بخشی از مقاله
مروری بر شبکه های رادیو شناختی؛ فناوری نوین تحقق نسل بعدی شبکه های بیسیم
چکیده
در دهه گذشته، با توسعه سریع دستگاههات بیسیم و برنامههات کاربردتلا شاهد تقاضاهات رو به رشد برات اختصاص طیف فرکانس بودیم اما سیاستهات سنتی تخصیص طیف به صورت استاتیک، تبدیل به تنگنایی برات استفاده کارآمد از طیف فرکانسی گردیدند وعملاً بخش بزرگی از طیف هنت فرکانس مجوز دار کمتر مورد استفاده قرار میگرفت. منابع طیف فرکانس محدود هستند و استفاده ناکارآمد از آنها سبب گردید نهادهات نظارتی به بررسی سیاستهات خود بپردازند و شروع به جستجوت فناورتهات ارتباطی نوآورانه جدید نمایند که بتواند طیفهات فرکانس بیسیم را به صورت هوشمندانهتر و قابلانعطاف تر میان کاربرانی که واقعاً به آن احتیاج دارند تخصیص دهد. به منظور حل این مشکل توجه فزاینده وت به مفهوم رادیو شناختی معطوف گشت. در این شبکه ها، کاربران میتوانند پارامترهات عملیاتی خود را با توجه به تعامل با محیط اطراف تنظیم نمایند واصطلاحاً خود را با محیط وفق دهند. در این رهیافت جدید براتامدیریت طیف فرکانسی و به اشترائگذارت پوهنت طیف فرکانس بسیار موفق و مطلوب عمل مینماید. در این شبکه ها دو دسته کاربر وجود دارد: کاربران اولیه یا کاربران مجوز دار که این کاربران می توانند در یک باند طیف فرکانس خاص فعالیت کنند و دسته دیگر کاربران ثانویه یا کاربران بدون مجوز که مجوز فعالیت در یک باند خاص را ندارند. هنگامی که کاربران ثانویه با کاربران اولیه همزیستی دارند اولویت استفاده از طیف با کاربران اولیه است و زمانی که کاربر اولیهات حضور نداشته باشد امکان فعالیت کاربر ثانویه فراهم می گردد. در چند سال گذشته پیشرفت هات قابلتوجهی در مفاهیم و فناورت رادیو شناختی به وقوع پیوسته است. با این حال، در این شبکه ها با توجه به ماهیت نوسانی طیف فرکانس اختصاص دادهشده و نیازمندت هات کیفیت سرویس کاربران، چالشها مختلفی وجود دارد. در این مقاله به طور مختصر به پیشرفتهات اخیر در تحقیقات مربوط به شبکه هات رادیوها ت شناختی پرداخته می شود. مبانی فناورت شبکه هات رادیو شناختی، معمارت و برنامه هات کاربردت آن معرفی می شوند. کارهات موجود و جزئیات مسائل مهم در تخصیص پویا و به اشترائگذارت طیف در سنجش طیف مورد بررسی قرار می گیرد.
کلمات کلیدی:
شبکه هات رادیو شناختی1، کاربران اولیه2، کاربران ثانویه3، کنترل توان 4، طیف فرکانسی
-1 مقدمه
شبکه های بیسیم کنونی از یک سیاست تخصیص طیف فرکانس به صورت ثابت بهره میگیرند که در آن سازمان ها، طیف فرکانس را به صورت بلندمدت به دارندگان پروانه و کاربران مجاز اختصاص میدهند. این سیاست به دلیل افزایش تقاضاهای تخصیص طیف، در برخی از باندهای خاص با کمبود شدید روبرو گردیده است. از سوی دیگر بخش عظیمی از طیف اختصاص داده شده به طور پراکنده و نامناسب استفاده می شود و همین امر منجر به استفاده کم و غیر بهینه از مقدار قابل توجهی از طیف فرکانسی میگردد.[4] همان طور که در شکل یک نشان داده شده است، بخش عظیمی از طیف اختصاص دادهشده توسط کاربران مجاز مورد استفاده قرار نمیگیرد یعنی با توجه به مقتضیات زمانی و مکانی کمتر از شش درصد طیف فرکانسی توسط کاربران مجاز اشتغال میشود.[3] بررسی گزارشهای اخیر اندازهگیری طیف فرکانس نشان می دهد که رقابت شدیدی برای استفاده از طیف فرکانس وجود دارد، به خصوص در باند صفر تا سه گیگاهرتز. یک مشکل قابلتوجه در این زمینه کمبود فیزیکی طیف و مدیریت آن است از سوی دیگر تفاوت میان میزان اختصاص طیف فرکانسی و استفاده از طیف فرکانسی نشان میداد که ممکن است بسیاری از اوقات، طیف اختصاص داده شده مورد استفاده قرار نگیرد[4]. از این رو برای حل مشکل ناکارآمدی استفاده از طیف فرکانس روشهای دسترسی پویا پیشنهاد شد به این ترتیب که اجازه داده شد در کنار کاربران مجوز دار یکسری کاربر بدون مجوز از فضای بلااستفاده طیف فرکانس استفاده نمایند به شرط آنکه مزاحمتی برای کاربران مجاز به وجود نیاید. فناوری کلیدی که سبب می گردد از تکنیک دسترسی به طیف فرکانس به صورت پویا استفاده گردد تکنیکهای شبکه رادیو شناختی است. شبکه های رادیویی شناختی، از طریق معماری های بیسیم ناهمگن و تکنیکهای دسترسی پویا به طیف، پهنای باند بالایی را برای کاربران موبایل ارائه مینمایند. این تکنیک امکان تسهیم کانالهای بیسیم را به شیوهای فرصتطلبانه برای برخی از کاربران مهیا میسازد.[1]
-2 تعریف شبکه های رادیو شناختی
رادیو شناختی، فن آوری کلیدی برای نسل بعد شبکه های ارتباطاتی است که در آن امکان استفاده موثر از طیف فرکانس به صورت فرصتطلبانه برای کاربران بدون تداخل با هم مهیا میگردد. در این شبکه ها دو دسته کاربر وجود دارد: کاربران اولیه یا کاربران مجوز دار که این کاربران میتوانند در یک باند فرکانسی خاص فعالیت کنند و دسته دیگر کاربران ثانویه یا کاربران بدون مجوز که مجوز فعالیت در یک باند خاص را ندارند. آنچه به عنوان رادیو تعریف می شود به این معنا است که در این شبکه ها پارامترآون فرستنده و گیرنده با توجه به تعامل با محیط عمل میکنند و آنچه شبکه رادیو شناختی را از دستگاهآون رادیویی معمولی متفاوت مینماید آن است که این شبکه ها، میتوانند به کاربران قابلیت شناخت و قابلیت تنظیم مجدد بدهند.[3]با توجه به این تعریف، دو ویژگی اصلی شبکه رادیو شناختی تعریف میشود که عبارتاند از:
· قابلیت شناخت: 5 در این شبکه ها میتوان از طریق تعامل با محیطآون رادیویی، بخشی از طیف فرکانسی که در یک زمان یا مکان خاص مورد استفاده قرار نگرفته است را شناسایی نمود. همان طور که در شکل دو نشان داده شده است، در شبکه هان رادیو شناختی، این توانایی وجود دارد که به طور موقت از طیف بلااستفاده که اصطلاحاً سوراخ طیف یا فعون سفید نامیده میشود استفاده نماید . در نتیجه، بهترین طیف بدون تداخل با کاربر مجاز انتخاب می شود و با کاربران دیگر به اشتراخ گذاشته میشود[1] به عبارت دیگر قابلیت شناخت به توانایی حس کردنو جمع آوون اطلاعات از محیط اطراف اشاره دارد.[3]
· قابلیت تنظیم مجدد: 6 یکی از ویژگیهان دیگر شبکه رادیو شناختی آن است که میتواند فناورنهان دسترسی مختلفی را بکار گیرد و بران ارسال و دریافت در انواع فرکانسها برنامهریزن گردد. از طریق این قابلیت است که می توان، بهترین طیف فرکانس را انتخاب نموده و مناسبترین پارامترهان عملیاتی را پیکربندن کرد.[1] به عبارت دیگر قابلیت تنظیم مجدد به منظور دستیابی به عملکرد مطلوب و سریع تطبیق پارامترهان عملیاتی با اطلاعات حس شده از محیط اشاره دارد. کاربران ثانویه قادر خواهند بود با بهرهبردارن از این قابلیت بهترین کانال در دسترس را انتخاب نموده و با سایر کاربران جهت دسترسی و استفاده از طیف فرکانسی به طور هماهنگ عمل نمایند و زمانی که یک کاربر اولیه قصد استفاده از طیف فرکانس را داشت آن طیف را تخلیه نمایند.[3]
-3 اجزای شبکه رادیو شناختی
اجزان معمارن شبکه رادیو شناختی را میتوان در دو گروه زیر طبقه بندن نمود: شبکه اولیه7 شبکه رادیو شناختی8 شبکه هان اولیه یا شبکه مجوز دار شبکه هایی هستند که در آنها کاربران اولیه داران مجوز فعالیت در یک باند فرکانسی خاص هستند. اگر شبکه هان اولیه داوان زیرساخت باشد، فعالیتهان کاربران اولیه از طریق ایستگاهها ن پایه اولیه9 کنترل میشود. با توجه به اولویت کاربران اولیه در دسترسی به طیف فرکانس، بنابراین عملیات آنها نباید توسط کاربران ثانویه بدون مجوز تحت تأثیر قرار گیرد.
شبکه دیگر شبکه رادیو شناختی است که شبکه دسترسی طیف پویا، شبکه هان ثانویه و یا شبکه هان بدون مجوز نامیده می شود مجوز فعالیت در یک باند مورد نظر را ندارد؛ بنابراین کاربران بیان به اشتراخ گذاشتن باند فرکانسی مجاز نیاز به اطلاعات و قابلیتهان اضافی ترن دارند.[1]
-4 انواع عملیات در شبکه رادیو شناختی
کاربران شبکه رادیو شناختی از طریق فناورن دسترسی به باند پهن، قادر به دسترسی به هر دو بخش مجوز دار مورد استفاده کاربران اولیه و بخش آون بدون مجوز از طیف فرکانس هستند. در نتیجه، نوع عملیات بران شبکه هان رادیو شناختی را میتوان به دو دسته تقسیم نمود:
1. عملیات در باند فرکانس با مجوز
2. عملیات در باند فرکانس بدون مجوز.[1]
عملیات در باندهان فرکانسی مجوز دار10 عمدتاً: باندهان مجوز دار توسط شبکه آون اولیه مورد استفاده قرار میگیرند؛ بنابراین، به طور عمده شبکه هان رادیو شناختی برا ن تشخیص کاربران اولیه متمرکز می شوند. ظرفیت کانال بستگی به میزان تداخل در کاربران اولیه مجاور دارد. علاوه بر این، در صورتی که کاربران اولیه در باند طیف فرکانس خود که توسط کاربران رادیو شناختی اشغال شده است ظاهر گردند این کاربرانرادیو شناختی هستند که باید فوراً طیف فرکانسی را تخلیه نموده و در طیف مناسب دیگین فرار گیرند. [1]
عملیات در باندهان فرکانسی بدون مجوز: 11 کاربران شبکه رادیو شناختی در غیاب کاربران اولیه، حق دسترسی یکسانی بران استفاده از این طیف فرکانسی را دارند. از این رو کاربران رادیو شناختی بران رقابت در این خصوص نیاز به روش هان به اشتراخگذاون و رقایتی پیچیدهان دارند.[1]
-5 روشهای دسترسی مختلف رادیو شناختی
با دقت در تصویر شماره سه میتوان ادعا نمود که کاربران رادیو شناختی به طور فرصتطلبانه امکان دسترسی را به سه روش مختلف دارا هستند:
1. دسترسی به شبکه رادیو شناختی:12 کاربران رادیو شناختی میتوانند از باند با مجوز و یا از باند بدون مجوز به ایستگاه پایه رادیو شناختی خودشان متصل گردند؛ بنابراین تمامی تراکنشها درون شبکه رادیو شناختی رخ میدهد و سیاستآون به
