به گزارش روش سئو به نقل از معاونت علمی، فناوری و اقتصاد دانش بنیان ریاست جمهوری، طاهره رحمتی در قالب رساله دکتری و با راهنمایی بهروز شاهقلی قهفرخی در دانشگاه اصفهان، پژوهشی را با عنوان «مدیریت انرژی-کارای تداخل در شبکه های سلولی ناهمگن و فوق متراکم با ارتباطات دوطرفه» به انجام رسانده است.
رحمتی درباره ی این طرح توضیح داد: توسعه چشم گیر تعداد دستگاههای متصل به شبکه های سیار و ظهور سرویسهای گوناگون همراه با تقاضای کاربران برای کیفیت بیش از یک سو و رشد نمایی بار ترافیک از طرف دیگر، شبکه های ارتباطی سلولی را با چالش مواجه نموده است. در پاسخ گویی به این نیازمندی ها، شبکه نسل پنجم با هدف رشد خیلی زیاد در میزان ترافیک (حدود ۱۰۰۰ برابر)، افزایش قابل توجه تعداد دستگاههای مرتبط، پیشرفت نرخ داده کاربران، کاهش تأخیر، افزایش قابلیت اطمینان و در نهایت کاهش مصرف انرژی تعریف شده است.
وی اضافه کرد: برای رسیدن به این فاکتورهای کلیدی عملکرد، فناوری های مختلفی درحال توسعه هستند که همچون آنها می توان به ارتباطات دستگاه به دستگاه، سیستم های چندآنتنی انبوه، ارتباطات میلی متری، شبکه دسترسی مبتنی بر ابر، مجازی سازی منابع بی سیم و شبکه های ناهمگن اشاره نمود. در این بین، شبکه های فوق متراکم، ارتباطات میلی متری و سیستم های چندآنتنی انبوه به عنوان سه فناوری پیشران در شبکه ۵G مورد توجه قرار گرفته اند.
این پژوهشگر افزود: شبکه های فوق متراکم با ارتباطات دوطرفه گزینه ای نویدبخش در تحقق تامین ظرفیت بالا و سرویس دهی انبوه، در شبکه های سلولی است. در این شبکه ها، علاوه بر دکل های بزرگ مخابراتی معمول (ایستگاه های پایه ماکرو)، تعداد خیلی زیادی ایستگاه پایه کوچک در فضای شهر و داخل ساختمان ها نصب می شوند. این تراکم بالا، موجب می شود فاصله کاربر تا آنتن کمتر شده و سرعت و پوشش شبکه بطور شایان توجهی افزایش یابد. در حالت عادی، تجهیزات کاربران مانند گوشیهای همراه برای ارسال و دریافت داده از دو کانال فرکانسی جداگانه استفاده می نماید. فناوری ارتباطات دوطرفه این امکان را فراهم می آورد که ارسال و دریافت داده بطور همزمان و روی یک فرکانس واحد صورت گیرد. این کار در حالت ایدئال می تواند ظرفیت شبکه را تا دوبرابر افزایش دهد. بااین حال، این شبکه ها با محدودیت های مصرف انرژی و تداخل بالا مواجهند که عدم مدیریت صحیح آن می تواند بر کارآیی کلی شبکه تاثیر منفی بگذارد.
رحمتی در تشریح اهداف این رساله بیان کرد: هدف این طرح، ارایه راهکاری برای مدیریت همزمانِ منابع شبکه (مانند فرکانس و توان ارسال) و مصرف انرژی است. ایده اصلی این است که بجای فعال نگه داشتن تمام ایستگاه های پایه کوچک، بصورت هوشمند و پویا تعدادی از آنها را در زمان هایی که ترافیک کم است، در حالت خواب یا غیرفعال قرار دهیم و کاربران آن منطقه را به ایستگاه های مجاور فعال منتقل نماییم. همزمان، توان ارسال ایستگاه های فعال و کانال های رادیویی آنها نیز باید به بهترین شکل بین کاربران توزیع شود تا هم تداخل کاهش پیدا کند، هم کیفیت سرویس مورد نیاز کاربران تامین شود و در کل راندمان انرژی شبکه حداکثر شود.
وی اشاره کرد: برای حل این مسئله پیچیده، دو رهیافت در این رساله دنبال شده است که رهیافت نخست، راهکاری متمرکز است که در آن مرکز کنترل (مانند ایستگاه پایه ماکرو) با بهره گیری از الگوریتم های بهینه سازی ریاضی، تصمیم می گیرد که کدام ایستگاه های کوچک خاموش شوند و منابع چه طور اختصاص یابند. سپس، با عنایت به پویایی بالا و تغییرات سریع در شبکه های موبایل، در رهیافت دوم استفاده از الگوریتم های یادگیری تقویتی مورد بررسی قرار گرفت. در این رهیافت، دو راه حل ارایه گردید: راه حل نخست از مدیریت متمرکز خاموشی ایستگاه های پایه و اختصاص توزیع شده منابع بهره می برد و راه حل دوم از نگاهی کاملا توزیع شده در مدیریت خاموشی ایستگاه های پایه و اختصاص منابع استفاده می نماید. نتایج شبیه سازی ها، کارآیی الگوریتم های پیشنهادی را در بهبود راندمان انرژی با غیرفعال کردن سلول های کوچک بیشتر، خصوصاً در شبکه هایی با بار زیاد، نشان میدهد.
به اجمال، این تراکم بالا، سبب می شود فاصله کاربر تا آنتن کمتر شده و سرعت و پوشش شبکه به طور شایان توجهی افزایش یابد. ایده اصلی این است که بجای فعال نگه داشتن تمام ایستگاههای پایه کوچک، به طور هوشمند و پویا بعضی از آنها را در زمان هایی که ترافیک کم است، در حالت خواب یا غیرفعال قرار دهیم و کاربران آن منطقه را به ایستگاههای مجاور فعال منتقل نماییم. در این رهیافت، دو راهکار ارائه گردید: راهکار نخست از مدیریت متمرکز خاموشی ایستگاههای پایه و اختصاص توزیع شده منابع بهره می برد و راهکار دوم از نگاهی کاملا توزیع شده در مدیریت خاموشی ایستگاههای پایه و اختصاص منابع استفاده می نماید.