En arkitektur, der muliggør den kollaborative sameksistens af kognitive radionetværk i TVWS

Et team af forskere ved Yale University, Virginia Tech, Temple University og Peking University har for nylig udviklet en ny tilgang til at muliggøre den kollaborative sameksistens af kognitive radionetværk (CR) over tv-white space (TVWS). Udtrykket TVWS refererer til ubrugte tv-kanaler mellem aktive kanaler i VHF- og UHF-spektrene. Disse ubrugte kanaler, også kendt som 'bufferkanaler, ' blev oprindeligt placeret mellem aktive kanaler for at minimere udsendelsesinterferens.

"TVWS har potentialet til at give betydelig båndbredde i frekvenser, der har meget gunstige udbredelseskarakteristika (dvs. lange transmissionsområder og overlegen evne til at penetrere objekter), " skrev forskerne i deres papir, forudgivet på arXiv. "I USA, Storbritannien og andre lande, ændringer i de regulatoriske regler er blevet foretaget eller er ved at blive ændret for at åbne TVWS for opportunistiske operationer af ulicenserede (eller sekundære) brugere på en ikke-interferensbasis til licenserede brugere (alias etablerede eller primære brugere)."

I lyset af de kommende regler forbundet med brug af TVWS, industriens interessenter har forsøgt at udvikle standarder, der kunne muliggøre brugen af ​​TVWS ved at udnytte CR-teknologi. CR er en form for trådløs kommunikation, der kan programmeres og konfigureres dynamisk for at detektere ledige kommunikationskanaler i nærheden og optimere brugen af ​​det tilgængelige radiofrekvensspektrum (RF).

Alle nyudviklede standarder er afhængige af CR-teknologi til at overvinde interferensproblemer mellem netværk. Sameksistensen af ​​sekundære trådløse netværk i TVWS kan grupperes i to brede kategorier:heterogen og homogen sameksistens. Førstnævnte indebærer sameksistens af netværk, der anvender forskellige trådløse teknologier (f.eks. wifi og bluetooth), mens sidstnævnte sameksistens af netværk, der bruger den samme trådløse teknologi.

Ud over, sameksistensordninger kan enten være ikke-samarbejdsbaserede eller kollaborative. En ikke-samarbejdsvillig ordning anvendes, når der ikke er nogen måde at koordinere sameksisterende netværk. En samarbejdsordning, på den anden side, kan anvendes i tilfælde, hvor sameksisterende netværk direkte kan koordinere deres drift. Selvom ikke-samarbejdsbaserede sameksistensordninger er billigere og nemmere at implementere, samarbejdsordninger er ofte langt mere effektive.

"I denne avis, vi præsenterer en arkitektur, der muliggør kollaborativ sameksistens af heterogene CR-netværk over TVWS, kaldet Symbiotic Heterogeneous Coexistence ARchitecturE (SHARE), " skrev forskerne i deres papir, forudgivet på arXiv.

Som antydet af navnet, den nye tilgang udviklet af dette team af forskere henter inspiration fra forhold mellem arter observeret i biologiske økosystemer. I biologi, symbiotiske relationer indebærer sameksistens af forskellige arter, der danner relationer via indirekte koordination.

"Ved at efterligne de symbiotiske forhold mellem heterogene organismer i det stabile økosystem, SHARE etablerer en indirekte koordineringsmekanisme mellem heterogene CR-netværk via et mediatorsystem, som undgår ulemperne ved direkte koordinering, " forklarer forskerne i deres papir.

SHARE-arkitekturen udviklet af forskerne tillader to heterogene CR-netværk at sameksistere i TVWS, via en mediator-baseret indirekte koordineringsmekanisme. Denne mekanisme undgår de ulemper, der typisk er forbundet med direkte koordinationsmekanismer. Inspireret af modeller inden for teoretisk økologi, forskerne udtænkte to SHARE-algoritmer, der gør det muligt for hvert sameksisterende CR-netværk selvstændigt at udføre to nøglespektrumdelingsopgaver.

"SHARE inkluderer to spektrumdelingsalgoritmer, hvis design er inspireret af velkendte modeller og teorier fra teoretisk økologi, dvs. den interspecifikke konkurrencemodel og den ideelle gratis distributionsmodel, " sagde forskerne.

De to SHARE-algoritmer udviklet i denne undersøgelse giver individuelle CR-netværk mulighed for dynamisk at bestemme deres spektrumandel, som er proportional med deres båndbreddekrav, og vælg kanaler, der forbedrer systemets kondition. I deres analyser og simuleringer, forskerne fandt ud af, at deres arkitektur garanterede en stabil ligevægt af sameksisterende netværk, opnå en retfærdig fordeling af spektrum og maksimere systemets egnethed.

© 2019 Science X Network