Κατανεμημένο Πρωτόκολλο Ελέγχου Πρόσβασης Στο Μέσο Σε Περιβάλλον Δυναμικής Εκχώρησης Φάσματος Για Συστήματα Cognitive Radio

Abstract

Στόχος της διπλωματικής εργασίας ήταν η ανάπτυξη ενός Κατανεμημένου Πρωτοκόλλου Ελέγχου Πρόσβασης στο Μέσο, το οποίο να μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε περιβάλλον Δυναμικής Εκχώρησης Φάσματος από συστήματα Cognitive Radio. Οι παραδοσιακές στατικές στρατηγικές καταμερισμού του φάσματος έχουν δημιουργήσει προβλήματα έλλειψης διαθέσιμου φάσματος. Ταυτόχρονα, πρόσφατες μετρήσεις δείχνουν ότι μεγάλα τμήματα του φάσματος που έχουν εκχωρηθεί με άδεια σε συγκεκριμένα συστήματα υπο-χρησιμοποιούνται. Είναι επομένως αναγκαίο να υιοθετηθούν νέες πολιτικές διαχείρισης του φάσματος, οι οποίες θα επιτρέπουν σε μη αδειοδοτημένα δίκτυα να κάνουν χρήση τμημάτων του αδειοδοτημένου φάσματος. Τα Cognitive Radios είναι ευφυή συστήματα τα οποία έχουν γνώση του περιβάλλοντός τους και μπορούν να προσαρμόζουν κατάλληλα τις παραμέτρους λειτουργίας τους σε αυτό. Τα συστήματα αυτά μπορούν να ανιχνεύουν περιοδικά το φάσμα, να εντοπίζουν τις ζώνες συχνοτήτων οι οποίες δε χρησιμοποιούνται από τους αδειοδοτημένους χρήστες τους και να τις αξιοποιούν. Στα πλαίσια της τεχνικής της Δεξαμενής Φάσματος, όλοι οι φασματικοί πόροι συγκεντρώνονται σε μία κοινή δεξαμενή. Τα Cognitive Radios μπορούν να δεσμεύουν δυναμικά τους πόρους εκείνους της δεξαμενής που δε χρησιμοποιούνται από τους αδειοδοτημένους χρήστες. Στη διπλωματική αυτή σχεδιάστηκε ένα Πρωτόκολλο Ελέγχου Πρόσβασης στο Μέσο το οποίο μπορεί να ανταποκριθεί στις απαιτήσεις ενός Περιβάλλοντος Δεξαμενής Φάσματος που στηρίζεται στην τεχνική μετάδοσης OFDM. Ως βάση για το πρωτόκολλο αυτό χρησιμοποιήθηκε η DCF λειτουργία του MAC πρωτοκόλλου του προτύπου ΙΕΕΕ 802.11. Αυτή συμπληρώθηκε με μία σειρά από κανόνες που ρυθμίζουν ζητήματα τα οποία ανακύπτουν σε ένα περιβάλλον Δεξαμενής Φάσματος. Το υλοποιηθέν πρωτόκολλο έχει την ικανότητα να διακόπτει τη λειτουργία του τη στιγμή της έναρξης της διαδικασίας ανίχνευσης του φάσματος και να την επανεκκινεί αμέσως μετά το πέρας της ανίχνευσης. Επιπροσθέτως, δεν επιτρέπει την πραγματοποίηση μεταδόσεων κατά τη διάρκεια των ανιχνεύσεων και αναβάλει την εκκίνησης μιας μετάδοσης η οποία δεν προλαβαίνει να ολοκληρωθεί πριν την έναρξη μιας επερχόμενης ανίχνευσης. Επιπλέον, το πρωτόκολλο αντιμετωπίζει την πρόκληση της συνεχούς μεταβολής του διαθέσιμου ρυθμού μετάδοσης και προσαρμόζεται κατάλληλα σε οριακές συνθήκες πολύ χαμηλής διαθεσιμότητας φάσματος. Οι σχεδιαστικές αποφάσεις που ελήφθησαν στόχευσαν στη μεγιστοποίηση του throughput του μη αδειοδοτημένου συστήματος και της δίκαιης κατανομής αυτού μεταξύ όλων των σταθμών του δικτύου. Το πρωτόκολλο μοντελοποιήθηκε στο περιβάλλον μοντελοποίησης OPNET. Στη συνέχεια, διενεργήθηκαν εκτενείς προσομοιώσεις για ποικίλες τιμές των διαφόρων παραμέτρων του συστήματος, ούτως ώστε να αξιολογηθεί η επίδοση του πρωτοκόλλου σε διάφορες συνθήκες. Τέλος, αναπτύχθηκαν και αξιολογήθηκαν τρεις παραλλαγές του πρωτοκόλλου.