Χωροχρονικές Τεχνικές Μοντελοποίησης Και Διαστρωματικής Σχεδίασης Δικτύων Με Εφαρμογή Σε Δίκτυα Γνωσιακής Ραδιοεπικοινωνίας

Abstract

Η λειτουργία των δικτύων επικοινωνιών - και ιδιαίτερα των ασύρματων δικτύων - επηρεάζεται συχνά από τις μεταβαλλόμενες συνθήκες του δικτυακού περιβάλλοντος, οι οποίες εισάγουν εξαρτήσεις στον τρόπο λειτουργίας τους τόσο στο πεδίο του χώρου όσο και στο πεδίο του χρόνου. Το φαινόμενο αυτό γίνεται εμφανέστερο σε σενάρια ασύρματων δικτύων νέας γενιάς που εκμεταλλεύονται σχήματα δυναμικής φασματικής πρόσβασης και στηρίζονται στην τεχνολογία των γνωσιακών ραδιοεπικοινωνιών. Για το λόγο αυτό, η παρούσα διδακτορική διατριβή επικεντρώνεται σε δίκτυα γνωσιακής ραδιοεπικοινωνίας και ερευνά τεχνικές μοντελοποίησης των εν λόγω δικτύων που λαμβάνουν εγγενώς υπόψη τις υφιστάμενες χωροχρονικές εξαρτήσεις.Μέσω μιας επισκόπησης κατάληψης φάσματος στην περιοχή των Αθηνών αποτυπώνεται η πραγματική εικόνα του φάσματος ραδιοσυχνοτήτων, αναδεικνύονται πρακτικά προβλήματα στη μεθοδολογία φασματικής ανίχνευσης και συμπεραίνεται η ύπαρξη ασυνεχειών φασματικής κατάληψης στις διαστάσεις του χώρου και του χρόνου. Για τη βελτίωση της ενημερότητας των χρηστών τεχνολογίας γνωσιακών ραδιοεπικοινωνιών περιγράφεται μια μεθοδολογία ανάλυσης των αρχικών ακατέργαστων δεδομένων που προκύπτουν από τη διαδικασία φασματικής ανίχνευσης με σκοπό την εξαγωγή πολύτιμων πληροφοριών και χρήσιμων στατιστικών ιδιοτήτων του ραδιοφάσματος. Συγκεκριμένα, εντοπίζονται και μελετώνται οι ιδιότητες συσχέτισης στη μετρούμενη ενέργεια γειτονικών καναλιών και παρουσιάζονται πρακτικά σενάρια εφαρμογής που βελτιώνουν πρακτικές μεθοδολογίες φασματικής ανίχνευσης μέσω μιας αποδοτικότερης σχέσης μεταξύ ταχύτητας και ακρίβειας ανίχνευσης.Στα πλαίσια της παρούσας διατριβής, μελετώνται προβλήματα βελτιστοποίησης που αφορούν τόσο κατανεμημένες όσο και κεντρικοποιημένες προσεγγίσεις λειτουργίας των δικτύων γνωσιακής ραδιοεπικοινωνίας. Η κατανομή φασματικών πόρων, ο έλεγχος ισχύος και οι διαδικασίες χρονοπρογραμματισμού και δρομολόγησης αποτελούν βασικά αντικείμενα έρευνας τα οποία αναλύονται εκτενώς και αντιμετωπίζονται από τεχνικές διαστρωματικής σχεδίασης που προτείνονται στην τρέχουσα εργασία. Ειδικότερα, παρουσιάζεται μια νέα μεθοδολογία μοντελοποίησης ασύρματων δικτύων βασισμένη στη θεωρία των τυχαίων πεδίων Markov και προτείνεται μια κατανεμημένη αρχιτεκτονική διαστρωματικής σχεδίασης που οδηγεί μέσω τοπικών χωρικών εξαρτήσεων σε βέλτιστες καταστάσεις του συνολικού δικτύου. Αντίστοιχα, υιοθετώντας τις πιο πρόσφατες σχετικές ρυθμιστικές κινήσεις που προδιαγράφουν ένα αρχικό κεντρικοποιημένο τρόπο λειτουργίας δικτύων γνωσιακής ραδιοεπικοινωνίας, προτείνεται ένα ολοκληρωμένο πλαίσιο διαστρωματικής σχεδίασης των εν λόγω δικτύων που βασίζεται σε κεντρικές βάσεις δεδομένων φάσματος και συνεισφέρει στη συνδυασμένη αντιμετώπιση προβλημάτων στοχεύοντας στη γενικότερη βελτιστοποιημένη λειτουργία των δικτύων γνωσιακής ραδιοεπικοινωνίας.