Çoklu protokollü kablosuz iç ortam ağlarda girişim yönetimi
Interference management in multiprotocol wireless indoor networks
Yazar: EJMEL TERZİ
Danışman: PROF. DR. MEHMET SERDAR UFUK TÜRELİ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Haberleşme Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Son yıllarda gelişen akıllı teknolojiler ve uygulamaları nedeniyle artan haberleşme ihtiyacının karşılanması, mevcut haberleşme sistemlerinin geliştirilmesinin yanında kaynakların optimum şekilde kullanımını da gerektirmektedir. Ancak bu uygulamalarda kullanılan protokollerin fiziksel katman kabiliyetlerindeki dengesizlik kaynaklardan optimum düzeyde faydalanmayı zorlaştırmaktadır. Bu durum, özellikle belirtilen uygulamalarda yaygın olarak tercih edilen 802.11 ve 802.15.4 standartlarına tabi protokoller arasında görülmektedir. 802.11n standardı, yüksek çıkış gücünün yanında çoklu anten kullanımını desteklerken, 802.15.4 standardı tek anten üzerinden düşük güç ile haberleşmeyi desteklemektedir. Bu kapsamda, tez çalışmasında 802.11n ve 802.15.4 standartları ile tanımlı protokollerin çakışan zaman ve spektrum dilimlerinde haberleştiği bir melez ağ modeli dikkate alınmıştır. Ağ modelinde, 802.11n cihazları verici hüzme şekillendirici vektörünü optimum şekilde belirleyerek hedef servis kalitesini minimum güç ile elde etmeyi amaçlamaktadırlar. Buna karşın, 8021.5.4 cihazları sadece çıkış güçlerini güncelleyerek hedef servis kalitesini minimum güç ile korumaya çalışmaktadırlar. Sistemde durağan bir verici hüzme şekillendirici ve çıkış gücü profilinin varlığı oyun teorisi yaklaşımı ile analiz edilmiştir. 802.11n bağlantılarında koşulan regret matching algoritması ile hüzme şekillendirici denge noktası dağıtık olarak elde edilmiştir. Oyunda amaç, bu denge noktasının
oyuncuların kapasiteleri çerçevesinde ve minimum toplam çıkış gücü ile başarılmasıdır. Matlab ortamında yapılan benzetim çalışması sonucunda, regret matching algoritmasının kaba bağdaşık denge olarak tanımlanan karar profiline
yakınsadığı gösterilmiştir. İlgili profilde oluşan çıkış gücü denge noktasında ise özellikle 802.15.4 cihazlarının sınırlı güç kapasitelerini aşmadan hedef servis kalitelerini koruyabildikleri görülmüştür. Ayrıca ağdaki toplam çıkış gücünün optimal çözüme yakın olduğu sonucuna varılmıştır.

Anahtar Kelimeler: Kablosuz melez ağlar, hüzme şekillendirme, güç kontrolü, oyun teorisi, dağıtık optimizasyon

Abstract:
The increase of communication needs due to the smart technologies and applications developed in recent years requires the optimum use of resources as well as the development of existing communication systems. However, the
discrepancy in the physical capabilities of the protocols which are widely preferred in the specified applications makes it difficult to use the resources at the optimum level. This situation is especially seen among the protocols that are specified by 802.11 and 802.15.4 standards. While the 802.11n standard supports the use of
multiple antennas besides its high output power, the 802.15.4 standard supports low power communication over a single antenna. In this thesis, a heterogeneous network in which the two standard devices operate simultaneously in coinciding spectrums is taken into consideration. In the network model, 802.11n devices aim to achieve the target service quality with minimum power by optimally determining the transmit beamformer vector. However, 802.15.4 devices try to maintain their target service quality with minimum power by updating their output power only. In the game, the existence of a transmit beamformer and output power equilibrium points was analyzed by the game theoretic approach. With the regret matching algorithm run on 802.11n connections, the transmit beamformer equilibrium profile was obtained in distributed manner. The aim is to achieve this equilibirum point within the capacity of the players and with a minimum total output power. The results of the simulation in Matlab show that the regret matching algorithm converges to the transmit beamformer decision profile, which is defined as the coarse correlated equilibrium. In the related equilibrium profile, especially 802.15.4 devices were found to be able to maintain the target service quality without exceeding their limited power capacities. It was also
concluded that the total output power in the network is the near optimal solution.

Keywords: Heterogeneous networks, beamforming, power control, game theory, distributed optimization