Srivastava, "Emerging techniques for long lived wireless sensor networks," IEEE Commun. Mag., vol. 44, no. 4, pp. 108-114, Apr. 2006.
[4] A. Kansal, J. Hsu, S. Zahedi, and M. B. Srivastava, "Power management in energy harvesting sensor networks," ACM. Trans. Embed. Comput. Syst., vol. 6, no. 4, pp. 1-8, Sep. 2007.
[5] V. Sharma, U. Mukherji, V. Joseph, and S. Gupta, "Optimal energy management policies for energy harvesting sensor nodes," IEEE Trans. Wireless Commun., vol. 9, no. 4, pp. 1326-1336, Apr. 2010.
[6] R. Rajesh, V. Sharma, and P. Viswanath, "Information capacity of energy harvesting sensor nodes," in Proc. IEEE Int. Symp. Inf. Theory, ISIT'11pp. 2363-2367, Saint-Petersburg, Russia, 31 Jul.- 5 Aug. 2011.
[7] O. Ozel and S. Ulukus, "Achieving AWGN capacity under stochastic energy harvesting," IEEE Trans Inf. Theory, vol. 58, no. 10, pp. 6471-6483, Oct. 2012.
[8] J. Yang and S. Ulukus, "Optimal packet scheduling in an energy harvesting communication system," IEEE Trans. Commun., vol. 60, no. 1, pp. 220-230, Jan. 2012.
[9] J. Yang, O. Ozel, and S. Ulukus, "Broadcasting with an energy harvesting rechargeable transmitter," IEEE Trans. Wireless Commun., vol. 11, no. 2, pp. 571-583, Feb. 2012.
[10] M. A. Antepli, E. Uysal-Biyikoglu, and H. Erkal, "Optimal packet scheduling on an energy harvesting broadcast link," IEEE J. Sel. Areas Commun., vol. 29, no. 8, pp. 1712-1731, Sep. 2011.
[11] J. Yang and S. Ulukus, "Optimal packet scheduling in a multiple access channel with energy harvesting transmitters," J. of Commun. and Net., vol. 14, no. 2, pp. 140-150, Apr. 2012.
[12] K. Tutuncuoglu and A. Yener, "Sum-rate optimal power policies for energy harvesting transmitters in an interference channel," J. of Commun. and Net., vol. 14, no. 2, pp. 151-161, Apr. 2012.
[13] D. Gunduz and B. Devillers, "Two-hop communication with energy harvesting," in Proc. of 4th IEEE Int. Workshop on Computational Advances in Multi-Sensor Adaptive Process, CAMSAP'11, pp. 201-204, San Juan, Puerto Rico, 13-16 Dec. 2011.
[14] O. Ozel, K. Tutuncuoglu, J. Yang, S. Ulukus, and A. Yener, "Transmission with energy harvesting nodes in fading wireless channels: optimal policies," IEEE J. Sel. Areas Commun., vol. 29, no. 8, pp. 1732-1743, Sep. 2011.
[15] W. Hoeffding, "Probability inequalities for sums of bounded random variables," J. of the American Statistical Association, vol. 58, no. 301, pp. 13-30, Mar. 1963.