Αναδιάρθρωση Αναθέσεων Πόρων Σε Δίκτυα Γνωσιακής Ραδιοεπικοινωνίας

Abstract

Το στατικό μοντέλο διαχείρισης του ραδιοφάσματος αδυνατεί να ικανοποιήσει τη συνεχώς αυξανόμενη ζήτηση πρόσβασης στον εν λόγω πόρο, αποτελώντας ουσιαστικά τροχοπέδη στην ανάπτυξη περαιτέρω καινοτόμων ασύρματων υπηρεσιών. Ως καταλληλότερη τεχνολογία για την αποκατάσταση της αποδοτικότητας στον τρόπο εκμετάλλευσης του ραδιοφάσματος θεωρείται σήμερα η Γνωσιακή Ραδιοεπικοινωνία. Η εν λόγω τεχνολογία παρέχει στις ασύρματες συσκευές την ευελιξία να εκμεταλλεύονται ευκαιριακά μη-χρησιμοποιούμενες μερίδες του ραδιοφάσματος, προδιαγράφοντας τρείς θεμελιώδεις διαδικασίες, ήτοι την "Παρακολούθηση Φάσματος", τον "Μερισμό Φάσματος" και την "Κινητικότητα Φάσματος". Η παρούσα διδακτορική διατριβή εντάσσεται στο ευρύτερο ερευνητικό πεδίο της Γνωσιακής Ραδιοεπικοινωνίας και πραγματεύεται ανοιχτά θέματα τα οποία άπτονται και των τριών ανωτέρω διαδικασιών. Συγκεκριμένα, στην παρούσα διατριβή προσεγγίζεται το δημοφιλές πρόβλημα της Συνδυασμένης Εκχώρησης Καναλιών και Δρομολόγησης (διαδικασία "Μερισμού Φάσματος") υπό το πρίσμα των Δικτύων Γνωσιακής Ραδιοεπικοινωνίας και, βάσει αυτού, προτείνεται ένας μηχανισμός ελαχιστοποίησης της επιβάρυνσης η οποία προκαλείται στα εν λόγω δίκτυα κατά τη συχνότερη αναδιάρθρωση των αναθέσεων πόρων τους (διαδικασία "Κινητικότητας Φάσματος"). Τόσο το ανωτέρω πρόβλημα μερισμού φάσματος, όσο και ο μηχανισμός αποδοτικής αναδιάρθρωσης αναθέσεων πόρων μοντελοποιούνται, αρχικά, ως προβλήματα βελτιστοποίησης, ενώ στη συνέχεια αναζητούνται κατάλληλες ευρετικές μέθοδοι με σκοπό την πλησιοβέλτιστη επίλυση των εν λόγω προβλημάτων και, κατ’ επέκταση, την αποκατάσταση της δυνατότητας εφαρμογής τους σε πρακτικά Δίκτυα Γνωσιακής Ραδιοεπικοινωνίας. Ειδικότερα, για τον προδιαγραφόμενο μηχανισμό βέλτιστης αναδιάρθρωσης αναθέσεων πόρων, προτείνεται μια εξαιρετικά αποδοτική, εξειδικευμένη στο συγκεκριμένο πρόβλημα ευρετική μέθοδος. Στα πλαίσια της παρούσας διατριβής πραγματοποιείται, επίσης, μια Επισκόπηση Κατάληψης Φάσματος στη μητροπολιτική περιοχή των Αθηνών, ώστε να αξιολογηθεί η δυνατότητα του πραγματικού περιβάλλοντος ραδιοσυχνοτήτων να υποστηρίξει την εφαρμογή της τεχνολογίας της Γνωσιακής Ραδιοεπικοινωνίας στην πράξη και, κατ’ επέκταση, να ενδυναμωθεί η πρακτικότητα της πραγματοποιούμενης έρευνας. Κατόπιν ενδελεχούς εξέτασης των συλλεγμένων δεδομένων μετρήσεων, τέλος, αναδεικνύεται η ύπαρξη συσχετίσεων στη μετρούμενη ενέργεια γειτονικών καναλιών και, εν συνεχεία, προτείνεται μια μεθοδολογία η οποία εκμεταλλεύεται την εν λόγω ιδιότητα, επιτρέποντας στις ασύρματες συσκευές να αυξάνουν την ενημερότητά τους επί του εξ ορισμού άγνωστου περιβάλλοντος ραδιοσυχνοτήτων τους επεξεργαζόμενες αποκλειστικά όσα δεδομένα συλλέγουν κατά την τυπικά εφαρμοζόμενη διαδικασία της "Παρακολούθησης Φάσματος". Η αποκτώμενη ενημερότητα, μάλιστα, δύναται να δράσει υποστηρικτικά επί του συνόλου των διαδικασιών τις οποίες ορίζει η τεχνολογία της Γνωσιακής Ραδιοεπικοινωνίας και - σε συνδυασμό με τον προτεινόμενο μηχανισμό βέλτιστης αναδιάρθρωσης αναθέσεων πόρων - να βελτιώσει σημαντικά την αποδοτικότητα των αντίστοιχων δικτύων.