5G Ağlarında Derin Güçlendirme Öğrenme Temelli Dinamik Kaynak Tahsisi


Özet Görüntüleme: 114 / PDF İndirme: 38

Yazarlar

  • Zahraa Faris Hamdan Al-Aani Kocaeli Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Kocaeli, Türkiye
  • Arif Dolma Kocaeli Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Kocaeli, Türkiye

DOI:

https://doi.org/10.5281/zenodo.8416084

Anahtar Kelimeler:

Derin öğrenme (DL), baz istasyonu (BS), derin Q-öğrenme (DQL) algoritması

Özet

5G teknolojilerinin hızla yaygınlaşması, ağ kaynaklarının yönetimi için yeni stratejilerin geliştirilmesini zorunlu kılıyor. Kaynaklar geleneksel olarak kapsamlı arama ve genetik algoritmalar gibi buluşsal yaklaşımların yanı sıra dal ve sınır gibi kombinatoryal teknikler kullanılarak tahsis edilir. Ultra yoğun baz istasyonu kurulumlarına, devasa bağlantılara ve farklı kullanıcı sınıfları için değişen QoS gereksinimlerine sahip büyük ölçekli heterojen hücresel ağlar, hesaplama maliyetleri nedeniyle bu çözümlerden yararlanamaz. Sonuç olarak, beşinci nesil kablosuz ağlarda geleneksel kaynak tahsis algoritmalarından bir paradigma değişikliğine ihtiyaç vardır. Düşük bilgi işlem maliyetiyle performansı optimize etmeye yönelik yöntemler, veriye dayalı Makine Öğrenimi (ML) kullanılarak oluşturulmuştur. Derin öğrenme (DL), ağ verilerinden bir kaynak yönetimi yöntemini simüle etmek için çok katmanlı bir sinir ağını eğitmek için kullanışlı bir tekniktir. Böylece, aksi takdirde kaynak tahsisi sorunlarını çözmek için gerekli olacak yoğun çevrimiçi hesaplamalardan kaçınılabilir. Çok hücreli kablosuz ağlar için, bu araştırmada toplam ağ verimini artırmak amacıyla derin öğrenmeye dayalı bir kaynak tahsis çerçevesi oluşturuyoruz. Derin Q-ağları (DQN) algoritmasını ve DQN'nin Rain-bow uzantılarını kullanarak çoklu pekiştirmeli öğrenme aracılarını eğitiyor ve test ediyoruz. Her aracının performansı, 5G Kentsel Makro simülasyon senaryolarında test edilir ve sabit bir güç tahsisi yaklaşımıyla kıyaslanır.

Referanslar

Li, R., Zhao, Z., Zhou, X., Ding, G., Chen, Y., Wang, Z., ve Zhang, H. (2017). Intelligent 5G: When cellular networks meet artificial intelligence. IEEE Wireless communications, 24(5), 175-183.

Wang, M., Cui, Y., Wang, X., Xiao, S., ve Jiang, J. (2017). Machine learning for networking: Workflow, advances and opportunities. Ieee Network, 32(2), 92-99.

Zhang, C., Patras, P., ve Haddadi, H. (2019). Deep learning in mobile and wireless networking: A survey. IEEE Communications surveys & tutorials, 21(3), 2224-2287.

Luong, N. C., Hoang, D. T., Gong, S., Niyato, D., Wang, P., Liang, Y. C., ve Kim, D. I. (2019). Applications of deep reinforcement learning in communications and networking: A survey. IEEE Communications Surveys & Tutorials, 21(4), 3133-3174.

Osseiran, A., Boccardi, F., Braun, V., Kusume, K., Marsch, P., Maternia, M., ... ve Fallgren, M. (2014). Scenarios for 5G mobile and wireless communications: the vision of the METIS project. IEEE communications magazine, 52(5), 26-35.

Hossain, E., Rasti, M., Tabassum, H., ve Abdelnasser, A. (2014). Evolution toward 5G multi-tier cellular wireless networks: An interference management perspective. IEEE Wireless communications, 21(3), 118-127.

Zander, J. (1992). Performance of optimum transmitter power control in cellular radio systems. IEEE transactions on vehicular technology, 41(1), 57-62.

Foschini, G. J., ve Miljanic, Z. (1993). A simple distributed autonomous power control algorithm and its convergence. IEEE transactions on vehicular Technology, 42(4), 641-646.

Yates, R. D. (1995). A framework for uplink power control in cellular radio systems. IEEE Journal on selected areas in communications, 13(7), 1341-1347.

Sung, C. W., ve Leung, K. K. (2005). A generalized framework for distributed power control in wireless networks. IEEE Transactions on Information Theory, 51(7), 2625-2635.

Boche, H., ve Schubert, M. (2010). A unifying approach to interference modeling for wireless networks. IEEE Transactions on Signal Processing, 58(6), 3282-3297.

Shen, K., ve Yu, W. (2018). Fractional programming for communication systems—Part I: Power control and beamforming. IEEE Transactions on Signal Processing, 66(10), 2616-2630.

Meng, F., Chen, P., Wu, L., ve Wang, X. (2018). Automatic modulation classification: A deep learning enabled approach. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 67(11), 10760-10772.

Ye, H., Li, G. Y., ve Juang, B. H. (2017). Power of deep learning for channel estimation and signal detection in OFDM systems. IEEE Wireless Communications Letters, 7(1), 114-117.

Meng, F., Chen, P., ve Wu, L. (2018). NN-based IDF demodulator in band-limited communication system. IET Communications, 12(2), 198-204.

Sun, H., Chen, X., Shi, Q., Hong, M., Fu, X., ve Sidiropoulos, N. D. (2018). Learning to optimize: Training deep neural networks for interference management. IEEE Transactions on Signal Processing, 66(20), 5438-5453.

Liang, F., Shen, C., Yu, W., ve Wu, F. (2019). Towards optimal power control via ensembling deep neural networks. IEEE Transactions on Communications, 68(3), 1760-1776.

Luong, N. C., Hoang, D. T., Gong, S., Niyato, D., Wang, P., Liang, Y. C., ve Kim, D. I. (2019). Applications of deep reinforcement learning in communications and networking: A survey. IEEE Communications Surveys & Tutorials, 21(4), 3133-3174.

Lin, X., Li, J., Baldemair, R., Cheng, J. F. T., Parkvall, S., Larsson, D. C., ... ve Werner, K. (2019). 5G new radio: Unveiling the essentials of the next generation wireless access technology. IEEE Communications Standards Magazine, 3(3), 30-37.

Z Koo, J., Mendiratta, V. B., Rahman, M. R., ve Walid, A. (2019, October). Deep reinforcement learning for network slicing with heterogeneous resource requirements and time varying traffic dynamics. In 2019 15th International Conference on Network and Service Management (CNSM) (pp. 1-5). IEEE.

Galindo-Serrano, A., ve Giupponi, L. (2010). Distributed Q-learning for aggregated interference control in cognitive radio networks. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 59(4), 1823-1834.

Simsek, M., Czylwik, A., Galindo-Serrano, A., ve Giupponi, L. (2011, June). Improved decentralized Q-learning algorithm for interference reduction in LTE-femtocells. In 2011 Wireless Advanced (pp. 138-143). IEEE.

Simsek, M., Bennis, M., ve Güvenç, I. (2014). Learning based frequency-and time-domain inter-cell interference coordination in HetNets. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 64(10), 4589-4602.

Riedmiller, M. (2005, October). Neural fitted Q iteration–first experiences with a data efficient neural reinforcement learning method. In European conference on machine learning (pp. 317-328). Springer, Berlin, Heidelberg.

Ghadimi, E., Calabrese, F. D., Peters, G., ve Soldati, P. (2017, May). A reinforcement learning approach to power control and rate adaptation in cellular networks. In 2017 IEEE International Conference on Communications (ICC) (pp. 1-7). IEEE.

Nasir, Y. S., ve Guo, D. (2018). Deep reinforcement learning for distributed dynamic power allocation in wireless networks. arXiv preprint arXiv:1808.00490, 8, 2018.

Meng, F., Chen, P., ve Wu, L. (2019, May). Power allocation in multi-user cellular networks with deep Q learning approach. In ICC 2019-2019 IEEE International Conference on Communications (ICC) (pp. 1-6). IEEE.

Mnih, V., Kavukcuoglu, K., Silver, D., Rusu, A. A., Veness, J., Bellemare, M. G., ... ve Hassabis, D. (2015). Human-level control through deep reinforcement learning. nature, 518(7540), 529-533.

Williams, R. J. (1992). Simple statistical gradient-following algorithms for connectionist reinforcement learning. Machine learning, 8(3), 229-256.

Lillicrap, T. P., Hunt, J. J., Pritzel, A., Heess, N., Erez, T., Tassa, Y., ... ve Wierstra, D. (2015). Continuous control with deep reinforcement learning. arXiv preprint arXiv:1509.02971.

Meng, F., Chen, P., Wu, L., ve Cheng, J. (2020). Power allocation in multi-user cellular networks: Deep reinforcement learning approaches. IEEE Transactions on Wireless Communications, 19(10), 6255-6267.

İndir

Yayınlanmış

25.09.2023

Nasıl Atıf Yapılır

Al-Aani, Z. F. H., & Dolma , A. (2023). 5G Ağlarında Derin Güçlendirme Öğrenme Temelli Dinamik Kaynak Tahsisi. Euroasia Journal of Mathematics, Engineering, Natural & Medical Sciences, 10(29), 67–84. https://doi.org/10.5281/zenodo.8416084

Sayı

Bölüm

Makaleler