Skip to main content
SUPERVISOR
Forooghosadat Tabataba,Mohammad sadegh Fazel falavarjani
فروغ السادات طباطباء (استاد راهنما) محمدصادق فاضل فلاورجانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Kamran Kiani
کامران کیانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396

TITLE

Fairness Establishment for D2D Communication in Cellular Networks with Energy Harvesting Capability
In today's world, the speed of developments in different fields of science and technology has become much higher than before. The communications technology will also be transformed due to the increase in the number of mobile devices, expansion of the Internet of Things (IoT), and also higher required user throughput. As a result, using current conventional methods for coverage of different users in network especially in crowded places, are problematic. Therefore, we need to use various and new methods to increase the coverage area, throughput, energy efficiency and reduce the delay of the users. One of these methods, is device to device or D2D communication which allows two closely devices to communicate directly without requiring the intervention of base station. In order to transmit the message, D2D users can also benefit from their co-existence with cellular users and for this purpose, maintaining the quality of service for cellular users is important. Considering the facts that D2D communication is usually done between two devices with short distance, and replacing the batteries is costly, energy harvesting (EH) is a promising way that can be used to feed these devices. EH is a method in which users can use the energy harvester circuit to mainly harvest energy from ambient sources like the interference of the other users and from dedicated sources like base station. In this study, a cellular network is considered, where D2D communication simultaneously takes place by sharing the spectral resources of the cellular users in underlay mode and with the help of energy harvesting. Hence, there are one base station, some cellular users and D2D pairs, where the transmitter of D2D users is capable to harvest energy. Furthermore, in this system model, two timing scenarios are considered for users data transmission, namely co-existence and hybrid. Our goal is to maximize the minimum of D2D users throughput considering variables like the transmit beamforming vector at the base station, time allocation of users and energy expenditure of D2D users. This problem is solved using semi-definite relaxation (SDR) method. Finally, we compare two proposed scenarios with each other and evaluate their performance in numerical results considering different parameters like number of antennas in base station, minimum threshold of cellular user's throughput and D2D pair distance in macrocell and femtocell networks. the results shows that it is possible to have co-existence of D2D and cellular users in network and also the hybrid scenario has better performance from minimum throughput point of view. D2D Communication, Energy Harvesting, Fairness, Beamforming, Resource Allocation
در دنیای امروز، سرعت تحولات در عرصه‌های مختلف علم و فناوری بسیار بیشتر شده‌است. با توجه به افزایش تعداد دستگاه‌های موبایل، توسعه‌ی روزافزون اینترنت اشیاء، و به طبع آن نیاز کاربران به میزان گذردهی بالاتر، علم مخابرات نیز شامل این تحولات خواهد شد. می‌توان نتیجه گرفت که استفاده از روش‌های متعارف فعلی جهت پوشش‌دهی به کاربران مختلف در شبکه به خصوص در مکان‌های شلوغ با مشکل روبرو می‌شود. لذا نیاز است که از روش‌های متنوع و جدیدی برای افزایش سطح پوشش‌دهی به کاربران، افزایش گذردهی، کاهش تأخیر و افزایش بهره‌وری انرژی استفاده کرد. یکی از این روش‌ها، مخابرات دستگاه به دستگاه یا به اختصار D2D است که امکان مخابره‌ی پیام بین دو دستگاه نزدیک به هم را بصورت مستقیم و بدون نیاز به دخالت ایستگاه پایه فراهم می‌کند. برای مخابره‌ی پیام این کاربران از همزیستی آنها با کاربران سلولی حاضر در شبکه نیز می‌توان استفاده کرد که برای این امر حفظ کیفیت سرویس کاربران سلولی امری مهم است. با توجه به این که مخابره‌ی D2D معمولاً بین دو دستگاه با فاصله‌ی کم صورت می‌گیرد و این دستگاه‌ها به علت هزینه‌بر بودن تعویض باتری به منابع انرژی نامحدود نیاز دارند، می‌توان از برداشت انرژی برای تغذیه‌ی این دستگاه‌ها استفاده کرد. برداشت انرژی روشی است که طی آن کاربران می‌توانند با استفاده از مدار برداشتگر انرژی، انرژی سیگنال‌های فرکانس رادیویی را از منابع محیطی مانند تداخل‌های دیگر کاربران و همچنین منابع تخصیص یافته مانند ایستگاه‌های پایه جهت ارسال انرژی، برداشت کنند. در این پژوهش، یک شبکه‌ی سلولی در نظر گرفته شده که مخابره‌ی دستگاه به دستگاه نیز به طور همزمان در آن با به اشتراک گذاری منابع طیفی کاربران سلولی به روش زیرنهی و به کمک برداشت انرژی صورت می‌گیرد. شبکه‌ی مورد نظر، شامل یک ایستگاه پایه، تعدادی کاربر سلولی و جفت کاربر D2D است بصورتی که فرستنده‌ها‌ی این جفت کاربر‌ها با استفاده از انرژی برداشتی، ارسال خود را انجام می‌دهند. همچنین در این پژوهش، دو چیدمان همزیستی و ترکیبی برای ارسال کاربران ارائه می‌شود. در این پژوهش هدف ما بیشینه‌سازی گذردهی کمینه کاربران D2D با در نظر گرفتن متغیر‌هایی نظیر بردار جهت‌دهی پرتو ارسالی در ایستگاه پایه، زمان تخصیصی به کاربران و میزان انرژی مصرفی کاربران D2D است. نشان داده می‌شود این مسأله با استفاده از روش آزاد سازی نیمه معین قابل حل است. در پایان، با ارائه نتایج شبیه‌سازی، عملکرد دو چیدمان مورد نظر با یکدیگر مقایسه و همزیستی کاربران D2D با کاربران سلولی با در نظر گرفتن پارامتر‌های مختلف نظیر تعداد آنتن‌ها در ایستگاه پایه، حداقل آستانه گذردهی کاربران سلولی و فاصله‌ی بین جفت کاربران D2D در دو ساختار ماکروسل و فمتوسل بررسی می‌شود و نشان داده می‌شود که چیدمان ترکیبی عملکرد بهتری نسبت به چیدمان همزیستی از بًعد کمینه گذردهی کاربران D2D دارد. کلمات کلیدی فارسی: مخابرات دستگاه به دستگاه، برداشت انرژی، عدالت، جهت‌دهی پرتو، تخصیص منابع.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی