[論文レビュー] Proactive SRV spectrum handoff protocol based on GCS scheme in cognitive radio adhoc network

Morteza Mehrnoush, Vahid Tabataba Vakili|arXiv (Cornell University)|Nov 21, 2016

Cognitive Radio Networks and Spectrum Sensing参考文献 16被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、認知無線アドホックネットワークにおけるグリーディチャネル選択（GCS）方式とシングルリデューズ（SRV）協調方式を組み合わせた、能動的スペクトラムハンドオフプロトコルを提案する。共通制御チャネルに依存せずに分散的・能動的なチャネル切り替えを可能にすることで、衝突を低減し、ネットワークスループットとサービス時間を向上させ、シミュレーションにおいてより高い平均スループットと低い平均サービス時間を達成し、既存の手法を上回る性能を発揮する。

ABSTRACT

Cognitive radio technology allows the secondary users to utilize the spectrum, when it is not occupied by the primary users. Whenever a primary user wants to utilize a channel which is occupied by a secondary user, the secondary user should perform a proactive spectrum handoff to another channel and vacate the selected channel before the primary user utilizes it. This scheme avoids collision between the primary users and secondary users; moreover, increases the throughput of the primary and secondary users. In this paper, a novel proactive spectrum hand protocol based on the Greedy Channel Selection (GCS) is proposed which avoids collision between secondary users, as well as, collision between primary and secondary users. In the proposed scheme, proactive spectrum handoff is based on the SRV (Single Rendezvous) coordination scheme; therefore, the secondary users perform proactive spectrum handoff without using the common control channel. Moreover, the channel selection is distributed which leads to the higher throughput, and lower average service time. The proposed proactive spectrum handoff protocol is compared with the other proactive spectrum handoff protocols. Simulation results illustrate that the proposed protocol outperforms the other protocols regarding higher average throughput and lower average service time.

研究の動機と目的

• 認知無線アドホックネットワークにおけるプライマリユーザーとセカンダリユーザー間のスペクトラムハンドオフ衝突の課題に対処すること。
• スペクトラムハンドオフ時の協調に共通制御チャネルに依存しないようにすること。
• 能動的かつ分散的なチャネル選択により、ネットワークスループットを向上させ、平均サービス時間を短縮すること。
• ハンドオフに起因する中断を最小限に抑え、プライマリおよびセカンダリユーザーのQoSを維持すること。
• 動的でインfrastrctureのない環境に適したスケーラブルで分散型のスペクトラム管理プロトコルを開発すること。

提案手法

• プロトコルは、セカンダリユーザーがチャネル品質と利用可能性に基づいて、最適な利用可能なスペクトラムバンドを能動的に選択できるようにするグリーディチャネル選択（GCS）アルゴリズムを使用する。
• セカンダリユーザーが共有制御チャネルに依存せずにハンドオフ意思決定を同期できるように、シングルリデューズ（SRV）協調方式を統合する。
• チャネル選択は分散的であり、各セカンダリユーザーが局所的なセンシングとチャネル状態情報に基づいて独立して意思決定を行う。
• スペクトラムの占有予測に基づき、プライマリユーザーの活動が検出される前に、事前にハンドオフをトリガーする。
• 高いプライマリユーザー活動を示すチャネルを回避し、低競合性で高いデータレートの可能性を有するチャネルを優先することで、干渉を最小限に抑える。
• センシングと意思決定は局所的に行われ、シグナリングのオーバーヘッドを低減し、アドホック環境におけるスケーラビリティを向上させる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 共通制御チャネルに依存せずに、分散的に能動的スペクトラムハンドオフをどのように実現できるか？
• RQ2 GCSに基づくチャネル選択は、認知無線アドホックネットワークにおけるハンドオフ関連の衝突をどの程度低減できるか？
• RQ3 SRV協調方式は、ハンドオフ遅延とシステムスループットにどのような影響を与えるか？
• RQ4 本プロトコルは、スループットとサービス時間の観点から、既存の能動的ハンドオフプロトコルと比較してどの程度優れているか？
• RQ5 GCSとSRVの統合は、プライマリユーザーに対する干渉を低く保ちながら、スペクトラム利用効率を向上させることができるか？

主な発見

• シミュレーション結果により、本プロトコルは、既存の能動的ハンドオフプロトコルと比較して、より高い平均スループットを達成していることが示された。
• 制御チャネルに依存しない高速で能動的なチャネル切り替えにより、平均サービス時間が著しく短縮された。
• 事前のスペクトラム移行により、プライマリユーザーとセカンダリユーザー間の衝突を効果的に回避した。
• チャネル選択の分散的性質により、動的で変化しやすいアドホック環境におけるスケーラビリティが向上し、シグナリングのオーバーヘッドが低減した。
• GCSの使用により、高品質で低干渉性のチャネルが優先され、効率的なチャネル利用が実現した。
• シミュレーション結果は、SRV-GCSプロトコルがスループットと遅延の両指標において、他の手法を上回ることを確認した。