Skip to main content
SUPERVISOR
Hossein Saidi,Behnaz Omoomi
حسین سعیدی (استاد راهنما) بهناز عمومی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Ali Ghiasian
علی قیاسیان

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1385

TITLE

Investigation of link scheduling in wireless networks using graph theory
In single channel wireless networks, concurrent transmission at different links may interfere with each other. To improve system throughput, a scheduling algorithm is necessary to choose a subset of links at each time slot for data transmission. There are different network parameters which are affected by link scheduling algorithms such as throughput, delay, complexity and fairness. A throughput optimal algorithm, termed as maximum weight link scheduling (MWS) in such a wireless network is generally an NP-hard problem. We have investigated MWS and its approximation, Basic Randomized Algorithm (BRA), in terms of complexity and delay. We have developed a polynomial time algorithm for link scheduling problem provided that network conflict graph is line multigraph. It was shown that how the derived conditions can be satisfied by network designers through topology control of the network by prohibiting the construction of seven forbidden graphs in the conflict graph. We also study the relation between network topology and delay performance of the MWS algorithm by deriving two upper bound of delay which are related to topological parameters of the network. We also analyze and improve the delay performance of BRA. This algorithm is appropriate for distributed implementation. We first introduce a novel concept, the average hitting time, and analyze its impact on the upper bound of the average delay. It is then analytically shown that for two given randomized algorithms achieving the same throughput region, the one with a smaller average hitting time has a much less average delay bound. We also prove that by assigning traffic priorities in some specific applications, the achievable throughput region delivered by the BRA algorithm remains intact. This result is much valuable in the design of algorithms for some real-time applications by prioritizing the traffic to reduce the average delay of those applications. Simulation results confirm our analytical relations throughout the thesis. Keywords: Link Scheduling, Matching, Conflict Graph, Line Graph, Chromatic Number, Network Topology
تحقیق حاضر برمسئله زمان ‌ بندی ‌ لینک ‌ ها در شبکه ‌ های بی ‌ سیم متمرکز است. ضمن مرور مقالات مرتبط با مسئله زمان‌بندی لینک‌ها، به بررسی پیچیدگی و تأخیر یک الگوریتم زمان‌بندی با گذردهی بهینه به نام MWS ( Maximum Weight Scheduling ) و ارائه راه‌کارهایی برای رفع چالش‌های آن در ابعاد مختلف می‌پردازیم. الگوریتم MWS در حالت کلی یک الگوریتم - NP سخت و از نوع الگوریتم‌های متمرکز است. ابتدا نقش توپولوژی شبکه را برروی پیچیدگی الگوریتم بررسی می‌کنیم تا شرایط توپولوژیکی لازم و کافی برای کاهش پیچیدگی الگوریتم MWS بدست آید. سپس تحت شرایط بدست آمده الگوریتمی ‌متمرکز با پیچیدگی چندجمله‌ای ارائه می‌گردد که عملاً MWS را به یک مسئله ساده‌تر به نام (Maximum Weight Matching) MWM تبدیل می‌کند. از آنجا که الگوریتم‌های زمان‌بندی برروی تأخیرمتوسط شبکه نیز تأثیرگذار هستند، با تحلیل ریاضی، ارتباطی بین توپولوژی شبکه و تأخیر متوسط بدست می ‌ آید تا به کمک آن بتوان اثر اعمال شرایط توپولوژیکی به منظور کاهش پیچیدگی الگوریتم MWS را برروی تأخیر متوسط آن نیز بدست آورد. چالش دیگر MWS آن است که یک الگوریتم متمرکز به حساب می ‌ آید و لذا برای پیاده ‌ سازی در شبکه ‌ های بی ‌ سیمی که ماهیتاً فاقد یک ایستگاه کنترل ‌ کننده مرکزی هستند مناسب نیست. درراستای پیاده‌سازی توزیع شده این الگوریتم به کمک روش‌های تقریبی، از الگوریتمهای تصادفی استفاده می‌کنیم. با انجام آنالیزی برروی تأخیر الگوریتم ‌ های تصادفی، کمیتی ازدرون آن‌ها‌‌ استخراج می‌شود که مربوط به نحوه پیاده ‌ سازی الگوریتم بوده و می‌توان تأخیر متوسط را به آن کمیت ارتباط داد. برمبنای این یافته ‌ ها بهبودی برروی یک نسخه پیاده‌سازی شده اعمال می ‌ گردد تا تأخیر متوسط آن کاهش یابد. در کاربردهای عملی لازم می ‌ شود که علاوه بر تأخیر متوسط کل شبکه، تأخیر بسته ‌ های خاصی نیز قابل کنترل باشد. در این رساله ثابت می‌شود که در الگوریتم ‌ های تصادفی، چنانچه به بسته ‌ های مربوط به کاربردهای خاص، اولویت سرویس داده شود در میزان گذردهی شبکه تغییری ایجاد نخواهد شد. این امر باعث می‌شود که بتوان تأخیر کلاس خاصی از بسته ‌ های حساس به تأخیر را بدون آن‌که در گذردهی سیستم تأثیری داشته باشد، تحت کنترل در آورد. نتایج شبیه ‌ سازی ‌ ها مؤید یافته ‌ های تئوری این رساله هستند. کلمات‌کلیدی: 1- زمان‌بندی لینک‌ها 2-شبکه‌های بی‌سیم 3-تداخل 4- تطابق بیشین 5- تطابق 6- -NP سخت- 7- گراف تداخل 8- توپولوژی شبکه 9- گراف خطی 10- عدد رنگی رأسی 11- عدد رنگی یالی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی