Cognitive Wireless Mesh Networks with Dynamic Spectrum Access
IEEE Journal on Selected Area in Communication, Jan. 2008 issue 1
Kaushik R. ChowdhuryIan F. Akyildiz
Tópicos Abordados
Introdução COMNET
Arquitetura e Operação do Sistema Sensoriamento do Espectro Comutação de Canais Modelo de Interferência Analítica Algoritmo de Comutação de Canal e Banda Avaliação de Desempenho
Conclusão
Introdução
Wireless Mesh Network (WMN) Mesh routers (MR) Mesh clients (MC)
Introdução
Desempenho da WMN limitado por:
Congestionamento de canais
WLAN, Bluetooth, Forno de microonda…
Congestionamento do tráfego
Capacidade de Throughput reduzida
Introdução
As áreas urbanas são as mais afetadas pelo congestionamento do canal
Redes Cognitivas
Introdução
Principais Desafios
Como identificar que faixas do spectro estão livre para acesso
Resolver as questões de acesso com os usuários licenciados
Balancear a carga sobre todo o espectro disponível
Introdução
Principais Contribuições
Esquema de monitoração dos canais principais enquanto continua sua operação na banda secundária
Framework teórico para identificar as frequências primárias do transmissor através de amostras no domínio do tempo
Modelo Analítico para estimação de interferência
COMNET
Cognitive Mesh NETwork (COMNET)
Algoritmo de compartilhamento e sensoriamento do Spectro
Facilmente integrado com o cenário da rede em malha existente
COMNET – Arquitetura e Operação do Sistema
COMNET – Arquitetura e Operação do Sistema
Características
Cada MR e cada MC está equipado com um único transceptor IEEE 802.11b
Ajustável para qualquer uma das frequências na banda primária
Cada MR tem uma localização fixa
COMNET – Arquitetura e Operação do Sistema
Características:
Entre os transmissores de rádio primários tem-se as torres de Televisão/Rádio que são estáticas
MC calcula a sua distância da estação primária
COMNET – Arquitetura e Operação do Sistema
Características:
Os MCs periodicamente sintonizam um canal pré-decidido na banda principal
Sentem o total da potência recebida por um curto período de tempo
Estes valores detectados são comunicados pelos MCs, juntamente com suas distâncias a partir das estações primárias, para os MRs de seus respectivos clusters por piggybacking
COMNET – Arquitetura e Operação do Sistema
Características:
No cenário em que houver apenas comunicação ponto a ponto sem envolver o Gateway, os MRs necessitam enviar suas estatísticas, especialmente em uma freqüência pré-decidida para o Gateway
Assim os MCs x´, y´ e z´ no Cluster C1 medem a potência recebida no canal 9 e informam a mesma ao MR de seu cluster
Cada MR de um Cluster usa a proposta de solução de detecção para identificar as frequências das estações primárias
COMNET – Arquitetura e Operação do Sistema
Características:
As informações sobre as frequências primárias no Cluster são incluídas nos pacotes que são repassadas para a Gateway pelo MRs, atualizando assim um banco de dados centralizado no Gateway
Esta base de dados também contém o número de nós ativos em um Cluster
cluster_id, primary frequencies detected, number of nodes
COMNET – Arquitetura e Operação do Sistema
Características:
O Gateway faz a difusão dos dados das estações primárias para todos os Clusters da rede, isto é: C1, C2 e C3
Cada MR pode então calcular um valor aproximado de medida de interferência introduzida por seu próprio Cluster, bem como em outros
COMNET – Sensoreamento do Spectro
Detecção de canal com base em amostras no domínio do tempo:
Uso do backoff para sensoriar o canal
COMNET – Sensoreamento do Spectro
Limitação do backoff no sensoreamento do canal
COMNET – Sensoreamento do Spectro
Estimativa de ocupação do canal pela potência do sinal recebido não pode garantir resultados precisos
COMNET – Sensoreamento do Spectro
Abordagem Centralizada para sensoriamento no domínio do tempo MC sintoniza um único canal primário pré-decidido e sente
a potência recebida durante todo o período disponível Esta é essencialmente uma sobreposição da potência
recebida, devido a vários transmissores Estes transmissores podem estar em diferentes canais
COMNET – Sensoreamento do Spectro
Abordagem Centralizada para sensoriamento no domínio do tempo Uma pequena proporção da potência de transmissão vaza
para para o canal em que a medição é feita Assim, esta fuga de potência é em função da distância
entre os canais usados para transmissão e medição
Canal para a medição é fixado
Fuga de potência para cada transmissão é isolada de um agregado de potência recebida
COMNET – Sensoreamento do Spectro
A potência individual de uma canal pode ser estimada
Abordagem Decentralizada – O custo de computação é dividido igualmente entre todos os M MCs
Esta abordagem é análoga a uma implementação distribuída da técnica clássica da eliminação de Gauss, que é usada para resolver equações lineares
COMNET – Sensoreamento do Spectro
Abordagem Decentralizada – eliminação de Gauss
COMNET – Modelo de Interferência Analítico
O modelo analítico calcula o total de potência recebida numa determinada localização, entre WLANs próximas
Permite a formulação de um canal descentralizado
COMNET – Algoritmo de Comutação de Canal e Banda
O problema de otimização é resolvido em cada MR
Assume-se que a extensão da região em que os rádios operam é conhecida
COMNET – Algoritmo de Comutação de Canal e Banda
Interferência total das estações de transmissões primárias e dos Clusters recentemente comutados devem estar dentro de limites admissíveis para cada um das frequências primárias
Conjunto de restrições balanceia a carga na rede nas duas bandas
Avaliação de Desempenho
Efeito do aumento da potência de ruído
Avaliação de Desempenho
Efeito da Medição em Conjunto
Avaliação de Desempenho
Abordagem Centralizada e Decentralizada
Trabalhos Relacionados
Técnicas de Sensoriamento
Detecção não Cooperativa – Não compartilhada com outros usuários secundários
Detecção Cooperativa – as informações de sensoriamento obtidas pelos usuários secundários são compartilhadas entre si
Conclusão
A solução proposta neste trabalho visa a integração da soluçao rádio cognitivo com as redes mesh
O método proposto de detecção de espectro permite a identificação de frequências primárias sem transceptores adicionais e sem mudança significativa no padrão 802.11b
Embora o modelo de deteção de espectro tenha sido desenvolvido para as redes mesh, pode-se usar o mesmo para para outros tipos de redes ad-hoc
Conclusão
Outras técnicas de otimização do canal, tais como: modulação adaptativa, controle da taxa, de controle de energia, entre outros, podem facilmente ser incorporados na abordagem COMNET
Funcionalidade cognitivas podem ser utilizadas na abordagem Cross layer
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