Skip to main content
SUPERVISOR
Mehdi Mahdavi,Mohmmad javad Omidi
مهدی مهدوی (استاد راهنما) محمدجواد امیدی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Mohammadreza Amini
محمدرضا امینی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1390

TITLE

Modeling of Spectrum Access Process and Optimization of Transmission Time in Cognitive Radio Networks
In Cognitive Radio technology, reusing of dedicated frequency bands in time and frequency domain (and even in special domain) is possible. To work efficiently, cognitive networks like all other communication networks needs some optimizations. One of the spectrum access models for cognitive network users is an interweave model. In this model, users of cognitive networks (secondary users) are not allowed to transmit data simultaneously with users of incumbent network. Indeed, secondary users sense the spectrum before sending any data, finding the channel idle, they start transmitting data. In co-existence between primary and secondary network through an interweave model, interference imposed to primary users due to secondary users’ transmissions is inevitable and should be hold in a certain level. On one hand, the mentioned interference emanates from spectrum sensing error and on the other hand, it is due to primary users’ returns during secondary transmissions. The amount of interference in the first case depends on sensing parameters and it depends on primary user traffic in the second case. Furthermore, with the advent of green communication in recent years, energy efficiency in communication networks has been considered widely as an important criterion. Hence, both energy efficiency and collision probability, as important criteria in cognitive network, are affected by the two kinds of interference. Therefore, mathematical modeling of secondary users’ spectrum access regarding to interference times for the sake of optimization goals is important. This dissertation analyzes secondary users’ spectrum access process regarding to primary and secondary traffic in single user and multi-user scenarios and formulates energy efficiency and collision probability. Subsequently, the effect of different parameters such as transmission time, primary users’ data traffic and spectrum sensing parameters in the mentioned secondary network criteria is investigated. At first, by modeling of the primary user’s traffic as two-state continuous time Markov chain, single-user secondary network with sporadic and heavy traffic is modeled and analyzed and then single-user cognitive network with general traffic is investigated. Afterwards, with the same model for primary user’s traffic, analyses of single-user secondary network are developed for multi-user network. Consequently, analyses of multi-user cognitive network based on common control are performed. Iiring the extracted methods and formulas, primary user’s traffic model is changed from two-state continuous time Markov chain to more general model, alternating phase type renewal process, and single-user secondary network with sporadic traffic is analyzed under.
برای استفاده مناسب‌تر از باندهای فرکانسی و افزایش بهره‌وری آن و پیداکردن راه حلی برای تناقض بین اتلاف طیف فرکانسی و محدود بودن آن، مفهوم رادیو شناختگر مطرح شد. تکنولوژی رادیو شناختگر استفاده مجدد و دوباره از باندهای فرکانسی تخصیص‌یافته را در زمان و فرکانس (و حتی در مکان) امکان‌پذیر می‌نماید. این شبکه نیز مانند تمامی شبکه‌های مخابراتی برای کار در راندمان بالا نیازمند بهینه‌سازی‌هایی است. با ظهور ایده مخابرات سبز در سال‌های اخیر بازده انرژی در شبکه‌های مخابراتی به عنوان یک معیار پر اهمیت مورد توجه قرار گرفته است. یکی از مدل‌های دسترسی کاربران شبکه‌ شناختگر به طیف فرکانسی مدل درون بافی است. در این مدل به کاربران شبکه شناختگر، که به آن‌ها ثانویه گفته می‌شود، اجازه ارسال همزمان با کاربران شبکه صاحب طیف، که به آن‌ها اولیه می‌گویند، داده نمی شود. در واقع، کاربران ثانویه قبل از ارسال داده، اقدام به سنجش طیف فرکانسی کرده و در صورتی که کانال را خالی از کاربر اولیه یافتند ارسال خود را آغاز می‌کنند. در همزیستی میان شبکه اولیه و ثانویه در این مدل، تداخل تحمیل شده به کاربران اولیه در اثر ارسال داده کاربران ثانویه امری اجتناب ناپذیر است. این تداخل باید در سطح خاصی نگاه داشته شود. تداخل مذکور، از یک طرف ناشی از خطای سنجش طیفی و از طرف دیگر ناشی از بازگشت کاربر اولیه به طیف در حین ارسال کاربر ثانویه است. میران تداخل نوع اول به پارامترهای سنجش طیفی و تداخل نوع دوم به ترافیک کاربر اولیه بستگی دارد. بازده انرژی و احتمال تداخل، به عنوان معیارهای مهم در شبکه شناختگر، متاثر از این نوع تداخل‌ها هستند. به همین دلیل مدل‌سازی ریاضی فرآیند دسترسی به طیف کاربران ثانویه با در نظر گرفتن زمان‌های تداخل برای اهداف بهینه‌سازی از اهمیت خاصی برخوردار است. این رساله با در نظر گرفتن ترافیک داده کاربر اولیه و ثانویه در چیدمان‌های تک کاربره و چندکاربره به تحلیل فرآیند دسترسی کاربران ثانویه به طیف و فرموله کردن بازده انرژی و احتمال تداخل می‌پردازد و تاثیر پارامترهای مختلفی مانند زمان ارسال داده، پویایی ترافیک کاربر اولیه و پارامترهای سنجش طیفی در معیارهای بیان شده در شبکه ثانویه بررسی می‌شود. ابتدا با در نظر گرفتن زنجیره مارکوف زمان پیوسته دو حالته به عنوان مدل ترافیک کاربر اولیه، به مدل‌سازی و تحلیل شبکه ثانویه تک کاربره با ترافیک داده سبک، سنگین پرداخته و سپس اقدام به بررسی شبکه ثانویه تک کاربره با ترافیک عام‌تر می‌گردد. سپس با فرض مدل مارکوف زمان پیوسته دو حالته برای ترافیک کاربر اولیه، روابط شبکه تک کاربره برای شبکه ثانویه چند کاربره با ترافیک عام، که به شبکه شکافت فاز معروف است، تعمیم می‌یابد. در ادامه، شبکه چند کاربره مبتنی بر کانال کنترلی مشترک نیز با ترافیک سنگین داده بدون تغییر در مدل ترافیک کاربر اولیه مورد تحلیل قرار می‌گیرد. با الهام از روابط به‌دست آمده، مدل ترافیک کاربر اولیه را از حالت زنجیره مارکوف زمان پیوسته دو حالته به یک مدل عام‌تر، فرآیند تجدیدپذیر نوع فاز متناوب، تغییر داده و تحت این مدل، شبکه ثانویه تک کاربره در حالت ترافیک سبک مورد بررسی قرار می‌گیرد. همچنین، در تمامی چیدمان‌ها نتایج حاصل از شبیه‌سازی‌ با نتایج تحلیلی مطابقت داده می‌شود.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی