Efficient offloading and load distribution based on D2D relaying and UAVs for emergent wireless networks

Omran, Allafi (2019). Efficient offloading and load distribution based on D2D relaying and UAVs for emergent wireless networks. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

The device to device (D2D) and unmanned aerial vehicle (UAV) communications are considered as enabling technologies of the emergent 5th generation of wireless and cellular system (5G). Consequently, it is important to determine their corresponding performance with respect to the 5G requirements. In particular, we focus on enhancing the offloading and load balancing performance in three directions.

In the first direction, we study the achievable data rate of user relay assisting other users in two-tier networks. We propose a novel heuristic communication scheme called device-for-device (D4D). The D4D enables moving users to share their resource by taking advantage of cooperative communication. We study the moving user rate sensitivity to the relay selection and blocking probability.

In the second direction, we study the offloading from macrocell to small cell and load balancing among small cell. Also, we design a new utility weight function that enables a balanced relay assignment. We propose a novel low complexity algorithm for centralized scheme maximizing the load among small cells as well as users subject to SINR threshold constraints. The simulations show that our proposed schemes achieve performance in load balancing compared to those obtained with the previous or traditional method.

In the third direction, we study the 3D deployment of multiple UAVs for emergent on-demand offloading. We propose a novel on-demand deployment scheme based on maximizing both the operator’s profit and the quality of service. The proposed scheme is based on solving a non-convex problem by combining k-means clustering with pattern search to find the suboptimal location of UAVs. The simulation results show that our proposed scheme maximizes the operator’s profit and improves offloading traffic efficiency.

Our global contribution was the development of a scheme to improve the quality of service and the performance in emergent networks through the improvement of the load distribution and resource sharing using D2D and UAV.

Titre traduit

Déchargement et répartition de charge efficaces basés sur les relais D2D et les UAV pour les réseaux sans fil émergents

Résumé traduit

Les communications d’appareil à appareil (D2D) et de véhicule aérien sans pilote (UAV) sont considérées comme des technologies habilitantes de la cinquième génération émergente de systèmes cellulaires et sans fil (5G). Par conséquent, il est important de déterminer leurs performances correspondantes par rapport aux exigences de la 5G. Nous nous attachons en particulier à améliorer les performances de déchargement et d’équilibrage de charge dans trois directions.

Dans la première direction, nous étudions le débit de données pouvant être atteint du relais utilisateur assistant d’autres utilisateurs dans des réseaux à deux niveaux. Nous proposons un nouveau schéma de communication heuristique appelé appareil pour appareil (D4D). Le D4D permet aux utilisateurs en déplacement de partager leurs ressources en tirant parti d’une communication coopérative. Nous étudions la sensibilité du taux d’utilisation des utilisateurs à la sélection du relais et à la probabilité de blocage.

Dans la seconde direction, nous étudions le déchargement de la macrocellule dans une petite cellule et l’équilibrage de charge entre petites cellules. En outre, nous concevons une nouvelle fonction de poids utilitaire permettant une affectation de relais équilibrée. Nous proposons un nouvel algorithme de faible complexité pour un schéma centralisé maximisant la charge des petites cellules ainsi que des utilisateurs soumis à des contraintes de seuil SINR. Les simulations montrent que les schémas proposés atteignent des performances d’équilibrage de charge comparable à celles obtenues avec la méthode précédente ou traditionnelle.

Dans la troisième direction, nous étudions le déploiement 3D de plusieurs UAV pour le déchargement émergent sur demande. Nous proposons un nouveau schéma de déploiement à la demande basé sur la maximisation des bénéfices de l’opérateur et de la qualité de service. Le schéma proposé est basé sur la résolution d’un problème non convexe en combinant la mise en cluster en k-moyenne avec un modèle de recherche pour trouver l’emplacement sous-optimal des UAV. Les résultats de la simulation montrent que notre schéma proposé maximise les profits de l’opérateur et améliore l’efficacité du trafic de déchargement.

Notre contribution globale a consisté à développer une approche visant à améliorer la qualité de service et la performance dans les réseaux émergents en améliorant la répartition de la charge et le partage des ressources à l’aide de D2D et d’UAV.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment of the requirements for the degree of doctor of philosophy". Comprend des références bibliographiques (pages 97-103).
Mots-clés libres:	appareil à appareil, appareil pour appareil, véhicule aérien sans pilote, équilibrage de charge, déchargement
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Kadoch, Michel
Programme:	Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt:	27 janv. 2020 20:15
Dernière modification:	27 janv. 2020 20:15
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2438

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