کیفیت سرویس در سیستم¬های رادیو¬شناختگر

STUDENT

DEGREE

YEAR

As the utilization of wireless communication systems increases, spectrum scarcity becomes more evident in such systems. This is while studies have revealed that the static spectrum allocation has resulted in low utilization in wide bands of the frequency spectrum. Therefore, utilization of the cognitive radio technology seems necessary to improve the spectrum utilization in wireless systems. Various applications have been introduced in wireless systems which have their own quality of service (QoS) requirements. Data transmission will be unacceptable if the QoS requirements of users are not satisfied. Therefore, QoS provisioning is mandatory in such systems. One of the spectrum access strategies in cognitive radio systems is the interweave approach. In this approach the unlicensed (secondary) users can use the frequency spectrum which is dedicated to the licensed (primary) users only in the cases when no activity of the primary users is detected in the spectrum. In other words, in such a strategy the activity of the primary users in the spectrum is detected and if some bands of the spectrum are not occupied by the primary users, such bands can be allocated to the secondary users. Therefore, the frequency bandwidth that can be used by the secondary users varies based on the activity of the primary users in the spectrum. Hence, the QoS parameters of the secondary users are affected by their own traffic behavior as well as the activity of the primary users. Therefore, QoS provisioning for the secondary users in the cognitive radio networks is more complicated than the other wireless networks. On the other hand, the spectrum allocation and the packet scheduling scheme can significantly affect the QoS performance of the secondary users. Furthermore, noise and fading in wireless systems can affect the quality of the frequency channels, which in turn has effect on the quality of the communication of the secondary users. Hence, the quality of the frequency channels can significantly affect the QoS of the secondary users. In this thesis the QoS provisioning for the secondary users in the cognitive radio networks with the interweave structure is studied. To this goal, an efficient cellular structure for the system is considered. Secondary users are categorized to real-time and non real-time dir=ltr Results reveal that there are differences between analytical results and those from simulation when the aggregate packet arrival rate of secondary users' traffic is less than the available transmission rate. This is due to the approximations which are used in analytical models. Conversely, in the cases that aggregate packet arrival rate is more than the transmission rate (or equivalently, the number of secondary users is greater than number of frequency channels), there are good matches between results from the analysis and the simulation.

با افزایش روزافزون استفاده از سیستم های مخابراتی بی سیم، مسأله کمبود پهنای باند فرکانسی هر چه بیشتر آشکار می شود. این در حالی است که بررسی های صورت گرفته بیانگر آن است که با تخصیص استاتیک طیف فرکانسی به کاربران، عملا میزان استفاده در بخش های عمده ای از طیف اندک می باشد. از این رو لزوم به کار گیری سیستم های رادیوشناختگر برای بهبود استفاده از طیف فرکانسی هر چه بیشتر احساس می شود. از طرف دیگر امروزه کاربردهای متنوعی در سیستم های مخابرات بی سیم معرفی شده اند که نیازمند کیفیت سرویس مشخص می باشند. ارسال اطلاعات کاربران بدون تأمین پارامترهای کیفیت سرویس مورد نیاز آن ها کارایی لازم را نخواهد داشت. از این رو مسأله تأمین کیفیت سرویس مورد نیاز کاربران در این سیستم هاامری ضروری می باشد. از جمله رویکردهای دسترسی به طیف در سیستم های رادیو شناختگر رویکرد درون بافی می باشد. در این رویکرد کاربران بدون مجوز (کاربران ثانویه) تنها در صورتی امکان استفاده از طیف فرکانسی تخصیص یافته به کاربران دارای مجوز (کاربران اولیه) را خواهند داشت که فعالیت کاربران اولیه در طیف مشاهده نشود. به عبارت دیگر در این رویکرد فعالیت کاربران اولیه در طیف فرکانسی آشکار می شود و در صورتیکه بخش هایی از طیف فرکانسی توسط کاربران اولیه اشغال نشده باشد، این بخش ها می تواند توسط کاربران ثانویه مورد استفاده قرار گیرد. این موضوع باعث می شود که پهنای باند فرکانسی که می تواند در اختیار کاربران ثانویه قرار گیرد بر اساس میزان استفاده کاربران اولیه از طیف متغیر باشد. از این رو پارامترهای کیفیت سرویس کاربران ثانویه در سیستم های رادیوشناختگر علاوه بر رفتار ترافیکی این دسته از کاربران، از عوامل دیگری از جمله رفتار ترافیکی کاربران اولیه نیز تأثیر می پذیرد. به همین دلیل تأمین کیفیت سرویس کاربران ثانویه در سیستم های رادیوشناختگر از پیچیدگی بیشتری نسبت به سایر سیستم ها برخوردار است. از طرف دیگر روش تخصیص طیف و زمان بندی ارسال اطلاعات برای کاربران ثانویه تأثیر مهمی در پارامترهای کیفیت سرویس این دسته از کاربران خواهد داشت. همچنین در سیستم های مخابرات بی سیم، نویز و محوشدگی می تواند کیفیت کانال های فرکانسی و در نتیجه ارتباط مخابراتی کاربران را تحت تأثیر قرار دهد. به همین دلیل کیفیت کانال های فرکانسی می تواند تأثیر مهمی در ارتباط کاربران ثانویه داشته باشد. در این رساله مسأله کیفیت سرویس کاربران ثانویه در سیستم های رادیو شناختگر با ساختار درون بافی بررسی می شود. به این منظور ساختار سلولی مناسبی برای شبکه در نظر گرفته می شود. در یک تقسیم بندی کلی کاربران ثانویه به دو گروه کاربران زمان حقیقی و غیر زمان حقیقی تقسیم می شود. در گروه کاربران زمان حقیقی، ترافیک کاربران صوتی مورد بررسی قرار می گیرد. همچنین روش کارآمد تخصیص کانال و زمان بندی ارسال برای کاربران ثانویه پیشنهاد می شود. سپس یک مدل تحلیلی برای بررسی کیفیت سرویس کاربران ثانویه پیشنهاد می شود که در آن ویژگی های ترافیکی کاربران ثانویه از جمله ماهیت حساس به تأخیر برای کاربران زمان حقیقی و همچنین تأثیر تغییرات کیفیت کانال های فرکانسی لحاظ شده است. با استفاده از این مدل پارامترهای کیفیت سرویس کاربران ثانویه استخراج می شود. علاوه بر این با هدف افزایش کارایی استفاده از طیف فرکانسی در سیستم های رادیو شناختگر، نرخ ورود کاربران ثانویه در هر یک از دو گروه زمان حقیقی و غیر زمان حقیقی مشخص می شود. نتایج حاصل می تواند در تأمین کیفیت سرویس مورد نیاز کاربران ثانویه مورد استفاده قرار گیرد. نتایج نشان می‌دهد هنگامیکه نرخ ورود تجمیع شده بسته ‌های ترافیک کاربران ثانویه کمتر از نرخ ارسال در دسترس است، اختلافی بین نتایج حاصل از آنالیز و شبیه سازی مشاهده می شود. علت این مسأله تقریب هایی است که در مدل‌های تحلیلی استفاده شده است. در مقابل در شرایطی که نرخ ورود بیش از نرخ ارسال در دسترس باشد (یا به صورت معادل تعداد کاربران ثانویه بیش از تعداد کانال های فرکانسی باشد)، نتایج شبیه سازی و آنالیز مطابقت مناسبی دارد.