Πρόβλεψη Και Αξιοποίηση Ασύρματων Διαύλων

Abstract

Σκοπός της διατριβής είναι η μελέτη και ανάπτυξη μηχανισμών για τη πρόβλεψη και βέλτιστη διαχείριση ασυρμάτων διαύλων. Η ραγδαία αύξηση των χρηστών, των ασυρμάτων υπηρεσιών αλλά και των απαιτήσεών τους σε εύρος ζώνης, έχει καταστήσει αναγκαία τη βέλτιστη διαχείριση του ραδιοφάσματος. Προς τούτο έχουν προταθεί τα γνωστικά δίκτυα επικοινωνιών, τα οποία, μέσω ετερογενών αρχιτεκτονικών και εξελιγμένων τεχνικών πρόσβασης στο φάσμα, ανοίγουν νέες προοπτικές για την αξιοποίησή του. Τα γνωστικά δίκτυα επικοινωνιών προσφέρουν τη δυνατότητα σε δευτερεύοντες χρήστες να έχουν τη δυνατότητα πρόσβασης είτε σε μη αδειοδοτημένες ζώνες συχνοτήτων είτε σε ζώνες συχνοτήτων που έχουν αποδοθεί σε πρωτεύουσα βάση σε άλλους (πρωτεύοντες) χρήστες.Η διδακτορική διατριβή χωρίζεται σε τρία μέρη. Το πρώτο μέρος εστιάζει στην εισαγωγή των βασικών εννοιών που πραγματεύεται η διατριβή και των εργαλείων που χρησιμοποιούνται για την επίλυση των προβλημάτων πρόβλεψης και διαχείρισης ασυρμάτων διαύλων. Αρχικά, πραγματοποιείται ανασκόπηση των γνωστικών επικοινωνιών και εισάγονται οι βασικές έννοιες στην περιοχή της διαχείρισης του φάσματος που αποτελούν ανοικτά ερευνητικά ζητήματα. Στη συνέχεια, περιγράφονται οι διαφοροι τρόποι πρόσβασης στο φάσμα. Στη περίπτωση της ευκαιριακής πρόσβασης στο φάσμα παρουσιάζονται οι εναλλακτικές μεθόδοι πρόβλεψης της κίνησης των πρωτευόντων χρηστών από τους δευτερεύοντες χρήστες. Κατόπιν, εισάγεται η έννοια της αγοράς φάσματος, τα είδη αγοραπωλησίας φάσματος, οι στόχοι βελτιστοποίησης στο πλαίσιο μιας αγοράς φάσματος καθώς και οι διάφορες μορφές αγορών φάσματος. Ακολουθεί σύντομη αναφορά στα δίκτυα 5ης γενεάς και στη χρήση των γνωστικών δικτύων επικοινωνιών σε αυτά. Τέλος, περιγράφονται τα βασικά μαθηματικά εργαλεία που θα χρησιμοποιηθούν στη διατριβή για την αντιμετώπιση των προβλημάτων πρόβλεψης και διαχείρισης ασυρμάτων διαύλων. Στο δεύτερο μέρος της διατριβής αντιμετωπίζεται το γενικό πρόβλημα της πρόβλεψης ασυρμάτων διαύλων. Οι δευτερεύοντες χρήστες πραγματοποιούν ανίχνευση των καναλιών μέχρι να εντοπιστεί το πρώτο διαθέσιμο κανάλι. Στο πλαίσιο αυτό, ο προσδιορισμός της σειράς ανίχνευσης των καναλιών είναι καθοριστικός για τη βέλτιστη αξιοποίηση των φασματικών ευκαιριών. Το πρόβλημα προσεγγίζεται με χρήση ενισχυτικής μάθησης που βασίζεται σε πληροφορία που λαμβάνεται κατά τη διάρκεια της λειτουργίας των δευτερευόντων χρηστών και αποσκοπεί στην ορθή ταξινόμηση των καναλιών με βάση (ι) την πιθανότητα να είναι ελεύθερα και (ιι) τη μέση χρονική διάρκεια κατά την οποία είναι ελεύθερα. Η απόδοση των προτεινομένων αλγορίθμων, που είναι πλήρως κατανεμημένοι βασιζόμενοι αποκλειστικά σε πληροφορία που συλλέγεται ατομικά από τους δευτερεύοντες χρήστες, εξετάζεται τόσο σε στατικά όσο και σε δυναμικά περιβάλλοντα. Η βέλτιστη διαχείριση ασυρμάτων διαύλων μέσω της αγοράς φάσματος αντιμετωπίζετα στο τρίτο μέρος της διατριβής. Μετά την εισαγωγή της έννοιας της υβριδικής πρόσβασης στο φάσμα, εξετάζονται εναλλακτικά μοντέλα συστήματος καθώς και διάφορα είδη διαχειριστών φάσματος. Αρχικά, το θέμα της αγοράς φάσματος προσεγγίζεται μέσω της θεωρίας συμβολαίων και προσδιορίζεται ο βέλτιστος σχεδιασμός συμβολαίων εύρους ζώνης-τιμής φάσματος, υπό πλήρη και μη πλήρη πληροφορία ως προς τα χαρακτηριστικά των δευτερευόντων χρηστών. Το πρόβλημα της αγοράς φάσματος σε περιβάλλον όπου υπάρχουν διαφορετικοί διαχειριστές φάσματος με ομοιογενείς δευτερεύοντες χρήστες προσεγγίζεται μέσω της θεωρίας παιγνίων. Διατυπώνεται ένα παίγνιο επιλογής τρόπου πρόσβασης στο φάσμα από τους δευτερεύοντες χρήστες που συνοδεύεται/αξιοποιείται από ένα παίγνιο τιμολόγησης από τους διαχειριστές φάσματος και εξετάζεται η ισορροπία που επιτυγχάνεται.