تخصیص منابع به‌صورت توزیع‌شده در شبکه‌های سلول کوچک با قابلیت ارتباط تمام دوطرفه و بک‌هالینگ خودی بررسی شد

بنا بر گزارش دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، امروزه انتظاری که از یک شبکه مخابراتی وجود دارد، شبکه‌ای با قابلیت دسترسی نامحدود به اطلاعات و اشتراک‌گذاری داده است که در هر کجا و در هر زمان برای هر فرد یا شیئی در دسترس باشد. نسل‌های قبلی مخابرات بی‌سیم پاسخ‌گوی این حجم از ترافیک داده و نیازمندی‌های جدید و متنوع ایجاد‌شده نیستند. به همین دلیل اخیراً شبکه‌های مخابراتی نسل پنجم (5G) به‌عنوان نسل جدید شبکه‌های مخابراتی در بسیاری از کشورها و از جمله در ایران مورد بهره‌برداری قرار گرفته‌اند. به‌طور خلاصه می‌توان هدف از نسل جدید را فراهم کردن یک ارتباط بی‌سیم کامل با کم‌ترین محدودیت بیان کرد.
متراکم کردن شبکه یکی از تغییرات اساسی معماری آن در جهت ظهور شبکه‌های بی‌سیم 5G به‌منظور پاسخ‌گویی به نیاز روزافزون داده و سرویس‌های مختلف از سوی کاربران است. منظور از متراکم کردن شبکه استفاده از سلول‌هایی با شعاع کمتر برای سرویس‌دهی به کاربران است. (شبکه‌های مخابرات سلولی کنونی شامل سلول‌هایی بزرگ با شعاع چند صد متر تا بیش از یک کیلومتر با یک ایستگاه پایه فرستنده / گیرنده است.)
هنگامی که شعاع سلول‌های سرویس‌دهنده به کاربران، کوچک‌تر و در نتیجه تعداد این سلول‌ها افزایش می‌یابد، لینک‌های ارتباطی میان این سلول‌های کوچک با هسته مرکزی شبکه (که اصطلاحاً به آن‌ها لینک‌های بک‌هال گفته می‌شود) نیز متراکم‌تر می‌شوند. این امر از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه نیست؛ بنابراین برای بهره‌گیری مؤثر از مزایای متراکم کردن شبکه‌های سلولی با یک بودجه منطقی، طراحی یک راه‌حل کارآمد برای ارتباط بک‌هال سلول‌های کوچک با هسته مرکزی شبکه ضروری است.
یکی دیگر از فناوری‌های جدید معرفی شده در شبکه‌های مخابراتی 5G ، استفاده از قابلیت ارتباط تمام‌دوطرفه (Full Duplex) می‌باشد. ارتباط تمام دوطرفه به ارسال و دریافت هم‌زمان اطلاعات در یک باند فرکانسی یکسان اطلاق می‌شود. این فناوری قادر است بازدهی طیفی را به میزان قابل توجهی بهبود بخشد. با این حال، بهره‌گیری از مزایای این فناوری نیز نیازمند طراحی مناسب شبکه و تخصیص بهینه منابع موجود در شبکه است.
در این مقاله با ترکیب دو ایده متراکم‌سازی سلول‌ها و ارتباط تمام‌دوطرفه، یک مدل شبکه مبتنی بر 5G ارائه شده است. سپس الگوریتمی کارآمد برای تخصیص منابع رادیویی و طراحی لینک بک‌هال در این مدل طراحی شده است. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد که الگوریتم پیشنهادی از مزایای فناوری ارتباط تمام دوطرفه بهره گرفته و با مدیریت مؤثر تداخل‌های موجود در شبکه، مجموع نرخ داده شبکه را بهبود می‌بخشد.
این مقاله توسط خانم دکتر نفیسه فروزان و دکتر امیر مسعود ربیعی، عضو هیأت علمی دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر با همکاری پروفسور Risto Wichman از دانشگاه Aalto و دکتر Mikko Vehkaperä از VTT Technical Research Centre در کشور فنلاند نوشته شده است و در مجله IEEE Transactions on Vehicular Technology به چاپ رسیده است.

برای مشاهده مقاله به نشانی https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/9328610 مراجعه فرمائید.