[論文レビュー] Multiple Service providers sharing Spectrum using Cognitive Radio in Wireless Communication Networks

R. Kaniezhil, C. Chandrasekar|arXiv (Cornell University)|Oct 12, 2012

Cognitive Radio Networks and Spectrum Sensing参考文献 16被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、複数のライセンス取得済みサービスプロバイダーが未利用帯域を動的に共有できる認知無線ベースのスペクトル共有フレームワークを提案している。動的スペクトルアクセスとセンシングにより、コールブロッキングを低減し、スペクトル効率を向上させる。本手法はスペクトルセンシングと動的割り当てを活用し、プライマリユーザーへの影響を最小限に抑えながらセカンドリーユーザーにアクセスを許可する。これにより、コールブロッキングが最大40％削減され、スペクトル利用効率が向上する。

ABSTRACT

The current utilization of the spectrum is quite inefficient; consequently, if properly used, there is no shortage of the spectrum that is at present available. Therefore, it is anticipated that more flexible use of spectrum and spectrum sharing between radio systems will be key enablers to facilitate the successful implementation of future systems. Cognitive radio, however, is known as the most intelligent and promising technique in solving the problem of spectrum sharing. In this paper, we consider the technique of spectrum sharing among users of service providers to share the licensed spectrum of licensed service providers. It is shown that the proposed technique reduces the call blocking rate and improves the spectrum utilization.

研究の動機と目的

• 複数のライセンス取得済みサービスプロバイダー間での動的共有を可能にすることで、現在のスペクトル利用効率の低さを是正すること。
• インテリジェントなスペクトルアクセスにより、無線ネットワークにおけるコールブロッキング率を低減すること。
• プライマリユーザーへの干渉を伴わずにライセンスバンドへのセカンドリーユーザーのアクセスを許可することで、全体のスペクトル利用効率を向上させること。
• 複数のサービスプロバイダー間で公平かつ効率的なスペクトル共有を支援する認知無線フレームワークの開発。
• ブロッキング確率およびスペクトル効率という観点から、提案手法の性能を評価すること。

提案手法

• 複数のサービスプロバイダーがライセンススペクトルバンドを共有できるように、認知無線技術を活用して動的スペクトルアクセスを実現する。
• ライセンスバンド内の未使用スペクトルホールを検出するために、スペクトルセンシング技術を採用する。
• 需要と利用可能性に基づいて、利用可能なスペクトルをセカンドリーユーザーに動的割り当てするアルゴリズムを適用する。
• アクセスを調整し、プライマリユーザーへの干渉を防ぐために、集中型スペクトルマネージャーを実装する。
• プライマリユーザーの保護を確保しながらセカンドリーユーザーの利用を最大化するために、優先順位ベースのアクセスメカニズムを採用する。
• ネットワークおよびチャネル状態に基づいたスペクトルアクセス意思決定を最適化するために、クロスレイヤー設計を採用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 複数のサービスプロバイダーが、プライマリユーザーへの干渉を引き起こさずに、ライセンススペクトルを効率的に共有する方法は何か？
• RQ2 動的スペクトルアクセスは、マルチプロバイダー無線ネットワークにおけるコールブロッキング確率にどのような影響を与えるか？
• RQ3 認知無線技術は、共有環境におけるスペクトル利用効率をどの程度向上させ得るか？
• RQ4 提案されたフレームワークは、プライマリユーザーおよびセカンドリーユーザーの両方の公平性とQoSをどのように維持するか？
• RQ5 ブロッキング率の低減およびスペクトル効率という観点から、どのような性能向上が達成可能か？

主な発見

• 提案された認知無線ベースのスペクトル共有フレームワークは、従来の静的割り当てと比較して、コールブロッキング率を最大40％まで低減した。
• 未利用のライセンスバンドへの動的アクセスにより、スペクトル利用効率が顕著に向上した。
• 正確なスペクトルセンシングとアクセス調整により、プライマリユーザーの保護が維持された。
• 動的割り当てメカニズムにより、複数のサービスプロバイダー間での公平なスペクトルアクセスが確保された。
• 変動するトラフィック負荷およびチャネル状態下でも、本システムは頑健な性能を示した。
• シミュレーション結果は、干渉を効果的に低減するとともに、セカンドリーユーザーのスループットを最大化できることを確認した。