Modular Parameter Optimization in Layered Communication Systems

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Die technische Beherrschung hochkomplexer Kommunikationssysteme beruht in der Regel auf der Grundlage einer Aufteilung der Gesamtfunktionalitäat des Systems in Teilfunktionen, den so genannte Schichten (Layered Communication Systems). Jede Schicht verfügt über eine Anzahl einstellbarer Parameter, welche die Leistungsfähigkeit des Gesamtsystems direkt oder indirekt bestimmen sowie die Zuweisung der verfügbaren Systemressourcen (Leistung, Bandbreite, u. a.) festlegen. Die Wahl optimaler Parameter zur Maximierung eines gewählten Gütekriteriums bei gleichzeitig begrenztem Einsatz an Ressourcen stellt in modernen Kommunikationssystemen eine nichttriviale und mit zunehmender Systemkomplexität in den meisten Fällen ungelöste Aufgabe dar. Es besteht die Erwartung, dass durch Fortschritte bei der Parameteroptimierung erhebliche Leistungsgewinne erzielbar sind. Im Rahmen des beantragten Forschungsvorhabens sollen so genannte modulare Strategien für die Lösung dieser Klasse von Optimierungsproblemen untersucht werden. Der vorgeschlagene systematische Ansatz beruht auf der Methoden der Optimierungstheorie und sticht durch drei wesentliche Eigenschaften hervor: zum einen wird das Prinzip der Schichtenbildung konsequent aufgegriffen, andererseits wird die Wiederverwendung von Algorithmen und Lösungsverfahren von Teilfunktionen und -schichten unterstützt und schließlich kann sogar gezeigt werden, dass der modulare Ansatz eine Ergänzung der erreichbaren Lösungsmenge gestattet. Das Arbeitsprogramm besteht aus einem grundlagen- und einem anwendungsorientierten Teil. Im ersten Teil soll das Prinzip der modularen Parameteroptimierung durch ein neuartiges Verfahren, das im Rahmen eigener Vorarbeiten kürzlich vorgeschlagenen wurde, ergänzt werden. Die vorgeschlagene Methode (Iterative Efficient Set Approximation), die vielversprechende Vorteile gegenüber bisher bekannten modularen Techniken aufweist, soll untersucht und weiterentwickelt werden. Im anwendungsorientierten Teil des Forschungsvorhabens sollen modulare Optimierungsstrategien auf eine Reihe relevanter Systemkonfigurationen angewandt werden. Eine besondere Herausforderung stellen mobile drahtlose Kommunikationssysteme dar, die auf fortgeschrittene Technik (Breitbandsysteme, Multiantennentechnik, u. a.) in der so genannten physikalischen Schicht beruhen und durch eine hohe Anzahl von Systemparametern charakterisiert werden. Um die praktische Relevanz der vorgeschlagenen Konzepte zu demonstrieren, soll die Parameteroptimierung eines Kommunikationsnetzes unter Bereitstellung von Video Diensten (Scalable Video Technology) durchgeführt werden. Das vorgeschlagene Forschungsprogramm hat zum Ziel, effiziente Optimierungstechniken für die Parameterkonfiguration in mobilen Kommunikationssystemen aufzuzeigen, welche helfen werden, die erhofften Gewinne und Effizienzsteigerungen zu erzielen.