[논문 리뷰] Comparing Spectrum Utilization using Fuzzy Logic System for Heterogeneous Wireless Networks via Cognitive Radio

R. Kaniezhil, C. Chandrasekar|arXiv (Cornell University)|2012. 10. 12.

Cognitive Radio Networks and Spectrum Sensing참고 문헌 14인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 이질적 무선 네트워크에서 동적 스펙트럼 접근을 위한 퍼지 논리 기반 인지 무선 시스템을 제안하며, 스펙트럼 이용 효율성, 이동성, 주요 사용자로부터의 거리를 입력으로 사용하여 스펙트럼 할당을 최적화한다. 시뮬레이션 결과는 퍼지 논리 기반 접근 방식이 전통적인 스펙트럼 이용 방법보다 효율성과 적응성 면에서 뛰어나다는 것을 보여준다.

ABSTRACT

At present, lots of works focus on spectrum allocation of wireless networks. In this paper, we proposed a Cognitive based spectrum access by opportunistically approach of Heterogeneous Wireless networks based on Fuzzy Logic system. The Cognitive Radio is a technology where a network or a wireless system changes its environment parameters to communicate efficiently by avoiding the interference with the users. By applying FLS (Fuzzy Logic System), the available spectrum utilization is effectively utilized with the help of the three antecedents namely Spectrum utilization efficiency, Degree of mobility, Distance from primary user to the secondary users. The proposed work is compared with normal Spectrum Utilization method. Finally, Simulation results of the proposed work Fuzzy Logic System shows more efficient than the normal Spectrum utilization method.

연구 동기 및 목표

• 이질적 무선 네트워크에서 스펙트럼 부족 문제를 지능적인 스펙트럼 접근을 통해 해결하기 위해.
• 네트워크 조건에 동적으로 적응함으로써 스펙트럼 이용 효율성을 향상시키기 위해.
• 주요 사용자에 대한 간섭을 줄이면서 보조 사용자 대역폭을 최대화하기 위해.
• 기존 스펙트럼 할당 방법과 대비하여 퍼지 논리 시스템의 성능을 평가하기 위해.

제안 방법

• 스펙트럼 이용 효율성, 이동성 수준, 주요 사용자로부터의 거리의 세 가지 입력 변수를 갖는 퍼지 논리 시스템(Fuzzy Logic System, FLS)을 설계하였다.
• 규칙 기반 추론을 사용하여 입력 조건을 보조 사용자에 대한 최적의 스펙트럼 접근 결정로 매핑한다.
• 각 입력 변수에 대해 퍼지 집합과 소속 함수를 정의하여 네트워크 파rameter의 불확실성을 모델링한다.
• 실시간 네트워크 상태와 사용자 이동성에 따라 가용 스펙트럼 대역을 동적으로 선택한다.
• 출력은 효율성과 간섭 방지를 균형 잡는 스펙트럼 접근 결정이다.
• 성능 평가를 위해 기존 스펙트럼 이용 방법과 대비하여 FLS 기반 접근 방식을 시뮬레이션을 통해 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 퍼지 논리 기반 인지 무선 시스템은 이질적 무선 네트워크에서 스펙트럼 이용을 어떻게 향상시키는가?
• RQ2 이동성과 주요 사용자에 대한 근접도는 스펙트럼 접근 결정에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 퍼지 논리 시스템은 기존 스펙트럼 할당 방법보다 어느 정도 뛰어나게 성능을 발휘하는가?
• RQ4 FLS는 보조 사용자 대역폭을 최대화하면서 간섭을 최소화하는 데 얼마나 효과적인가?

주요 결과

• 퍼지 논리 시스템은 기존 방법에 비해 스펙트럼 이용 효율성을 크게 향상시킨다.
• 거리와 이동성 요소를 고려함으로써 주요 사용자에 대한 간섭을 효과적으로 줄인다.
• 시뮬레이션 결과는 동적 네트워크 환경에서 더 높은 대역폭과 더 나은 적응성을 보여준다.
• FLS 기반 접근 방식은 다양한 이동성 및 스펙트럼 가용성 조건에서도 뛰어난 성능을 유지한다.