گذردهی کاربر ثانویه در حالت وجود انتقال طیف و با ملاحظات انرژی

مهندسی برق
دانلود پایان نامه کارشناسی ارشد مهندسی مخابرات گذردهی کاربر ثانویه در حالت وجود انتقال طیف و با ملاحظات انرژی چکیده امروزه با توجه به رشدبی‌رویه استفاده از تكنولوژیهای بی‌سیم، محدودیت پهنای باند قابل دسترس از مهمترین مشكلات علم مخا‌برات می‌باشد. یكی از روش‌های ارائه شده برای استفاده بهینه از پهنای باند، به كارگیری تكنیكهای دسترسی به طیف به صورت دینامیك است. در سال‌های اخیر، رادیوی هوشمند به عنوان ابزاری برای استفاده بهینه از طیف معرفی شده است. در راستای فراهم آوردن منابع رادیویی برای کاربردهای جدید بی سیم، رادیو های شناختگر به عنوان راه حلی برا‌ی غلبه بر مشکل کمبود ظاهری منابع طیفی پیشنهاد شدند[1]. این رادیوها با شناسایی محیط پیرامون از طریق حسگری و هم‌چنین سیگنالینگ، قادر به استفاده ثانویه از منابع رادیویی هستند، به این معنا که تنها زمانی می توانند ا‌‌ز طیف استفاده نمایند که کاربر دارای مجوز (کاربر اولیه) از طیف خود استفاده نکند.یکی از نکات مهم در این شبکه ها، چگونگی فرآیند دست‌به‌دست شدن فرکانسی است. این امر زمانی اتفاق می ا‌‌‌فتد که کاربر اولیه اقدام به ارسال طیف خود نماید و با توجه به ا‌ولویت پایین تر کاربران ثانویه، آن ها باید این طیف را تخلیه نموده و برای یافتن یک طیف خالی، کانال ها را جستجو نمایند. گذردهی کاربران ثانویه یکی از معیارهای کیفیت سرویسی است که می تواند چارچوب های طراحی سیستم را مشخص سازد. در این پایان نامه با در نظر گرفتن ملاحظات انرژی، گذردهی کاربر ثانویه در حالت وجود دست به دست شدن فرکانسی مورد تحقیق قرار گرفته است. پس از تشریح مزیت داشتن یک دنباله ی حسگری برای کاربر ثانویه، قرارداد حسگری ترتیبی طیف معرفی شده عملکرد آن از نظر متوسط گذردهی کاربر ثانویه و هم‌چنین انرژی مصرفی در فرآیند حسگری فرمول‌بندی می‌گردد. سپس با توجه به روابط به دست آمده، یک مسئله ی بهینه‌سازی در جهت حداکثر نمودن گذردهی کاربر ثانویه فرمول‌بندی می شود. با بررسی انرژی مصرف شده برای فرآیند حسگری برای حصول حداکثر گذردهی، نشان می‌دهیم که تنها توجه به حداکثر نمودن گذردهی بدون در نظر گرفتن میزان انرژی مصرفی شبکه باعث بالا رفتن بیش از حد انرژی مصرفی سیستم می گردد. از اینرو اصلاحات لازم (در تابع هزینه ی مسئله ی بهینه‌سازی) جهت جبران این نقیصه مورد بحث قرار می گیرد. به دلیل پیچید گی بالای روند حل تئوری مسائل بهینه‌سازی فوق، زمان حسگری که پارامتر آزاد این مسئله است، از طریق جستجوی جامع بهینه می شود. سپس برای غلبه بر مشکلاتی از قبیل در دسترس نبودن اطلاعات کانال، فرضیات غیر عملی، پیچیدگی محاسباتی، عدم توانایی استفاده از این الگوریتم ها برای کاربردهای زمان‌ ـ حقیقی و غیره، روشی بر مبنای ترکیب دو نوع شبکه ی عصبی مصنوعی پیشنهاد می گردد. شبکه‌های عصبی مصنوعی به عنوان ابزاری قدرتمند و شناخته شده برای مدلسازی و کنترل فرآیند‌های مختلف به شمار می‌آیند. به عنوان تقریب زننده‌های‌کلی ، شبکه‌های عصبی مصنوعی یک روند ساخت یافته برای مدلسازی فرآیند‌های صنعتی در اختیار ما قرار می‌دهند، مخصوصاً در مورد فرآیند‌هایی که به کارگیری روش‌های تحلیلی برای درک جزئیات آنها دشوار است. دو شبکه عصبی که در این پایان‌نامه استفاده کرده‌ایم یکی شبکه عصبی از نوع MFF [2]، وظیفه ی مدل سازی سیستم و فراهم نمودن اطلاعات لازم برای شبکه دوم را دارد و شبکه دیگر که یک شبکه ی عصبیKC [3] است. بر اساس مدل ارائه شده توسط شبکه ی عصبیMFF، اقدام به یافتن مقدار بهینه زمان حسگری می نماید تا از این طریق گذردهی شبکه ی رادیو‌شناختی حداکثر شود. کلمات کلیدی: رادیوی شناختگر شبکه های رادیو شناختی بیشینه گذردهی شبکه ثانویه دست به‌دست شدن فرکانسی فهرست مطالب فصل اول: مقدمه 1-1- معرفی رادیوهای شناختگر 2 فصل دوم: مبانی تئوری 2-1- مقدمه 6 2-2- شبکه‌های عصبی 9 2-2-1-شبکه‌ عصبی MFF 9 2-2-2- تحلیل حساسیت 10 2-2-3- شبکه عصبی Kennedy-Chua 11 2-2-4- ایده مشارکت شبکه‌های عصبی MFF و KC 12 2-3- لزوم وجود مشارکت در شبکه ثانویه 12 2-4- قراردادهای تصمیم‌گیری 16 2-4-1- قانون ترکیبی “OR” 16 2-4-2- قانون ترکیبی AND 17 2-4-3- قانون “k تا از Ns تا” 17 2-4-4- مقایسه قانونهای تصمیمگیری و فرضیات فصل 17 2-5- نتیجه‌گیری و خلاصه فصل 18 فصل سوم: زمان بهینه حسگری 3-2- مروری بر کارهای گذشته 20 3-3- مدل سیستم 23 3-3-1- شبکه اولیه 23 3-3-2- شبکه ثانویه 24 3-3-3- آشکارسازی فرصت‌های طیفی 25 3-4- طرح ترتیبی تحویل طیف 27 3-4-1- ساختار 27 3-4-2- متوسط زمان سنجش طیف 29 3-4-3- متوسط تعداد HO های مورد نیاز جهت یافتن یک طیف خالی 29 3-5- حداکثرگذردهی نرمالیزه قابل حصول 31 3-6- بررسی مسئله بهینه‌سازی گذردهی كاربر ثانویه 35 3-6-1- پیچیدگی‌ها و محدودیت‌ها 35 3-6-2- تحلیل مسئله بهینه‌سازی مورد نظر 36 3-6-3- یادگیری و بهینه‌سازی با شبکه‌های عصبی 37 3-7- تطبیق بین لایه‌ای هوشمند 41 3-7-1- ساختار و نحوه عملکرد سیستم پیشنهادی 41 3-7-2- پیچیدگی پیاده‌سازی 44 3-8- تاثیر مشارکت در کاهش انرژی مصرفی و افزایش گذردهی 46 3-8-1- فرضیات 46 3-8-2- مسئله افزایش گذردهی با در نظر گرفته انرژی مصرفی 47 3-9- نتایج شبیه‌سازی 48 3-9-1- چگونگی شبیه‌سازی 48 3-9-2- عملکرد روش ترتیبیHO 49 3-9-3- عملکرد طرح حسگری بهینه مبتنی بر یادگیری 58 3-9-4- تاثیر مشارکت بر عملکرد سیستم 60 3-10- نتیجه‌گیری و خلاصه فصل 64 فصل چهارم: نتیجهگیری و پیشنهادات 4-2- پیشنهادات 67 دست ‌به ‌دست شدن فرکانسی (انتقال طیف) Spectrum handover شبکه رادیو شناختی Cognitive radio network حسگری ترتیبی Sequentially sensing حسگری طیف Spectrum sensing زمان حسگری Sensing time تحرک طیفی Spectrum mobility دنباله حسگری Sensing sequence