ВКР Разработка модели для анализа алгоритмов повышения энергоэффективности в беспроводных сетях 5G+

Оригинальность по АП.Вуз на 27 февраля 2023 года более 70%.

Оригинал документа в pdf, конвертация в Word автоматическая (в word могут быть недочеты форматирования, которые вы легко исправите самостоятельно).

Целью работы является изучение принципа работы механизма прерывистого

приёма DRХ, обеспечивающего энергоэффективность обслуживания сессий в сетях

доступа 5G/6G, построение модели для анализа энергоэффективности обслуживания

пользовательских устройств в системах 5G/6G с прерыванием связи, расчет и

численный анализ основных вероятностно-временных характеристик системы.

Методы исследования 

В данной работе использовались методы теории вероятностей, теории

марковских процессов и стохастической геометрии.

Научная новизна

Разработана математическая модель для анализа энергоэффективности

обслуживания сессий в сетях доступа 5G+ на базе технологии прерывистого приёма

(DRX). Проведен расчет и численный анализ энергоэффективности в беспроводных

сетях 5G+ в зависимости от микромобильности, блокировок прямой видимости и

степени мультисвязности.

Практическая ценность работы

Модель позволяет повысить энергоэффективность пользовательского

оборудование, которое будет работать в миллиметровых и терагерцевых диапазонах

частот, а также может использоваться для оптимальной конфигурации алгоритма

DRX, что позволит повысить энергоэффективность в сетях 5G+ при условии

обеспечения гарантированного качества обслуживания.

Структура работы

Работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы.

В первой главе выпускной работы проведен теоретический обзор технологии

5G+ и методов повышения энергоэффективности в таких сетях. Изучены

особенности миллиметрового и терагерцевого диапазона частот. Изучены

механизмы повышения энергоэффективности, в том числе механизма прерывистого

приема DRХ.

Во второй главе дипломной работы разработана математическая модель для

анализа энергоэффективности обслуживания сессий в сетях доступа 5G/6G на базе

технологии прерывистого приёма (DRX).

В заключительной третьей главе представлены результаты численного

анализа энергоэффективности в зависимости от микромобильности, блокировок

прямой видимости и степени мультисвязности.

Список сокращений ........................................................................................................... 3

Список обозначений .......................................................................................................... 4

Введение ............................................................................................................................. 5

1. Методы энергосбережения для сетей 5G и следующих поколений ............ 8

1.1. Обзор особенностей беспроводных сетей 5G+ ................................................. 8

1.2. Обзор методов энергосбережения в беспроводных сетях 5G+ ..................... 24

2. Модель для анализа энергоэффективности обслуживания

пользовательских сессий на базе схемы DRX .............................................................. 44

2.1. Системная модель .............................................................................................. 44

2.2. Математическая модель .................................................................................... 50

3. Численный анализ основных показателей эффективности системы ........ 62

Заключение ....................................................................................................................... 66

4. Литература ....................................................................................................... 68

1. Polese M. et al. Toward end-to-end, full-stack 6G terahertz networks //IEEE

Communications Magazine. – 2020. – Т. 58. – №. 11. – Pp. 48-54.

2. Li Y. N. R. et al. Power saving techniques for 5G and beyond //IEEE Access. – 2020.

– Т. 8. – С. 108675-108690. 

3. Kumar Maheshwari M., Agiwal M., Rashid Masud A. Analytical modeling for

signaling‐based DRX in 5G communication //Transactions on Emerging

Telecommunications Technologies. – 2021. – Т. 32. – №. 1. – РР. e4125. 

4. Thornburg A., Heath R. W. Ergodic capacity in mmWave ad hoc network with

imperfect beam alignment //MILCOM 2015-2015 IEEE Military Communications

Conference. – IEEE, 2015. – PР. 1479-1484.

5. Peng B., Kürner T. Three-dimensional angle of arrival estimation in dynamic indoor

terahertz channels using a forward–backward algorithm //IEEE Transactions on

Vehicular Technology. – 2016. – Т. 66. – №. 5. – PP.3798-3811. 

6. Zhou A. et al. Following the shadow: Agile 3-D beam-steering for 60 GHz wireless

networks //IEEE INFOCOM 2018-IEEE Conference on Computer

Communications. – IEEE, 2018. – PP.2375-2383. 

7. Haider M. K., Knightly E. W. Mobility resilience and overhead constrained

adaptation in directional 60 GHz WLANs: protocol design and system

implementation //Proceedings of the 17th ACM International Symposium on

Mobile Ad Hoc Networking and Computing. – 2016. – PP.61-70. 

8. 3GPP, “Study on channel model for frequencies from 0.5 to 100 GHz (Release 14),”

3GPP TR 38.901 V14.1.1, July 2017.

9. Kovalchukov R. et al. Evaluating SIR in 3D millimeter-wave deployments: Direct

modeling and feasible approximations //IEEE Transactions on Wireless

Communications. – 2018. – Т. 18. – №. 2. – PP.879-896. 

10. Petrov V. et al. Interference and SINR in millimeter wave and terahertz

communication systems with blocking and directional antennas //IEEE

Transactions on Wireless Communications. – 2017. – Т. 16. – №. 3. – PP.1791-

1808.

11. Stepanov N. V. et al. Statistical Analysis and Modeling of User Micromobility for

THz Cellular Communications //IEEE Transactions on Vehicular Technology. –

2021– Т. 71. – №. 1. – PP.725-738.

12. Petrov V. et al. The effect of small-scale mobility on terahertz band communications

//Proceedings of the 5th ACM International Conference on Nanoscale Computing

and Communication. – 2018. – PP.1-2.

13. Petrov V. et al. Capacity and outage of terahertz communications with user micro-

mobility and beam misalignment //IEEE Transactions on Vehicular Technology. –

2020. – Т. 69. – №. 6. – PP.6822-6827.

14. Gapeyenko M. et al. On the degree of multi-connectivity in 5G millimeter-wave

cellular urban deployments //IEEE Transactions on Vehicular Technology. – 2018.

– Т. 68. – №. 2. – PP.1973-1978.

15. Basharin G. P., Gaidamaka Y. V., Samouylov K. E. Mathematical theory of

teletraffic and its application to the analysis of multiservice communication of next

generation networks //Automatic Control and Computer Sciences. – 2013. – Т. 47.

– №. 2. – PP.62-69. 

16. 3GPP, “NR; Physical channels and modulation (Release 15),” 3GPP TR 38.211,

Dec 2017.

17. Moltchanov D. et al. Ergodic Outage and Capacity of Terahertz Systems Under

Micromobility and Blockage Impairments //IEEE Transactions on Wireless

Communications. – 2021 – Pp. 1.

18. Moltchanov D. Distance distributions in random networks //Ad Hoc Networks. –

2012. – Т. 10. – №. 6. – PP.1146-1166. 

19. Gapeyenko M. et al. Analysis of human-body blockage in urban millimeter-wave

cellular communications //2016 IEEE International Conference on Communications

(ICC). – IEEE, 2016. – PP.1-7.

20. Naumov V. et al. Matrix and Analytical Methods for Performance Analysis of

Telecommunication Systems. – Springer Nature, 2021..

21. Lauridsen M. et al. 5G new radio user equipment power modeling and potential

energy savings //2019 IEEE 90th Vehicular Technology Conference (VTC2019-

Fall). – IEEE, 2019. – PP.1-6.

22. Shah S. H. A., Aditya S., Rangan S. Power-efficient beam tracking during connected

mode DRX in mmWave and sub-THz systems //IEEE Journal on Selected Areas in

Communications. – 2021. – Т. 39. – №. 6. – PP.1711-1724.