Η σύγχρονη κοινωνία σήμερα, με την πληθώρα διαφορετικών ασύρματων κινητών συσκευών και εφαρμογών, εξαρτάται από το ασύρματο φάσμα για να λειτουργήσει και οι ανάγκες για χρήση φάσματος συνεχώς αυξάνονται.. Ωστόσο, μετρήσεις έχουν δείξει ότι ένα μεγάλο μέρος του ραδιοφάσματος χρησιμοποιείται αραιά και σποραδικά. Ένα μεγάλο μέρος φάσματος μέσω αδειοδοτημένων χρήσεων παρατηρείται είτε να χρησιμοποιείται μερικώς είτε να είναι αχρησιμοποίητο.
Τα Γνωστικά Ραδιο-Δίκτυα(Cognitive radio networks), λοιπόν, προτάθηκαν τόσο για να αντιμετωπιστεί η μεγάλη ζήτηση φάσματος συχνοτήτων όσο και για την καλύτερη αξιοποίηση των ήδη υπαρχόντων αδειοδοτημένων καναλιών. Όμως, οι πολύπλοκες λειτουργίες των Γνωστικών Ραδιο-Δικτύων από την μια και οι προκλήσεις και περιορισμοί που προκύπτουν από τις κινητές συσκευές από την άλλη, οδηγούν σε μια συνεχόμενη μελέτη των συστημάτων αυτών και αναζήτηση λύσεων για την καλύτερη λειτουργία τους με σκοπό την αποδοτικότερη χρήση φάσματος.
Στην παρούσα διπλωματική εργασία αναλύονται τα βασικά χαρακτηριστικά, η αρχιτεκτονική και οι βασικές λειτουργίες των Γνωστικών Ραδιο-Δικτύων. Ταυτόχρονα, αναλύεται η συμβολή του υπολογιστικού νέφους(cloud computing) στις διαδικασίες που σχετίζονται με τα Γνωστικά Ραδιο-Δίκτυα και εξετάζεται η ενσωμάτωση τους στα δίκτυα επόμενης γενιάς 5G.
Πιο συγκεκριμένα προτείνονται η χρήση spectrum agents για την λειτουργία της ανίχνευσης φάσματος(spectrum sensing) και η χρήση υπολογιστικού νέφους μικρής κλίμακας (cloudlet) για την λειτουργία των Γνωστικών Ραδιο-Δικτύων και την δυναμική πρόσβαση φάσματος. Το cloudlet θα φιλοξενεί γεωχωρική βάση δεδομένων (geolocation spectrum database) με τα φασματικά κενά, πληροφορίες για τα οποία θα λαμβάνονται από spectrum agents. Τα φασματικά κενά είναι χρονικά διαστήματα κατά τα οποία τα κανάλια παραμένουν ανενεργά από τους αδειδοτημένους χρήστες (πρωτεύοντες χρήστες-PUs). Οι μη- εξουσιοδοτημένοι χρήστες (δευτερεύοντες χρήστες- SUs) καλούνται να εκμεταλλευτούν τα χρονικά αυτά διαστήματα προκειμένου να μεταδώσουν χωρίς όμως να προκαλούν παρεμβολές στους πρωτεύοντες χρήστες στο ίδιο φάσμα.
Αναπτύχθηκε αλγόριθμος που υπολογίζει την τοποθεσία των δευτερευόντων χρηστών και των ελεύθερων καναλιών χρησιμοποιώντας τις πληροφορίες του cloudlet και αποφασίζει ποια κανάλια είναι κατάλληλα για τον καθένα. Στην συνέχεια πραγματοποιήθηκε προσομοίωση του αλγόριθμου και παρουσιάζονται τα αποτελέσματα που προέκυψαν.
Today's modern society, with a variety of different wireless mobile devices and applications, depends on the wireless spectrum to work and the spectrum needs constantly increase. However, measurements have shown that a large part of the spectrum is used sparingly and sporadically. A large proportion of spectrum through licensed uses is observed either to be partially used or to be unused.
Cognitive radio networks, therefore, have been proposed both to address the high demand for spectrum and to make better use of existing licensed channels. However, the complex functions of Cognitive Radio Networks on the one hand, and the challenges and limitations of mobile devices on the other, lead to a continuous study of these systems and the search for solutions for their better operation in order to make more efficient use of spectrum.
This diploma thesis analyzes the basic features, architecture and basic functions of Cognitive Radio-Networks. At the same time, the contribution of cloud computing to the processes related to Cognitive Radio-Networks is analyzed and their integration in the next-generation 5G networks is examined.
In particular, it is proposed to use spectrum agents for the operation of spectrum sensing and the use of cloudlet cloud computing for the operation of Cognitive Radio Networks and dynamic spectrum access. The cloudlet will host a geolocation spectrum database with spectral gaps, information to be obtained from spectrum agents. Spectral gaps are intervals in which channels remain inactive by licensed users (Primary Users-PUs). Unauthorized users (SUs) are required to take advantage of these time intervals to transmit without interfering with primary users in the same range.
An algorithm has been developed that calculates the location of secondary users and idle channels using cloudlet information and decides which channels are suitable for each. Then the simulation of the algorithm was performed and the results obtained were presented.
Κείμενο, Πίνακες, Εικόνες , Σχήματα, Γραφήματα
