بخشی از مقاله
چکیده
منبع طیف رادیویی از اهمیت اساسی برای ارتباطات بی سیم برخوردار است. گزارشهای اخیر نشان می دهد بیشترطیف های موجود تخصیص یافته اند. در حالی که برخی از باندهای طیف - باند بدون مجوز،باند - GSM دیده شده که به طور فزاینده ای شلوغ هستنددر حالی که تعدادی دیگر از منابع طیف خیلی کم استفاده شده اند.
با توجه به رشد روزافزون کاربران بی سیم و کمبود پهنای باند، شبکه های هوشمند رادیو شناختی مطرح گردیدند.تکنولوژی رادیو شناختی - CR - برای حل مشکلات در شبکه های بی سیم ناشی از محدودیت طیف در دسترس و عدم کارایی در استفاده از طیف با بهره گیری از طیف بی سیم به صورت فرصت طلبانه پیش بینی شده است . رادیو شناختی بسیاری از ویژگی های پیشرفته مانند سنجش چابکانه برای وجود کاربران اولیه و استفاده چندگانه باندهای طیف به طور همزمان را دارد.در این مقاله تکنیک های مختلفی که برای شبکه های رادیو شناختی مورد استفاده قرار گرفته را بررسی می کنیم
.1 مقدمه
طیف رادیویی قابل استفاده برای سرویسهای مختلف مبتنی بر طیف که مانع از پیشروی بیشتر و نوآوری در ارتباطات بی سیم می شوند تخصیص داده شده اند . با این گزارشهای اخیر استفاده غیر متعادل در باندهای طیف مختلف را نشان می دهند:
یک بخش کوچک طیف به طور فزاینده ای شلوغ هستند و بقیه طیف های اختصاص داده شده به ندرت مورد استفاده قرار می گیرند. در این سیستم ها کاربران مجوزدار - کاربران اولیه - بالاترین اولویت برای استفاده از طیفشان را دارند، در عین حال ، هنگامی که کاربران اولیه از طیف استفاده نمی کنند کاربران بدون مجوز - کاربران ثانویه - اجازه دسترسی به طیف به صورت فرصت طلبانه برای فعال کردن ارتباط یا بهبود کیفیت خدمات داده می شود.در این زمینه تحقیقات در زمینه های مختلفی انجام شده است. یک سری از تحقیقات انجام شده در بهره وری انتقال لایه های فیزیکی ، انتقال و پیوند داده متمرکز شده اند که در این مقاله تعدادی از آنها را بررسی می کنیم.
-2 شبکه های رادیوشناختی - CRAHNs - ad hoc
پیشرفت های اخیر تکنولوژی در توسعه شبکه های بی سیم ad hoc که از دستگاههایی تشکیل شده است که خود سازمان هستند که بدون پشتیبانی زیرساخت مستقر شده اند . این دستگاهها به طور کلی از فاکتورهای کوچکی تشکیل شده اند که قابلیت ذخیره سازی ، پردازش و ارتباطی در آنها تعبیه شده است. در شبکه های رادیوشناختی ad hoc ، باندهای طیف موجود بر روی یک محدوده فرکانس گسترده در زمان و مکان متفاوت توزیع شده اند. بنابراین ، هر کاربر در دسترس بودن طیف های مختلف را با توجه به فعالیت کاربر اولیه - PU - نشان می دهند.
از 6 وضعیت زیر که در نمودار شکل 21 نشان داده شده است تشکیل شده است
ایجاد اتصال - - connection establishment
نرمال - - normal
سنجش طیف - - spectrum sensing
تغییر طیف - - spectrum change
تحرک پیش بینی شده - - mobility predicted
شکست مسیر - route failure -
1؛2وضعیت نرمال - : - Normal state
این مرحله زمانی اجرا می شود که دوره سنجش ، تعویض طیف یا تحرک پیش بینی شده نود وجود نداشته باشد. پنجره ازدحام شبیه به TCP newReno کلاسیک عمل می کند. منبع ظرفیت باقی مانده بافر، زمان تاخیر لینک و پهنای باند محاسبه شده در هر نود بوسیله حمل این اطلاعات بر روی دریافتی ACK جمع آوری می کند.
2؛2وضعیت سنجش طیف : - Spectrum sensing state -
همانطور که منبع زمان دقیق شروع و پایان سنجش را می داند ، آن پنجره ازدحام را محدود می کند به طوری که نود هاپ قبلی در طول مسیر سربار بافر در طول سنجش را متحمل نمی شود. علاوه بر این ، آن زمان بهینه سنجش برای هر لینک با حفظ سابقه فعالیت PU در اطراف تصمیم گیری می کند.
3؛2وضعیت سوئیچینگ طیف : - Spectrum switching state -
زمانی که یک PU ظاهر می شود ، زمان صرف شده برای شناسایی یک کانال جدید از پیش شناخته شده نیست. در این زمان ، وضعیت TCP در منبع بی حرکت است. بعد از اینکه طیف جدید انتخاب شد، پهنای باند توسط تعامل با لایه لینک و گفتگو با منبع تخمین زده می شود.
4؛2وضعیت تحرک پیش بینی شده : - Mobility predicted state -
بر اساس فیلتر کالمن ، هر نود یک اگر نود هاپ بعدی در دوره محاسبات بعدی خارج از محدوده نباشد پیش بینی ایجاد می کند. اگر این درست باشد ، به منبع اخطار داده می شود که پنجره ازدحام را به زیر آستانه TCP محدود کند، در نتجیه مانع از دست رفتن زیاد بسته ها شده اگر شکست مسیر رخ دهد.
5؛2وضعیت شکست مسیر - : - Route failure state
زمانی این وضعیت رخ می دهدکه سنجش مورد انتظار وجود نداشته ، PU هم تشخیص داده نشده باشد اما امکان تحرک نود وجود دارد. در این مورد منبع انتقالش را متوقف می کند و منتظر اطلاع رسانی بیشتر از لایه شبکه برای ایجاد مسیر جدید می ماند.
-3 پروتکل HC-MAC
عملیات دستگاه های اولیه معمولا دارای دو مرحله می باشد: سنجش و انتقال.این عملیات ها به صورت متوالی اجرا می شوند. در مرحله سنجش ، سنجش لایه فیزیکی و لایه MAC برای تشخیص کاربران اولیه و حفاظت از کیفیت سرویسها استفاده می شود. سنجش لایه فیزیکی با طرح های مدولاسون و پارامترها برای اندازه گیری و تشخیص سیگنالهای کاربران اولیه بر روی کانال های مختلف وفق داده شده است در حالی که سنجش لایه MAC برای تعیین اینکه چه زمانی و کدام کانال راکاربران ثانویه باید سنجش کنند. فریم زمان HC-MACشامل مجموعه ای از عملیات ثانویهمی باشد. زمان کل فریم می تواند به 3 قسمت تقسیم شود: رقابت ، سنجش ، انتقال.
سه نوع بسته برای تسهیل این عملیات معرفی شده اند . توجه داشته باشید که تمام این بسته ها بر روی کانال مشترک ارسال شده اند.
:C-RTS/C-CTS رقابت و رزرو طیف در بخش رقابت.
:CTS اطلاعات در دسترس بودن کانال بین فرستنده و گیرنده در هر اسلات سنجش مبادله می شود. :T-RTS/T-CTS اطلاع دادن به گره های همسایه که انتقال تمام شده است.
-4 پروتکل - Friendly Rate Control Primary User-TCP - PU-TFRC
یک پروتکل لایه انتقال بر اساس نرخ موجود می باشد که از اطلاعات لایههای پایین تر استفاده نمیکند و از طریق انتها -به-انتها عمل میکند و میتواند به طور موثر بر روی چندین گام عمل کند. این ویژگی ها اجازه می دهد که پروتکل فقط بر روی منبع و مقصد اعمال شود.
PU-TFRC دارای ویژگیهای منحصر به فرد زیر می باشد:
الف - یک پایگاه داده طیف FCC با حداقل میزان سربار پرس و جوها میباشد.
ب - این امکان را فراهم می کند که بتوان سرعت انتقال را بوسیله شناسایی موارد تراکم واقعی شبکه تنظیم کرد. ج - دستورالعملهایی را در زمان شروع دوباره بعد از مکث به دلیل فعالیت PU فراهم می کند.
1؛4 ویژگی های PU-TFRC
الف - به منبع، اجازه تعامل با بانکهای طیف مشخص شده در تصمیم گیری طیف توسط FCC را میدهد. این تعامل با پایگاه داده هر گونه نیاز به بازخورد با گرههای میانی یا لایه های پایین تر را حذف می کند. بنابراین PU-TFRC به طرح انتها-به-انتها ی کلاسیک مرتبط با پروتکل انتقال برمیگردد.
ب- روش پیشنهادی فقط زمانی که نیاز دارد به صورت هوشمندانه از بانک، نمونه برداری میکندواحتمال ورود PU را بر اساس مشاهدات روند از دست رفتن بسته به دست می آورد.. این مقررات توسط FCC برای دستگاههای امن هر 60روز یکبار انتخاب می شوند و هدف ما افزایش دسترسی به فرکانس فقط زمانی که نیاز حیاتی باشد شناسایی میشود.
ج- سرعت پاسخ را توسط تمایز قائل شدن بین تعویض طیف و ازدحام واقعی افزایش میدهد. بنابراین کاهش نرخ سرعت اتفاق نمی-افتد مگر آنکه توجیهی داشته باشد. بنابراین افزایش سرعت انتقال سگمنت زمانی که یک طیف جدید میآید خیلی بالاتر از TCPکلاسیک بر مبنای پنجره به خاطر اثر فوری معادله نرخ می باشد.
د- معادله کنترل نرخ TFRC بوسیله تغییر تعریف فواصل از دست دادن رویداد ویرایش می شود . این تغییر اجازه می دهد پروتکل، استفاده موثرتری از پهنای باند با داشتن دقت بیشتر و بالاتر نرخ ارسال و توان عملیاتی داشته باشد.
