Energiatehokkuus ja tilastollinen palvelunlaatutarjonta Markov-saapumisten mukaisille tehorajoitetuille konetyyppisille verkoille

6G:n ja sen jälkeisten teknologioiden odotetaan mahdollistavan massiiviset esineiden internetin (IoT) käyttöönotot eri teollisilla toimialoilla, mikä tuo merkittäviä rajoituksia läpimenoon, viiveeseen, luotettavuuteen ja energiatehokkuuteen. Koska nämä laitteet toimivat tyypillisesti rajallisilla energiaresursseilla ja tuottavat satunnaista purskeliikennettä samalla kun ne vaativat tiukkoja palvelunlaatutakuita, vaatimusten täyttäminen säilyy kriittisenä ongelmana. Näiden haasteiden innoittamana energiatehokkaita langattomia viestintästrategioita tarvitaan akkurajoitteisiin IoT-järjestelmiin pidentämään laitteiden käyttöikää ja varmistamaan kestävän verkon toiminnan.

Tässä yhteydessä väitöskirja tutkii ensisijaisesti langattomien lähetysten läpimenoa viiveherkän datan osalta sekä vakio- että satunnais saapumisnopeuksilla. Etenkin jonotusrajoitteiden alaisia Markov saapumismalleja käytetään saapumisnopeuksien kuvaamisessa. Toiseksi tutkitaan energiatehokasta langatonta viestintää realistisissa liikenne- ja kanavaolosuhteissa. Työssä ehdotetaan resurssien allokointikehystä, joka hyödyntää liikenteen saapumisominaisuuksia ja puskuritilatietoja energia tehokkuuden parantamiseksi samalla kun varmistetaan kestävä toiminta energiarajoitetuissa IoT-järjestelmissä. Lopuksi suoritetaan kattava energia tehokkuuden suorituskyvyn arviointi eri kanavamalleilla, mukaan lukien Nakagami-𝑚- ja ℱ-komposiittihäipymäkanavat, jotka kattavat sekä nopeiden että hitaiden häipymäprosessien vaikutukset.

Lisäksi tutkimus hyödyntää tehollisen kapasiteetin viitekehystä langattomien lähetysten kestävän läpimenon tutkimiseen. Markovin liikennemallien avulla voidaan huomioida IoT-liikenteen satunnaiset ominaisuudet. Tehollista energiatehokkuutta (EEE) arvioidaan tarkastelemalla teho- ja datanopeus-allokaatioita sekä yhdessä että erikseen vakio- ja satunnaisliikenteen saapumismalleilla. Lisäksi EEE-kehykseen sisällytetään sähkönkulutusmalli, joka perustuu ei-tyhjän puskurin todennäköisyyteen, rekisteröimään liikennetietoinen lähetysaktiivisuus satunnaissaapumisissa.

Tulokset paljastavat tärkeitä kompromisseja energiatehokkuuden, lähetystehon, nopeuden, viiveen ja kanavaolosuhteiden välillä ja osoittavat, että tehon ja nopeuden yhteinen optimointi parantaa merkittävästi järjestelmän suorituskykyä.