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.
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.
در تمام مطالعات تحلیل عملکرد D2D، تجزیه و تحلیل تاخیر رویکردهای کنترل توان به طور مستقل از نرخ دادههای فردی، و با تمرکز بر مجموع بازده طیفی [9]، [11] یا بهرهوری انرژی [8]، [10] مورد بحث قرار گرفته است. علاوه بر این، در هیچیک از این مطالعات به نرخهای فردی انتقال برای جفتهای CU و D2D پرداخته نشده است. با این حال، برای اینکه بدانیم که آیا تنظیمات D2D برای سناریوی بارسپاری هدف برنامه کاربردی IoT مناسب است یا خیر، دانستن نرخهای قابلدستیابی و تاخیرهای تکتک کاربران بسیار حائزاهمیت است. در سناریوی پیشنهادی ما، تقاضای زیادی برای تخصیص کانال وجود دارد و از شبکه سلولی برای برنامههای کاربردی IoT استفاده میشود. از این رو، برای بررسی کاربردپذیری سناریوی بارسپاری ترافیک که جفتهای فرستنده -گیرنده IoT از ارتباطات D2D استفاده میکنند، کرانهای بالا نرخ تداخلمحدود و حداکثر تأخیر را موردبررسی قرار دادیم. در کل این مقاله، از اصطلاحات "جفت "D2D و "جفتIoT " (جفت فرستنده-گیرنده IoT) به جای یکدیگر استفاده میشود.