Een team van onderzoekers van Yale University, Virginia Tech, Temple University en Peking University hebben onlangs een nieuwe benadering ontwikkeld om de coëxistentie van cognitieve radionetwerken (CR) via tv-witruimte (TVWS) mogelijk te maken. De term TVWS verwijst naar ongebruikte tv-kanalen tussen actieve kanalen in de VHF- en UHF-spectra. Deze ongebruikte kanalen, ook wel bekend als 'bufferkanalen, ' werden oorspronkelijk tussen actieve kanalen geplaatst om omroepinterferentie te minimaliseren.

"TVWS heeft het potentieel om aanzienlijke bandbreedte te bieden in frequenties met zeer gunstige voortplantingskenmerken (d.w.z. lange zendbereiken en superieure mogelijkheden om objecten binnen te dringen), " schreven de onderzoekers in hun paper, voorgepubliceerd op arXiv. "In de VS, Verenigd Koninkrijk en andere landen, wijzigingen in de regelgevende regels zijn aangebracht of worden gewijzigd om de TVWS open te stellen voor opportunistische operaties van niet-gelicentieerde (of secundaire) gebruikers op een niet-interferentiebasis voor gelicentieerde gebruikers (ook bekend als gevestigde of primaire gebruikers)."

In het licht van de komende regelgeving in verband met het gebruik van TVWS, belanghebbenden uit de industrie hebben geprobeerd normen te ontwikkelen die het gebruik van TVWS mogelijk zouden kunnen maken door gebruik te maken van CR-technologie. CR is een vorm van draadloze communicatie die dynamisch kan worden geprogrammeerd en geconfigureerd om lege communicatiekanalen in de buurt te detecteren en het gebruik van het beschikbare radiofrequentie (RF) spectrum te optimaliseren.

Alle nieuw ontwikkelde normen zijn gebaseerd op CR-technologie om interferentieproblemen tussen netwerken te verhelpen. Het naast elkaar bestaan ​​van secundaire draadloze netwerken in TVWS kan worden onderverdeeld in twee brede categorieën:heterogene en homogene coëxistentie. Het eerste omvat het naast elkaar bestaan ​​van netwerken die gebruikmaken van verschillende draadloze technologieën (bijv. wifi en bluetooth), terwijl de laatste het naast elkaar bestaan ​​van netwerken die dezelfde draadloze technologie gebruiken.

In aanvulling, coëxistentieregelingen kunnen zowel niet-samenwerkend als collaboratief zijn. Een niet-samenwerkingsregeling wordt toegepast wanneer er geen manier is om naast elkaar bestaande netwerken te coördineren. Een samenwerkingsplan, anderzijds, kunnen worden gebruikt in gevallen waarin naast elkaar bestaande netwerken hun activiteiten rechtstreeks kunnen coördineren. Hoewel niet-collaboratieve coëxistentieregelingen goedkoper en gemakkelijker te implementeren zijn, samenwerkingsverbanden zijn vaak veel effectiever.

"In deze krant, we presenteren een architectuur voor het mogelijk maken van coëxistentie van heterogene CR-netwerken via TVWS, genaamd Symbiotische heterogene coëxistentie ARchitecturE (SHARE), " schreven de onderzoekers in hun paper, voorgepubliceerd op arXiv.

Zoals de naam al doet vermoeden, de nieuwe benadering die door dit team van onderzoekers is bedacht, is geïnspireerd op de relaties tussen soorten die zijn waargenomen in biologische ecosystemen. In de biologie, symbiotische relaties omvatten het naast elkaar bestaan ​​van verschillende soorten die relaties vormen via indirecte coördinatie.

"Door de symbiotische relaties tussen heterogene organismen in het stabiele ecosysteem na te bootsen, SHARE zet een indirect coördinatiemechanisme op tussen heterogene CR-netwerken via een bemiddelaarsysteem, die de nadelen van directe coördinatie vermijdt, ' leggen de onderzoekers uit in hun paper.

Dankzij de door de onderzoekers ontwikkelde SHARE-architectuur kunnen twee heterogene CR-netwerken naast elkaar bestaan ​​in TVWS, via een op bemiddelaars gebaseerd indirect coördinatiemechanisme. Dit mechanisme vermijdt de nadelen die typisch geassocieerd zijn met directe coördinatiemechanismen. Geïnspireerd door modellen in theoretische ecologie, de onderzoekers bedachten twee SHARE-algoritmen waarmee elk naast elkaar bestaand CR-netwerk autonoom twee belangrijke taken voor het delen van spectrum kan voltooien.

"SHARE bevat twee algoritmen voor het delen van spectrum waarvan de ontwerpen zijn geïnspireerd op bekende modellen en theorieën uit de theoretische ecologie, namelijk, het interspecifieke concurrentiemodel en het ideale gratis distributiemodel, ', aldus de onderzoekers.

Met de twee SHARE-algoritmen die in dit onderzoek zijn ontwikkeld, kunnen individuele CR-netwerken hun spectrumaandeel dynamisch bepalen, die evenredig is met hun bandbreedtevereisten, en selecteer kanalen die de systeemconditie verbeteren. In hun analyses en simulaties, de onderzoekers ontdekten dat hun architectuur een stabiel evenwicht van naast elkaar bestaande netwerken garandeerde, het bereiken van een eerlijke toewijzing van spectrum en het maximaliseren van de systeemgeschiktheid.

© 2019 Wetenschap X Netwerk