Συντάχθηκε 16-07-2014 09:56
από Esthir Gelasaki
Email συντάκτη: egelasaki<στο>tuc.gr
Ενημερώθηκε:
17-07-2014 09:24
Ιδιότητα: υπάλληλος.
ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ
Σχολή Ηλεκτρονικών Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών
Πρόγραμμα Προπτυχιακών Σπουδών
ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ
ΝΙΚΟΛΑΟΥ - ΑΛΕΞΑΝΔΡΟΥ ΚΑΛΟΥΜΕΝΟΥ
με θέμα
Κατανεμημένοι Αλγόριθμοι για Μεγιστοποίηση Ρυθμού Μετάδοσης σε Ευφυή Ασύρματα Δίκτυα
Distributed Algorithms for Maximizing Transmission Rate in Cognitive Radio Networks
Παρασκευή 18 Ιουλίου 2014, 12.30μμ
Αίθουσα 137Π39, Κτίριο Επιστημών, Πολυτεχνειούπολη
Εξεταστική Επιτροπή
Καθηγητής Μιχάλης Πατεράκης (επιβλέπων)
Αναπληρωτής Καθηγητής Άγγελος Μπλέτσας
Αναπληρωτής Καθηγητής Πολυχρόνης Κουτσάκης
Περίληψη
Η μη πλήρης αξιοποίηση του ράδιο-φάσματος στα παραδοσιακά συστήματα ασύρματης επικοινωνίας και η αυξανομένη ζήτηση φάσματος από τις ανερχόμενες ασύρματες εφαρμογές οδηγούν στην ανάπτυξη νέων πολιτικών φασματικής κατανομής για τις ασύρματες επικοινωνίες. Ιδιαίτερη προσοχή έχουν λάβει τα ευφυή ασύρματα δίκτυα (Cognitive Radio Networks, CRNs) καθώς έχουν αναδειχθεί ως μια ελπιδοφόρα προσέγγιση για την υλοποίηση αποδοτικής επαναχρησιμοποίησης των φασμάτων που απαιτούν άδεια για την χρήση τους. Ο κατάλληλος σχεδιασμός του δευτερεύοντος δικτύου παίζει πολύ σημαντικό ρόλο στην αποδοτική υλοποίηση των ευφυών ασύρματων δικτύων. Διάφορα πρωτόκολλα Έλεγχου Πρόσβασης στο Μέσο (Medium Access Control) έχουν προταθεί για τους δευτερεύοντες (μη αδειούχους) χρήστες ενός CRN για να αποκτήσουν αυτοί πρόσβαση στο υπό- χρησιμοποιούμενο φάσμα.
Στις περισσότερες προτεινόμενες στην βιβλιογραφία υλοποιήσεις ευφυών ασύρματων δικτύων, από την αρχή της λειτουργίας τους μια πληθώρα πληροφοριών θεωρείται δεδομένη και γνωστή στους χρήστες του δικτύου. Συνήθως θεωρείται ότι όλοι οι χρήστες επικοινωνούν με ένα κεντρικό σταθμό βάσης και άρα ο μηχανισμός λειτουργίας του δικτύου είναι κεντρικοποιημένος. Στη δική μας εργασία θεωρούμε ένα σενάριο επικοινωνίας σε ευφυές ασύρματο δίκτυο στο οποίο υπάρχει ένας πρωτεύων χρήστης ο οποίος επικοινωνεί με έναν πρωτεύοντα προορισμό αγνοώντας την ύπαρξη του ευφυούς ασύρματου δικτύου. Ταυτόχρονα στο δίκτυο υπάρχουν δευτερεύοντες χρήστες οι οποίοι προσπαθούν να επικοινωνήσουν με έναν κοινό δευτερεύοντα προορισμό χρησιμοποιώντας κατανεμημένες τεχνικές προσπέλασης του καναλιού. Οι δευτερεύοντες χρήστες δεν μοιράζονται πληροφορίες, όπως π.χ., τον αριθμό τους, τον αριθμό των πακέτων τους στην ουρά αναμονής ή την κατάσταση των καναλιών τους.
Συνεπώς, σκοπός της εργασίας μας είναι η μοντελοποίηση, ο σχεδιασμός και μελέτη απόδοσης ενός ευφυούς ασύρματου δικτύου που χρησιμοποιεί κατανεμημένες τεχνικές προσπέλασης των χρηστών στο κοινό κανάλι. Για την επίτευξη του σκοπού αυτού αρχικά εισάγαμε για πρώτη φορά την μέθοδο Network - Assisted Diversity Multiple Access (NDMA) σε ευφυή ασύρματα δίκτυα με στόχο την αξιοποίηση των σχισμών (time slots) του συστήματος στις οποίες ο πρωτεύων χρήστης παραμένει ανενεργός. Επίσης, δείξαμε πώς η μέθοδος Dirty Paper Coding (DPC) μπορεί να εφαρμοστεί σε ένα ευφυές ασύρματο δίκτυο παρά την απουσία κεντρικού κόμβου. Τέλος προτείναμε ένα νέο μηχανισμό αξιοποίησης της μεθόδου DPC ο οποίος εξασφαλίζει αποτελεσματική χρήση μεγάλου μέρους των σχισμών επαναμετάδοσης του πρωτεύοντος χρήστη, ενώ παράλληλα οι παρεμβολές στις επαναμεταδόσεις του πρωτεύοντος χρήστη. συμβαίνουν σπάνια.
Abstract
The incomplete utilization of the radio spectrum in the traditional wireless communication systems and the growing demand for spectrum from emerging wireless applications are driving the development of new spectrum allocation techniques for wireless communications. Much attention has been given to Cognitive Radio Networks (CRNs) as they have emerged as a promising approach to implement efficient reuse of the licensed spectrums. Appropriate design of the secondary network plays a very important role in the efficient implementation of intelligent wireless networks. Various protocols of Medium Access Control have been proposed for the secondary (unlicensed) users in a CRN to gain access to this under-utilized spectrum.
In most studies of Cognitive Radio Networks that have appeared in the literature, a plethora of information are assumed known to the users of the network, from the beginning of the network’s operation. It is usually assumed that all users communicate with a base station, hence the operation of the network is centralized. In our study we consider a communication scenario for a CRN according to which there is oneprimary user communicating with a primary destination, the primary user is oblivious of the existence of the Cognitive Radio Network. At the same time, the secondary users of the CRN do not share any information, such as their number, the number of packets waiting transmission in each secondary user queue or their channel states, and they are trying to communicate with a common secondary destination using distributed channel access techniques.
The aim of our work is the modeling, design and performance evaluation of a Cognitive Radio Network the users of which are using distributed techniques to access the common channel. Towards this goal, we first introduced the use of the Network - Assisted Diversity Multiple Access method (NDMA) in Cognitive Radio Networks to take advantage of time slots in which the primary user remains inactive. We also showed how the Dirty Paper Coding method (DPC) can be applied in our Cognitive Radio Network setup despite the absence of a central node. Finally we proposed a new method that uses DPC in CRNs, which ensures efficient usage of a large fraction of the primary user's retransmission slots, while at the same time the interference to the primary user's retransmissions remains very low.
