Optimal Medium Access Protocols for Cognitive Radio Networks

This paper focuses on the design of medium access control protocols for cognitive radio networks. The scenario in which a single cognitive user wishes to opportunistically exploit the availability of empty frequency bands within parts of the radio spectrum having multiple bands is first considered. In this scenario, the availability probability of each channel is unknown a priori to the cognitive user. Hence efficient medium access strategies must strike a balance between exploring (learning) the availability probability of the channels and exploiting the knowledge of the availability probability identified thus far. For this scenario, an optimal medium access strategy is derived and its underlying recursive structure is illustrated via examples. To avoid the prohibitive computational complexity of this optimal strategy, a low complexity asymptotically optimal strategy is developed. Next, the multi-cognitive user scenario is considered and low complexity medium access protocols, which strike an optimal balance between exploration and exploitation in such competitive environments, are developed.Comment: To appear in the Proceedings of the 6th International Symposium on Modeling and Optimization in Mobile, Ad Hoc and Wireless Networks (WiOpt08), Berlin, Germany, March 31-April 4, 200

Βέλτιστη ανάθεση πόρων σε ασύρματα πολυκυτταρικά δίκτυα με κατανεμημένους αλγόριθμους

Το αντικείμενο της παρούσης εργασίας επικεντρώνεται στην ανάπτυξη αλγορίθμων εξέτασης και πρόσβασης στο ασύρματο μέσο για δίκτυα Cognitive Radios, μίας νέας τεχνολογίας, η οποία προσπαθεί να μετριάσει το αυξανόμενο πρόβλημα του κορεσμού του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Στο πρώτο κεφάλαιο της εργασίας αναπτύσσονται βασικές έννοιες και τεχνολογίες σχετικές με τα Cognitive Radios καθώς και η επικρατούσα αρχιτεκτονική τους, ενώ στο δεύτερο μία βιβλιογραφική επισκόπηση των κυριότερων εργασιών που έχουν δημοσιευθεί, καθώς και τα κυριότερα ερευνητικά προβλήματα που έχουν προκύψει. Στο τρίτο κεφάλαιο προτείνεται μία ομάδα ευριστικών αλγορίθμων άμεσης ανταμοιβής που εξετάζει τις ευκαιρίες μετάδοσης ενός Cognitive Radio χρήστη, παραβλέποντας το πρόβλημα του συγχρονισμού πομπού - δέκτη, τόσο για την περίπτωση που τα στατιστικά χαρακτηριστικά των προς εξέταση και πρόσβαση καναλιών είναι γνωστά, όσο και για την περίπτωση άγνωστου ηλεκτρομαγνητικού περιβάλλοντος. Για το ίδιο πρόβλημα, στο τέταρτο κεφάλαιο αναπτύσσεται μία ομάδα ευριστικών αλγορίθμων αποτίμησης της ποιότητας των καναλιών, οι οποίοι καθιστούν ένα Cognitive Radio σύστημα ικανό να αποφασίζει εάν θα μεταδώσει μέσω του καναλιού που εξετάζει ή εάν θα περιμένει, έχοντας την εκτίμηση ότι σε σύντομο χρονικό διάστημα θα του δοθεί καλύτερη ευκαιρία μετάδοσης από την παρούσα. Μέσω προσομοιοδσεων διερευνείται η συμπεριφορά και η απόδοση των αλγορίθμων ευκαιριακής χρήσης του φάσματος, που προτείνονται στα προαναφερθέντα κεφάλαια