Ενεργειακά Αποδοτικά Δίκτυα Ασύρματων Επικοινωνιών

Abstract

Στα ασύρματα δίκτυα επικοινωνιών, με πλήρη ανασχεδιασμό της διάρθρωσης, λειτουργίας και κατανομής των πόρων αυτού του ιδιαιτέρως περίπλοκου μηχανισμού σε όλα τα επίπεδα λειτουργίας του, μπορεί να εξοικονομηθεί σημαντικό ποσοστό της καταναλισκόμενης ενέργειας. Κατάλληλες υποδομές ανταλλαγής και λήψης αποφάσεων, οι οποίες θα παρέχουν στο σύστημα διαχείρισης του εκάστοτε δικτύου τη δυνατότητα να γνωρίζει το βέλτιστο τρόπο με τον οποίο θα μπορεί να ανταποκριθεί στις συνεχώς μεταβαλλόμενες ανάγκες και συνθήκες του περιβάλλοντός του, κρίνονται απαραίτητες και πρέπει να υλοποιηθούν διότι θα συμβάλλουν στην επίτευξη υψηλού βαθμού βελτιστοποίησης της ενεργειακής απόδοσης των ασύρματων δικτύων τηλεπικοινωνιών. Η παρούσα Διδακτορική Διατριβή εστιάζει στην ενεργειακά αποδοτική λειτουργία των δικτύων κινητής, που είναι μία εκ των δύο σημαντικότερων τεχνολογιών ασύρματης πρόσβασης. Εστιάσαμε στην αναθεώρηση του τρόπου λειτουργίας των σημείων ασύρματης πρόσβασης, τα οποία αναλίσκουν το 80% της απαιτούμενης ενέργειας για την ομαλή λειτουργία ενός δικτύου κινητής. Προτείναμε νέα προφίλ λειτουργίας, εκπομπής και εξυπηρέτησης της τηλεπικοινωνιακής κίνησης στο σύνολο των σημείων πρόσβασης, στοχεύοντας στην υψηλότερη μείωση της ενεργειακής τους κατανάλωσης, με παράλληλη παρακολούθηση και διατήρηση του επιπέδου των υπηρεσιών που προσφέρεται στον τελικό χρήστη. Από θεωρητική προσέγγιση, αποδείξαμε ότι το συγκεκριμένο μοντέλο προσέγγισης της μείωσης της ενεργειακής κατανάλωσης των δικτύων κινητής εντάσσεται στην κατηγορία προβλημάτων χωρητικότητας και χωροθέτησης που ανήκει στην κατηγορία NP-Δύσκολων προβλημάτων. Εφαρμόσαμε τεχνικές εύρεσης της μέγιστης ενεργειακής εξοικονόμησης σε καθένα από τα μοντέλα συστήματος δικτύων κινητής που εξετάσαμε, και διατυπώσαμε τα αντίστοιχα προβλήματα ενεργειακής βελτιστοποίησης. Εξετάσαμε ποικιλία παραμέτρων και εκδοχών στα ανωτέρω προβλήματα, όπως: α) ομογενή και ετερογενή μοντέλα τοπολογιών, β) διάφορες τεχνικές ραδιοπρόσβασης, γ) στατικά μοντέλα και μοντέλα κίνησης χρηστών, δ) διαφορετικής ποιότητας προσφερόμενες υπηρεσίες, καθώς και ε) εφαρμογή μοντέλων οπισθοζεύξεων, και αναδείξαμε ευριστικά σχήματα εξεύρεσης βέλτιστων ενεργειακά λύσεων, ικανά να ελαχιστοποιήσουν την ενεργειακή κατανάλωση των δικτύων κινητής ανά στιγμιότυπο ή ανά ημερήσιο κύκλο της λειτουργίας τους, διατηρώντας παράλληλα την ποιότητα των υπηρεσιών στα επιθυμητά επίπεδα.