Abstarct
Cognitive Radio (CR) is an emerging technology used to significantly improve the efficiency of spectrum utilization. Although some spectrum bands in the primary user’s licensed spectrum are intensively used, most of the spectrum bands remain underutilized. The introduction of open spectrum and dynamic spectrum access lets the secondary (unlicensed) users, supported by cognitive radios; opportunistically utilize the unused spectrum bands. However, if a primary user returns to a band occupied by a secondary user, the occupied spectrum band is vacated immediately by handing off the secondary user’s call to another idle spectrum band. Multiple spectrum handoffs can severely degrade quality of service (QoS) for the interrupted users. To avoid multiple handoffs, when a licensed primary user appears at the engaged licensed band utilized by a secondary user, an effective spectrum handoff procedure should be initiated to maintain a required level of QoS for secondary users. In other words, it enables the channel clearing while searching for target vacant channel(s) for completing unfinished transmission. This paper proposes prioritized proactive spectrum handoff decision schemes to reduce the handoff delay and the total service time. The proposed schemes have been modeled using a preemptive resume priority (PRP) M/G/1 queue to give a high priority to interrupted users to resume their transmission ahead of any other uninterrupted secondary user. The performance of proposed handoff schemes has been evaluated and compared against the existing spectrum handoff schemes. Experimental results show that the schemes developed here outperform the existing schemes in terms of average handoff delay and total service time under various traffic arrival rates as well as service rates
چکیده
رادیو شناختی (CR ) تکنولوژی است که به صورت قابل توجهی به منظور افزایش عملکرد و کارایی بهینه سازی طیفی مورد استفاده می گیرد . علی رغم آنکه کانال های ارتباطی توسط کاربران پایه که دارای اولویت استفاده از این کانال ها هستند به شدت مورد استفاده قرار می گیرد اما همچنان گروههای کانل های ارتباطی زیادی برای بهره برداری و استفاده کاربران دیگر که دارای اولویت پایین تری هستند باقی می ماند . تعریف و دسترسی طیف پویا و طیف باز به کاربران ثاونیه ( بدون مجوز و اولویت کمتر ) اجازه می دهد تا از طریق رادیو های شناختی تحت پوشش قرار گیرند و فرصت استفاده از کانال های ارتباطی استفاده شده را بیابند . به هر حال اگر یک کاربر اولیه به باندی رجوع کند که توسط یک کاربر ثانویه در حال استفاده باشد باند طیفی استفاده شده از طریق دست به دست کردن یا انتقال کاربر ثانویه به باندی طیفی که در حالت بیکاری به سر می برد از کاربر ثانویه پس گرفته شده و اولویت سرویس دهی در اختیار کاربر اولیه قرار داده می شود . انتقال و دست به دست کردن های چندگانه کانال های ارتباطی می تواند به شدت برای کاربرانی که عملیات های آنها با وقفه روبرو شده است منجر به تنزل کیفیت خدمات (QoS ) شود . به منظور اجتناب از انتقالات و دست به دست کردن های چندگانه ، در هنگان بازگشت کاربر اولیه و استفاده از کانال ارتباطی که توسط کاربر ثاونیه در حال استفاده است نیاز به یک زیر روال موثر انتقال طیف است تا بتواند QoS را برای این کاربران حفظ کند .به عبارت دیگر این زیر روال باید بتواند در هنگام جستجوی کانال های خالی که به منظور تکمیل انتقالات ناتمام استفاده می شوند قادر به محیا سازی و پیدا کردن کانال های بیکار باشد .
این مقاله به منظور کاهش تاخیر انتقال و زمان سرویس دهی کل ، یک الگوی تصمیم گیری مبادله طیف فعال و اولویت بندی شده را پیشنهاد داده است . الگوی پیشنهادی با استفاده از یک صف اولویت از سرگرفتن انحصاری (PRP ) M/G/1 مدل سازی شده است تا بتواند به کاربرانی که با بروز وقفه روبرو شده اند و عملیات های خود را تکمیل نکرده اند ، اولویت بالاتری را اختصاص داده و آنها را در ابتدای کلیه کاربران ثانویه بدون وقفه قرار دهد . در این صورت کاربران وقف دار می توانند با دارا بودن اولویت بیشتری عملیات های خود را از سر گیرند .
کارایی و عملکرد الگوی پیشنهادی بررسی شده و با سایر الگوهای موجود نیز مقایسه شده است . نتایج حاصل از آزمایشات نشان می دهند که الگوی پیشنهادی در مقایسه با الگوهای موجود در واردی نظیر متوسط تاخیر دست به دست کردن و زمان سرویس دهی کل تحت شرایط ترافیکی و خدماتی مختلف عملکرد بهتری دارند .
واژگان کلیدی : شبکه رادیو شناختی ، دست به دست کردن طیف ، تصمیم گیری در مورد دست به دست کردن طیف ، زمان سرویس دهی کل ، تاخیر دست به دست کردن ، بررسی و ارزیابی کارایی ، تئوری صف بندی .
1-مقدمه
واژه رادیو شناختی (CR ) اولین بار توسط میتولا تعریف شده است و عبارت از تکنولوژی جدیدی برای بهبود عملکرد و کارای طیف فرکانس مصرفی از طریق اجازه موقت دادن به کاربران ثانویه (SU ) و استفاده از باندهای طیفی کاربران اولیه ایی است که در حال حاضر از این کانال ها استفاده نمی کنند و خالی هستند .
دست به دست کردن طیف در شبکه های رادیو شناختی نقش مهمی را ایفا می کنند چرا که در مواقعی که کاربران اولیه به طیف های خود رجوع می کنند سبب بوجود آوردن انتقالاتی ایمن و قابل اعتماد برای کاربران ثانویه می شود و به آنان کمک می کنند انتقالات ناتمام خود را در یک کانال مشترک یا در یک کانال خالی از سرگیرند . این عمل می تواند سویچینگ روان و سریعی را تضمین نماید که حاصل آن نیز به حداقل رسیدن تنزل کارایی در حین انجام تعویض و دست به دست کردن کانال ارتباطی است . در مبحث شبکه رادیو شناختی (CRN ) ، دست به دست کردن به معنای انتقال طیفی از یک کاربر با اولویت پایین ( کاربر ثانویه ) به مالک طیف ( کاربر اولیه ) است . به هر حال در شبکه های رادیو شناختی واژه طیف لزوما نشان دهنده سویچینگ طیف نیست . از این رو در CRN ها دو نوع دست به دست کردن طیفی به نام های سویچینگ دست به دست و دست به دست کردن غیر سویچینگ تعریف شده است و در تصویر 1 نیز نشان داده شده است ....