DOI QR코드

DOI QR Code

A Cooperative Spectrum Sensing and Dynamic Spectrum Decision Methods for Heterogeneous Cognitive Radio Network

이종 인지 라디오 네트워크에서 협력 스펙트럼 센싱 및 동적 스펙트럼 결정 방법

  • 김남선 (대진대학교 통신공학과)
  • Received : 2011.12.27
  • Accepted : 2012.07.03
  • Published : 2012.07.31

Abstract

Spectrum sensing and spectrum decision are the main functions that cognitive radios (CRs) have to perform in order to get the best available spectrum band for the establishment of a wireless communication. These problems are worsened in the presence of users with different demands and spectrum channels with different properties in a heterogeneous network. The primary objective in this work is to design and simulate a new spectrum decision algorithm for heterogeneous cognitive radio system. To this end, first, we consider all cognitive users are separated into different traffic classes according to their Quality of Service (QoS). The cognitive users within one traffic class perform spectrum sensing in centralized group-based cooperative spectrum sensing system and the users of different traffic classes share the sensing results. Second, we propose a novel use of the Analytic Hierarchy Process (AHP) to optimally select available bands according to user requirements and detected spectrum channel characteristics (SCC). In this paper, utility function is used as spectrum decision algorithm. Simulation results demonstrate that the proposed method shows can effectively select the best available spectrum channels with a low complexity.

인지 라디오가 무선통신을 효과적으로 수행하기 위해서, 가장 좋은 주파수 대역을 얻기 위해 수행해야 할 중요한 기능은 스펙트럼을 검출하고 결정하는 것이다. 이러한 것들은 서로 다른 요구조건을 갖는 사용자들이나 서로 다른 특성들을 갖는 채널들이 존재하는 이종 네트워크에서 더욱 나빠진다. 본 연구의 주요한 목적은 이종 인지 무선 네트워크에서 새로운 스펙트럼 결정 알고리즘을 설계하고 분석한다. 이것을 위해, 우선 인지 사용자들을 그들이 요구하는 서비스 품질(QoS)에 따라 서로 다른 트래픽 클래스들로 분류한다. 중앙 집중형 제어 형태로 동작하는 그룹단위의 협력 스펙트럼 검출은 하나의 트래픽 클래스내의 사용자들에 의해서 검출과정이 수행되며, 이 센싱 결과들은 나머지 트래픽 사용자들과 공유하는 형태이다. 다음은 사용자 요구조건들과 검출된 스펙트럼 채널 특성들에 따라 최적의 사용 가능한 대역을 선택하기 위해 계층 분석법(AHP)을 사용한다. 또한 스펙트럼 결정 알고리즘으로 효용함수를 사용한다. 시뮬레이션 분석 결과로서, 제안된 시스템은 가장 좋은 이용 가능한 스펙트럼 채널들을 효율적으로 선택할 수 있음을 보여주며, 시스템 구성의 복잡성을 감소시켜 줄 수 있음을 보여준다.

Keywords

References

  1. I. F. Akyildiz et al.,"NeXt Generation/Dynamic Spectrum Access/ CognitiveRadio Wireless Networks : A Survey,"Comp. Networks J., pp. 2127-59, Sept. 2006.
  2. Q. Zhao, B.M. Sadler,"A Survey of Dynamic Spectrum Access: Signal Processing, Networking, and Regulatory Policy,"IEEE Signal Processing Magazine, pp. 79 - 89, May 2007.
  3. C. Guo, T. Peng, S. Xu, H. Wang, and W. Wang,"Cooperative Spectrum Sensing with Cluster-based Architecture in Cognitive Radio Networks," Proc. of the IEEE VTC, pp. 1-5, April 2009.
  4. W. Y. Lee and I. F. Akyildiz, "A Spectrum Decision Framework for Cognitive Radio Networks," IEEE Transactions on Mobile Computing, vol. 10, no. 2, pp. 161-174, February 2011. https://doi.org/10.1109/TMC.2010.147
  5. E. Navarro and V. Wong,"Comparison between Vertical Handoff Decision Algorithms for Heterogeneous Wireless Networks,"Proc. VTC 06-Spring, pp. 947 -951, 2006.
  6. C. Doerr, D.C. Sicker, and D. Grunwald, "Experiences Implementing Cognitive Radio Control Algorithms", Proc. GLOBECOM, pp. 4045-4050, 2007
  7. Ian F. Akyildiz, Won-Yeol Lee, Kaushik R. Chowdhury,"CRAHNs: Cognitive radio ad hoc networks", Ad Hoc Networks, Vol. 7, No. 5., pp. 810-836. July 2009. https://doi.org/10.1016/j.adhoc.2009.01.001
  8. L. Marin and L. Giupponi, "Performance evaluation of spectrum decision schemes for a cognitive ad-hoc network," Proc. IEEE PIMRC, pp. 1-5, 2008.
  9. E. Rodriguez-Colina et al.,"Multiple Attribute Dynamic Spectrum Decision Making for Cognitive Radio Networks, "Proc. WOCN, pp. 1-5, May 2011.
  10. M. Kaplan and F. Buzluca,"A dynamic spectrum decision scheme for heter ogeneous cognitive radio networks. "Pro ceedings of ISCIS, pp. 697-702, 2009.
  11. H. Wang, G. Noh, D. Kim, S. Kim, and D. Hong, "Advanced Sensing Techniques of Energy Detection in Cognitive Radios, journal of communications and networks," Journal of Communications and Networks, vol. 12, no. 1. pp.19-29, February 2010. https://doi.org/10.1109/JCN.2010.6388431
  12. W. Song and W. Zhuang,"Resource allocation for conversational, streaming, and interactive services in cellular/WLAN interworking,"Proc. IEEE Global Tele communications Conference, pp. 4785 -4789, Nov. 2007.
  13. X.. W. Zhou and A. C. K. Soong, "Probability-based resource allocation with diverse QoS support in cognitive radio networks," Proc. IEEE 2009 Global Tele communications Conference, Honolulu, Hawaii, November 2009.
  14. R.V. Ramirez and V.M. Ramos R, "A vertical handoff decision algorithm which considers the uncertainty during the decision making process," WOCN2009, pp. 1-6. April, 2009.
  15. Saaty, T.L., Multicriteria Decision Making: The Analytic Hierarchy Process, RWS Publications, Pittsburgh, PA. 1990.
  16. S. Dhar, R. Bera and A. Ray,"Design and Simulation of Vertical Handover Algorithm for Vehicular Communication", International J. of Engineering Science and Technology, vol 2, No. 10, October 2010.