Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad hossein Manshaei
محمدحسین منشئی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Maryam Aminjafari dehaghani
مریم امین جعفری دهاقانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394
In the recent years , the deployment of smart devices that can autonomously connect to the internet has become a new dynamic area of research which is known as Machine-to-Machine (M2M) communications . M2M network is a network of machine type communication devices (MTD) which make smart decisions based on the transferred data over the internet . M2M communications is one of the key enablers of the Internet of Things (IoT) . The most viable option of implementing M2M communications is over cellular networks such as LTE/LTE-A . However , these networks have been mainly used to support Human-to-Human (H2H) communications , which is characterized by smaller number of connection requests and longer connection times . While in M2M networks it is possible that a huge part of MTDs try to connect simultaneously to transmit only a minimum amount of data . The random access channel of LTE/LTE-A suffers from congestion and overloading in the presence of the thousands of MTDs . Therefore , one of the key challenges is the need to enhance the operation of RACH of LTE/LTE-A . The different alternatives are provided to overcome the congestion during the random access procedure . The most of the solutions are based on the base station operation and therefore they need to change the cellular network standards . In this thesis , we propose a distributed solution based on reinforcement learning which extends the uplink resources for random access procedure along the time to overcome the congestion on RACH . Different from the centralized methods , in our distributed methods the MTDs autonomously and independently learn their optimal actions to minimize the collisions over RACH . We compare the performance of the proposed method with the baseline approach in the LTE standards in terms of energy consumption , average delay , success probability and collision probability . Simulation results show that this method significantly lowers the collision probability and reduces the energy consumption of the MTDs in their access request procedure . Key words : 1- machine to machine (M2M) communications, 2- random access channel (RACH), 3- machine learning, 4- LTE/LTE-A networks.
امروزه با گسترش دستگاه‌های هوشمند و ارتباط خودکار آن‌ها با اینترنت، حوزه‌ی جدیدی از تحقیقات به نام ارتباطات ماشین‌ به ماشین ایجاد شده است. شبکه‌‌ی ماشین به ماشین، شبکه‌ای از دستگاه‌ها است که می‌توانند از طریق اینترنت و یا محیط اطراف اطلاعات جمع‌آوری کرده و براساس آن‌ها، تصمیماتی هوشمند بگیرند. ارتباطات ماشین به ماشین به عنوان یکی از بخش‌های مهم در پیاده‌سازی اینترنت اشیاء محسوب می‌شوند. شبکه‌های سلولی مانند LTE/LTE-A به علت پوشش سراسری مناسب، به عنوان بهترین زیرساخت برای پیاده‌سازی ارتباطات ماشین به ماشین شناخته می‌شوند. اما این شبکه‌های سلولی عمدتا برای ارتباطات انسان به انسان که شامل تعداد درخواست‌های دسترسی اندک با مدت زمان ارتباط طولانی است، طراحی شده‌اند. بنابراین، شبکه‌های سلولی فعلی برای ارتباط ماشین به ماشین که هزاران دستگاه به طور همزمان قصد ارسال بسته‌هایی با حجم اندک را دارند، مناسب نمی‌باشند؛ چراکه با ازدحام و نرخ بالای تصادم رو‌به رو میگردند. علت این امر آن است که در شبکه‌های سلولی موجود مانند LTE/LTE-A ، منابع بارگذاری در کانال دسترسی تصادفی (RACH) کافی نبوده و تعداد دستگاه‌هایی که با موفقیت به شبکه دسترسی پیدا می‌کنند را کاهش می‌دهد. بنابراین، بهبود عملکرد RACH در LTE/LTE-A به منظور حمایت از ارتباطات ماشین به ماشین به عنوان یک چالش مهم مطرح است. روش‌های زیادی برای حل این مسئله پیشنهاد شده ‌‌‌است که اکثرا به صورت متمرکز هستند و توسط ایستگاه پایه اجرا می‌شوند. علاوه ‌بر این، در این روش‌ها نیاز به تغییر در استانداردهای شبکه می‌باشد. به همین منظور در این پژوهش، روشی مبتنی بر یادگیری ماشین ارائه شده که منابع بارگذاری در RACH را در طول زمان گسترش می‌دهد تا بر ازدحام در RACH غلبه کند. این روش پیشنهادی نیازی به تغییر در استانداردهای شبکه نخواهد داشت و با تمام استانداردهای شبکه‌ی سلولی سازگار می‌باشد. دستگاه‌ها در این روش به صورت خودمختار و مستقل، عمل بهینه‌‌ی خود را برای کاهش تداخل در RACH یاد می‌گیرند. عملکرد روش پیشنهادی از نظر انرژی مصرفی دستگاه‌ها، تاخیر دسترسی، احتمال موفقیت و احتمال تصادم، با روش پایه در استانداردهای LTE/LTE-A مورد مقایسه قرار گرفته ‌است. براساس نتایج حاصل از شبیه‌سازی، روش پیشنهادی به طور قابل قبولی منجر به کاهش نرخ تصادم در RACH و کاهش انرژی مصرفی دستگاه‌ها شده است. کلمات کلیدی : 1- ارتباطات ماشین به ماشین (M2M)، 2- کانال دسترسی تصادفی (RACH)، 3- یادگیری ماشین، 4- شبکه‌های LTE/LTE-A .

ارتقاء امنیت وب با وف بومی