دانلود مقاله مسیر فراسوی زیرساخت سلولی IoT در ارتباطات D2D

چکیده
     ارتباطات دستگاه به دستگاه (D2D) یکی از تکنیک‌های نوآورانه در شبکه‌های سلولی است که می‌تواند برای سیستم‌های ارتباطی بی‌سیم آینده، به ویژه برای اینترنت اشیاء (IoT) مورداستفاده قرار گیرد. یکی از مزیت‌های اصلی ارتباطات D2D، توانایی آن در کاهش ازدحام ترافیک سلولی است، زیرا اکثر برنامه‌های کاربردی IoT به دلیلِ ویژگی تعامل‌پذیری و سازش‌پذیری شبکه‌های سلولی، استفاده از آنها را ترجیح می‌دهند. در این مقاله، یک مدل دسترسی فرصت‌طلبانه به کانال و استراتژی کنترل توان تطبیقی جدیدی برای گروهی از جفت‌ فرستنده-گیرنده IoT  (که از این به بعد جفت‌های D2D می‌نامیم) در زیرلایه مسیرفراسوی سلولی پیشنهاد می‌کنیم. هدف ما از این مطالعه، ارزیابی امکان‌سنجی کاربرد این مدل پیشنهادی در برون‌سپاری ترافیک IoT  است. برای این هدف، ما عملکرد مدل را تحتِ تنظیمات مختلف پارامتری و لحاظ کردن محدودیت‌های عملی مانند محدودیت‌های توان کُل و حداقل بازده طیفی ارزیابی می‌کنیم. علاوه بر این، نتایج را با دو استراتژی کنترل توان ‌مبنا مقایسه می‌کنیم. یافته‌های ما نشان می‌دهند که به جای ساخت معماری شبکه جدید و اختصاصی برای کاربردهایIoT ، می‌توان ترافیک تولیدشده توسط IoT را از طریق ارتباط D2D که در زیربنای مسیر فراسوی سلولی قرار دارند، برون‌سپاری کرد. این رویکرد از اثرات مخرب ترافیک شبکه سلولی جلوگیری می‌کند، و عملکرد رضایت‌بخشی برای کاربران اینترنت اشیاء ارائه می‌دهد.

1.    مقدمه
     علیرغم تلاش‌های زیاد برای گنجاندن IoT در جنبه‌های مختلف زندگی روزمره، روند کاربردپذیری آن نسبتاً آهسته است. الزام به داشتن یک زیرساخت ارتباطی جدید و اختصاصی برای IoT یکی از عواملی است که کاربرد عملی آن را تضعیف کرده است. از این رو، استفاده از شبکه‌های سلولی موجود به عنوان زیرساخت ارتباطی برای IoT می‌تواند چالش پیاده‌سازی عملیIoT  را کاهش دهد. با این حال، به دلیلِ افزایش تعداد دستگاه‌های موبایلی، اپراتورهای شبکه موبایل با چالش افزایش سریع تقاضای ترافیک داده مواجه هستند. گرچه استفاده از شبکه‌های سلولی برای برنامه‌های کاربردی اینترنت اشیاء  (IoT)گزینه جذابی است، اما منجر به افزایش تقاضای ترافیکی و مسائل جانبی برای اپراتورهای موبایل خواهد شد. برای مقابله با رُشد تقاضای ترافیک، روش بارسپاری ترافیک، که ترافیک داده را با هدفِ انتقال از طریق شبکه‌های سلولی به سمتِ لینک‌ها یا شبکه‌های جایگزین باز می‌گرداند، در ادبیات پژوهشی موردتوجه زیاد قرار گرفته است. در این مطالعه، روش بارسپاری ترافیک با استفاده از ارتباطات دستگاه‌به‌دستگاه (D2D)، که جفت‌های فرستنده-گیرنده IoT به عنوان جفت‌های D2D در زیرساخت شبکه سلولی عمل می‌کنند، را موردبررسی قرار دادیم.

الف. آخرین پیشرفت‌های علمی
     ارتباطات D2D امکان انتقال مستقیم بین دستگاه‌های کاربر را بدون نیاز به عبور از ایستگاه پایه (BS) فراهم می‌کنند [1]. دو مدل اشتراک‌گذاری طیفی برای برای پیاده‌سازی ارتباطات D2D در شبکه‌های سلولی وجود دارد؛ مدل‌های اشتراک‌گذاری زیرساختی و همپوشان [2]. در مدل اشتراک‌گذاری زیرساختی، کاربران D2D و کاربران سلولی (CUs) می‌توانند کانال‌های فراسو یا فروسو را به طور همزمان به اشتراک بگذارند؛ با این‌حال، در مدل اشتراک‌گذاری همپوشان، یک منبع اختصاصی برای ارتباطات D2D در کانال‌های فراسو یا فروسو وجود دارد. در شبکه سلولی زیرساختی D2D، کاربران D2D با اشتراک‌گذاری منابع رادیویی با CU با استفاده از قاعده دسترسی غیرمتعامد، مستقیماً با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند که منجر به دو نوع تداخل متقابل می‌شود: درون لایه‌ای (بین جفت D2D) و بین لایه‌ای (بین جفت CU و D2D) [3]. از این رو، کنترل توان انتقالی برای کاهش تداخل و حداکثرسازی عملکرد طیفی شبکه بسیار مهم است. در اکثر مطالعات، از روش کنترل توان برای کاهش تداخل در ارتباطات زیرساخت D2D استفاده شده است [4]، [5]. برخی از مطالعات اخیر [6، [7]، [8]، [9]، [10] نیز به مسئله تاخیر و کنترل توان پرداخته‌اند. 

7.    نتیجه‌گیری
     در این مطالعه، یک مدل دسترسی فرصت‌طلبانه به کانال غیرمتعامد برای دستگاه‌های IoT که ارتباطات D2D را انجام می‌دهند، ارائه کردیم. ما تحلیل کردیم که آیا مدل پیشنهادی می‌تواند برای بارسپاری ترافیک تولیدشده توسط IoT ، در زمانی کهIoT  در زیرساخت لینک فراسوی سلولی قرار دارد، مورداستفاده قرار گیرد یا خیر. برای انجام این کار، کیفیت سرویس موردنیاز دستگاه‌های CU و IoT را بررسی کردیم. نتایج نرخ‌های قابل‌دستیابی و حداکثر تاخیر نشان می‌دهند که مدل پیشنهادی NOOA می‌تواند برای بارسپاری ترافیک تولیدشده توسطIoT ، در حینِ حفظ حداقل نرخ و تاخیر موردنیاز برای ترافیک صوتی یا تصویری CU با تنظیمات پارامتری مناسب، مورد استفاده قرار گیرد. به عبارت دیگر، حسگرهای خانه هوشمند شما می‌توانند از طریق اتصالات D2D و با اشتراک‌گذاری لینک فراسوی موبایلی شما باهم ارتباط برقرار کنند. با این حال، لازم به ذکر است که در استفاده از لینک فراسوی موبایلی همسایگان شما، چالش‌های زیادی مانند صورتحساب، حفظ حریم خصوصی، و احراز هویت وجود دارند. در مطالعات آینده می‌توان یک الگوریتم زمانبندی توزیعی بر اساس پارامترهای طراحی (اندازه خوشه و استراتژی کنترل توان) و بده-‌بستان‌های بین تاخیر و نرخ طراحی کرد، زیرا زمان‌بندی مرکزی BS باعث ترافیک اضافه، و در نتیجه هزینه‌های اضافه انرژی می‌شود که می‌تواند برای بسیاری از دستگاه‌هایIoT  مجهز به باتری مسئله‌ساز باشد.

Abstract

     Device-to-device (D2D) communication is an innovative technique within cellular networks, holding great potential for future wireless communication systems, particularly for the Internet of Things (IoT). One key advantage of D2D communication is its ability to alleviate cellular traffic congestion, as many IoT applications may prefer to use cellular networks due to interoperability and compatibility. In this paper, we propose a novel opportunistic channel access model and adaptive power control strategy for a cluster of IoT transmitter-receiver pairs (referred to as D2D pairs) underlying the cellular uplink. Our objective is to assess the feasibility of leveraging this proposed model for offloading IoT traffic. To this end, we evaluate the model’s performance under various parameter settings, considering practical limitations such as total power restrictions and minimum spectral efficiencies. Additionally, we compare the results against two baseline power control strategies. Our findings indicate that instead of constructing a new and dedicated network architecture for IoT applications, it is possible to offload IoT-generated traffic through D2D communication underlying the cellular uplink. This approach not only avoids detrimental effects on the cellular network’s traffic but also provides satisfactory performance for IoT users.

I. INTRODUCTION

     Despite the huge effort to integrate IoT into various aspects of our daily lives, its practical usage rate is growing rather slowly. The requirement of a new and specific communication infrastructure for IoT is one of the factors that slow down practical usage. Therefore, using existing cellular networks as a communication infrastructure for IoT would ease one of the challenges of the IoT’s practical implementation. However, mobile network operators are already facing the challenge of a rapidly increasing data traffic demand because of the increasing number of mobile devices. Although using cellular networks for Internet of Things (IoT) applications is an attractive option, it would result in increased traffic demand and additional issues for mobile operators. To tackle the growth in traffic demand, traffic offloading, which redirects data traffic initially intended for transmission over cellular networks to alternative links or networks, has been inevitable and has received much attention in the literature. In this study, we examined device-to-device (D2D) communicationassisted traffic offloading, where IoT transmitter-receiver pairs act as D2D pairs underlying cellular network.

A. STATE OF THE ART D2D

     communication allows for direct transmission between user devices without the need for communication to pass through a base station (BS) [1]. There are two spectrum sharing models for implementing D2D communication in cellular networks; underlay sharing and overlay sharing models [2]. In the underlay sharing model, D2D users and cellular users (CUs) can share the uplink or downlink channels simultaneously; however, in the overlay sharing model, a dedicated resource for D2D communication exists in either the uplink or downlink channels. In a D2D underlying cellular network, D2D users communicate directly with each other by sharing radio resources with CUs in a non-orthogonal principle, resulting in two types of mutual interference: intra-tier (between D2D pairs) and cross-tier (between CU and D2D pairs) [3]. Therefore, transmission power control is crucial for mitigating interference and maximizing network spectral performance. In the literature, there has been considerable interest in power control for mitigating the interference in underlying D2D communication [4], [5] whereas some recent studies [6], [7], [8], [9], [10] have addressed both delay and power control.

VII. CONCLUSION

     In this study, we present a non-orthogonal opportunistic channel access model for IoT devices performing D2D communication, and we analyze whether the suggested model may be used to offload IoT-generated traffic when IoT underlay the cellular uplink. To accomplish this, we explore the quality of service needs for CU and IoT devices. The results in terms of achievable rates and maximum delay show that the proposed NOOA model may be utilized to offload IoT-generated traffic while maintaining minimum rate and delay requirements for CU’s voice or video traffic with suitable parameter settings. Specifically, sensors of your smart home can communicate via D2D connections by sharing your mobile’s uplink, which would be available most of the time. However, it is needed to mention that, when it comes to using the uplink of your neighbors’ mobile there would be many challenges to deal with such as billing, privacy, and authentication. Furthermore, in future studies, a distributed scheduling algorithm should be investigated based on the design parameters (cluster size and power control strategy) and application-specific trade-offs on delay and rate presented in this paper. This is because BS central scheduling would incur additional traffic and, consequently, extra energy costs, which could be problematic for many battery-operated IoT devices.

(جهت بزرگ نمایی روی عکس کلیک نمایید)

چکیده
1.    مقدمه
الف. آخرین پیشرفت‌های علمی
ب. هدف مطالعه
ج. سهم پژوهشی
2.    کارهای مرتبط
الف. بارسپاری داده با کمکِ D2D
ب. کنترل توان برای ارتباطات D2D آگاه از تاخیر
ج. استراتژی‌های کنترل توان مبنا انتخابی برای ارزیابی عملکرد
3.    مدل سیستم
الف. پویایی‌های صف و ارتباط آن با نرخ‌های داده 
ب. لینک D2D و آستانه SINR
ج. فراسوی سلولی
4.    بیان مسئله
الف. الگوریتم حل مسئله MINLP
5.    الگوریتم محاسبه تاخیر و زمانبندی فرصت‌طلبانه
6.    نتایج و بحث‌ها
الف. پارامترهای سیستم
ب. پارامترهای طراحی
ج. مقایسه پوشش‌دهی
7.    نتیجه‌گیری
مراجع

ABSTRACT
I.    INTRODUCTION
A.    STATE OF THE ART
B.    MOTIVATION
C.    CONTRIBUTION
II.    RELATED WORKS
A.    D2D-ASSISTED DATA OFFLOADING
B.    POWER CONTROL FOR DELAY-AWARE D2D COMMUNICATION
C.    SELECTED BASELINE POWER CONTROL STRATEGIES FOR PERFORMANCE EVALUATION
III.    SYSTEM MODEL
A.    QUEUE DYNAMICS AND ITS RELATIONSHIP WITH DATA RATES
B.    D2D LINK AND SINR THRESHOLD
C.    CELLULAR UPLINK
IV.    PROBLEM FORMULATION
A.    ALGORITHM FOR THE SOLUTION OF THE MINLP PROBLEM
V.    DELAY CALCULATION ALGORITHM AND OPPORTUNISTIC SCHEDULING
VI.    RESULTS AND DISCUSSIONS
A.    SYSTEM PARAMETERS
B.    DESIGN PARAMETERS
C.    COVERAGE COMPARISON
VII.    CONCLUSION
REFERENCES

این محصول شامل پاورپوینت ترجمه نیز می باشد که پس از خرید قابل دانلود می باشد. پاورپوینت این مقاله حاوی 30 اسلاید و 6 فصل است. در صورت نیاز به ارائه مقاله در کنفرانس یا سمینار می توان از این فایل پاورپوینت استفاده کرد.

در این محصول، به همراه ترجمه کامل متن، یک فایل ورد ترجمه خلاصه نیز ارائه شده است. متن فارسی این مقاله در 13 صفحه (2300 کلمه) خلاصه شده و در داخل بسته قرار گرفته است.

علاوه بر ترجمه مقاله، یک فایل ورد نیز به این محصول اضافه شده است که در آن متن به صورت یک پاراگراف انگلیسی و یک پاراگراف فارسی درج شده است که باعث می شود به راحتی قادر به تشخیص ترجمه هر بخش از مقاله و مطالعه آن باشید. این فایل برای یادگیری و مطالعه همزمان متن انگلیسی و فارسی بسیار مفید می باشد.

بخش مهم دیگری از این محصول لغت نامه یا اصطلاحات تخصصی می باشد که در آن تعداد 65 عبارت و اصطلاح تخصصی استفاده شده در این مقاله در یک فایل اکسل جمع آوری شده است. در این فایل اصطلاحات انگلیسی (تک کلمه ای یا چند کلمه ای) در یک ستون و ترجمه آنها در ستون دیگر درج شده است که در صورت نیاز می توان به راحتی از این عبارات استفاده کرد.