Loading...

VLC Access Networks: Optimizing Access Point Placement and User Association

Dastgheib, Mohammad Amir | 2023

200 Viewed
  1. Type of Document: Ph.D. Dissertation
  2. Language: Farsi
  3. Document No: 56670 (05)
  4. University: Sharif University of Technology
  5. Department: Electrical Engineering
  6. Advisor(s): Salehi, Jawad; Beyranvand, Hamzeh
  7. Abstract:
  8. In this dissertation, the optimization problem of visible light communication (VLC) access networks is discussed and investigated. Firstly, by examining the fundamental concepts in VLC systems, the channel capacity is analyzed, and the concept of capacity per unit cost is introduced to improve energy consumption. The appropriate relationship for channel capacity in optimization studies is also explored. In this regard, we reached a new distribution for transmitted signals, which, by reducing up to approximately 92% of the additional energy required for data communication, increases energy efficiency in visible light communication systems up to 98%, bringing the energy consumption of the combined communication and lighting system very close to the energy consumption of the lighting-only system. Next, the impact of access point placement on network performance is examined, and geometric structures representing coverage regions are utilized for optimizing the placement strategy. The results indicate that the optimal layout of access points can increase the average provided rate to users by approximately 70%. After determining the placement, the user association problem is studied, and a method is proposed to transform the allocation objective into a convex function. A statistical formulation is presented for optimizing this problem over the geometric structures. We demonstrated that with an increase in the number of users and, consequently, an increase in the complexity of the problem, the statistical form yields results similar to the actual system behavior. To overcome computational challenges, a method utilizing stochastic gradients for optimization is proposed, leading to a novel machine learning algorithm. Numerical results show that the use of this algorithm can significantly improve the speed of the discussed optimizations by about two orders of magnitude. Overall, this dissertation contributes insights and methodologies for the design of more efficient and effective VLC access networks, and it can be applied to achieve better system design and solve optimization problems in this context
  9. Keywords:
  10. Optical Wireless Communication Networks ; Visible Light Communication ; Optimal Placement ; Machine Learning ; Geometric Structural ; Spatial Tessellations ; Access Points Placement ; User Association

 Digital Object List

 Bookmark

  • مقدمه
    • مخابرات نور مرئی
      • پیشینه و برتری
      • تأمین همزمان روشنایی و مخابرات
    • کاربرد در شبکه‌های مخابراتی
    • بهینه‌سازی چیدمان نقاط دسترسی
    • شیوۀ پیوستن کاربران به نقاط دسترسی
      • ساختار سلولی ثابت
      • ساختار سلولی کاربرمحور
      • ساختار سلولی ناهمگن
    • ساختار رساله
  • مدل‌سازی سامانه‌های مخابرات نور مرئی
    • مشخصات لایۀ فیزیکی
      • کانال مخابرات نور مرئی
      • روشنایی
    • مدل‌سازی رفتار کاربران
      • مدل گام‌زنی تصادفی
      • توزیع گوسی مرکب
  • ظرفیت کانال مخابرات نور مرئی
    • تعاریف مورد نیاز از تئوری اطلاعات
    • ظرفیت کانال‌های مخابراتی بدون حافظه
    • کانال شدت نور در فضای آزاد
      • ویژگی‌های کانال
      • توزیع آماری جهت دستیابی به ظرفیت
    • مصرف توان
      • توان مصرفی دیود نوری
      • توان مصرفی تقویت‌کننده
    • حدود بنیادین بهره‌وری انرژی
    • نتایج عددی
    • جمع‌بندی
  • چیدمان نقاط دسترسی
    • چیدمان بهینه با ساختار سلولی معین
    • روش تصویرکردن وفقی گرادیان
    • محاسبات گرادیان در حالت دید مستقیم
    • تحلیل الگوریتم
      • رفتار تابع هدف
      • همگرایی الگوریتم
      • پیچیدگی الگوریتم
    • نتایج
    • جمع‌بندی
  • تعیین شیوۀ پیوستن کاربران به نقاط دسترسی
    • بیان مسئله
    • ساده‌سازی متغیر باینری
      • محاسبۀ تخصیص منابع
    • معادل آماری پیوستن کاربران به نقاط دسترسی
      • مدل‌سازی آماری مسئله
      • یک مثال
      • ضریب گرایش و دوایر آپولونیوس
      • روند بهینه‌سازی
    • شبیه‌سازی
    • جمع‌بندی
  • بهینه‌سازی و یادگیری ساختارهای هندسی
    • ساختارهای هندسی
      • کاشی‌کاری در حالت کلی
      • کاشی‌کاری وُرونوی
    • تابع هزینه
      • تابع هزینۀ دارای توازن بیشینه
    • بهینه‌سازی ساختارهای هندسی
      • محاسبۀ گرادیان
      • نمودار محاسباتی
      • نمودارهای ورونوی
    • یادگیری ماشین بر ساختارهای هندسی
      • مبانی یادگیری ماشین
      • مدل‌سازی ریاضی یادگیری ماشین
      • گرادیان‌های تصادفی
    • نتایج شبیه‌سازی
      • شاخص‌هایی برای ارزیابی یادگیری
      • ارتباط با خوشه‌بندی
      • ارزیابی اولیه
      • عملکرد بر روی داده‌های معیار
    • نتیجه‌گیری
  • سخنی در ادامۀ پژوهش
    • جمع‌بندی
    • افزایش دقت مدل‌سازی
    • معماری داخلی در خدمت مخابرات
  • مراجع
  • اثبات قضایای ظرفیت
  • یافتن ساده‌سازی محدب‌ساز
  • واژه نامه انگلیسی به فارسی
  • واژه نامه فارسی به انگلیسی
...see more