[논문 리뷰] Proactive SRV spectrum handoff protocol based on GCS scheme in cognitive radio adhoc network

Morteza Mehrnoush, Vahid Tabataba Vakili|arXiv (Cornell University)|2016. 11. 21.

Cognitive Radio Networks and Spectrum Sensing참고 문헌 16인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 인프라 없는 환경에서 동적으로 변화하는 스펙트럼을 효율적으로 관리하기 위해 그레디 채널 선택(Greedy Channel Selection, GCS) 기반의 프로액티브 스펙트럼 핸드오프 프로토콜을 제안한다. 단일 레디우스(Single Rendezvous, SRV) 협업 메커니즘과 결합된 GCS 기반의 분산형 프로액티브 채널 전환을 통해 공통 제어 채널이 없이도 충돌을 줄이고 네트워크 스루풋과 서비스 시간을 향상시킨다. 시뮬레이션 결과 기존의 방법들보다 더 높은 평균 스루풋과 더 낮은 평균 서비스 시간을 확보하여 성능 면에서 뛰어난 성능을 보였다.

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.

연구 동기 및 목표

• 인지 무선 애드혹 네트워크에서 주요 사용자와 보조 사용자 간의 스펙트럼 핸드오프 충돌 문제를 해결하기 위해.
• 스펙트럼 핸드오프 과정에서 공통 제어 채널에 의존하지 않도록 하기 위해.
• 프로액티브이고 분산된 채널 선택을 통해 네트워크 스루풋을 향상시키고 평균 서비스 시간을 단축하기 위해.
• 핸드오프 관련 중단을 최소화하고 주요 사용자와 보조 사용자 모두의 QoS를 유지하기 위해.
• 동적이고 인프라가 없는 환경에 적합한 확장 가능한 분산 스펙트럼 관리 프로토콜을 개발하기 위해.

제안 방법

• 프로토콜은 주요 사용자 활동이 감지되기 이전에 예측된 스펙트럼 점유도를 바탕으로 프로액티브하게 핸드오프를 트리거함으로써, 보조 사용자가 채널 품질과 가용성을 기반으로 최적의 가용 스펙트럼 대역을 사전에 선택할 수 있도록 그레디 채널 선택(GCS) 알고리즘을 사용한다.
• 공유된 제어 채널에 의존하지 않고도 보조 사용자들이 핸드오프 결정을 동기화할 수 있도록 단일 레디우스(SRV) 협업 기법을 통합한다.
• 채널 선택은 분산 방식으로, 각 보조 사용자가 국지적인 감지 및 채널 상태 정보에 기반해 독립적으로 결정한다.
• 주요 사용자 활동이 감지되기 이전에 예측된 스펙트럼 점유도를 바탕으로 프로액티브하게 핸드오프를 트리거한다.
• 높은 주요 사용자 활동이 있는 채널을 피하고, 낮은 경쟁도와 높은 데이터 전송률 잠재력을 가진 채널을 우선순위로 정하여 간섭을 최소화한다.
• 감지 및 의사결정 과정은 국지적으로 수행되어 신호 전송 오버헤드를 줄이고 애드혹 환경에서의 확장성을 향상시킨다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 공통 제어 채널이 없이도 분산 방식으로 프로액티브 스펙트럼 핸드오프를 어떻게 달성할 수 있는가?
• RQ2 GCS 기반의 채널 선택은 인지 무선 애드혹 네트워크에서 핸드오프 관련 충돌을 어느 정도 줄이는가?
• RQ3 SRV 협업 기법은 핸드오프 지연과 시스템 스루풋에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 기존의 프로액티브 핸드오프 프로토콜과 비교했을 때, 제안된 프로토콜은 스루풋과 서비스 시간 측면에서 성능 면에서 어떤가?
• RQ5 GCS와 SRV의 통합은 주요 사용자에 대한 간섭을 낮추면서도 스펙트럼 이용률을 향상시킬 수 있는가?

주요 결과

• 시뮬레이션 결과, 제안된 프로토콜은 기존의 프로액티브 핸드오프 프로토콜보다 더 높은 평균 스루풋을 확보하였다.
• 제어 채널 의존도가 없고 프로액티브한 채널 전환이 이루어지므로 평균 서비스 시간이 크게 단축되었다.
• 사전 스펙트럼 이동을 통해 주요 사용자와 보조 사용자 간의 충돌을 효과적으로 방지하였다.
• 채널 선택의 분산성 덕분에 동적 애드혹 환경에서의 확장성 향상과 신호 전송 오버헤드 감소를 달성하였다.
• GCS의 사용으로 높은 품질의 낮은 간섭 채널을 우선순위로 정하여 효율적인 채널 이용률이 확보되었다.
• 시뮬레이션 결과, SRV-GCS 프로토콜이 스루풋과 지연 지표 모두에서 다른 기법들보다 뛰어난 성능을 보였다.