Stochastic models for cognitive radio networks

During the last decade we have seen an explosive development of wireless technologies. Consequently the demand for electromagnetic spectrum has been growing dramatically resulting in the spectrum scarcity problem. In spite of this, spectrum utilization measurements have shown that licensed bands are vastly underutilized while unlicensed bands are too crowded. In this context, Cognitive Radio emerges as an auspicious paradigm in order to solve those problems. Even more, this concept is envisaged as one of the main components of future wireless technologies, such as the fifth-generation of mobile networks. In this regard, this thesis is founded on cognitive radio networks. We start considering a paid spectrum sharing approach where secondary users (SUs) pay to primary ones for the spectrum utilization. In particular, the first part of the thesis bears on the design and analysis of an optimal SU admission control policy, i.e. that maximizes the long-run profit of the primary service provider. We model the optimal revenue problem as a Markov Decision Process and we use dynamic programming (and other techniques such as sample-path analysis) to characterize properties of the optimal admission control policy. We introduce different changes to one of the best known dynamic programming algorithms incorporating the knowledge of the characterization. In particular, those proposals accelerate the rate of convergence of the algorithm when is applied in the considered context. We complement the analysis of the paid spectrum sharing approach using fluid approximations. That is to say, we obtain a description of the asymptotic behavior of the Markov process as the solution of an ordinary differential equation system. By means of the fluid approximation of the problem, we propose a methodology to estimate the optimal admission control boundary of the maximization profit problem mentioned before. In addition, we use the deterministic model in order to propose some tools and criteria that can be used to improve the mean spectrum utilization with the commitment of providing to secondary users certain quality of service levels. In wireless networks, a cognitive user can take advantage of either the time, the frequency, or the space. In the first part of the thesis we have been concentrated on timefrequency holes, in the second part we address the complete problem incorporating the space variable. In particular, we first introduce a probabilistic model based on a stochastic geometry approach. We focus our study in two of the main performance metrics: medium access probability and coverage probability. Finally, in the last part of the thesis we propose a novel methodology based on configuration models for random graphs. With our proposal, we show that it is possible to calculate an analytic approximation of the medium access probability (both for PUs and, most importantly, SUs) in an arbitrary large heterogeneous random network. This performance metric gives an idea of the possibilities offered by cognitive radio to improve the spectrum utilization. The introduced robust method, as well as all the results of the thesis, are evaluated by several simulations for different network topologies, including real scenarios of primary network deployments. Keywords: Markov decision process, fluid limit, stochastic geometry, random graphs,dynamic spectrum assignment, cognitive radi

Satellite and aircraft communications through SDR as an introduction to Telecommunications and Electrical Engineering.

This article describes our teaching experience and lessons learned using Software Defined Radio (SDR) for introducing freshmen to Telecommunications and Electrical Engineering programs. During the course we give a hands-on introduction on SDR, Python programming language, and some basic concepts in communications. With these tools, the students address challenging projects on wireless communications. One of the main objectives is to motivate freshmen students on Telecommunications and Electrical Engineering programs. In this paper we explain the methodology used and some of the projects that have been developed during the last two years

An open source multi-slice cell capacity framework

Número especial con los mejores papers de 2021.5G is the new 3GPP technology designed to solve a wide range of requirements. On the one hand, it must be able to support high bit rates and ultra-low latency services, and on the other hand, it should be able to connect a massive amount of devices with loose bandwidth and delay requirements. Network Slicing is a key paradigm in 5G, and future 6G networks will inherit it for the concurrent provisioning of diverse quality of service. As scheduling is always a delicate vendor topic and there are few free and complete simulation tools to support all 5G features, in this paper, we present Py5cheSim. This is a flexible and open-source simulator based on Python and specially oriented to simulate cell capacity in 3GPP 5G networks and beyond. To the best of our knowledge, Py5cheSim is the first simulator that supports Network Slicing at the Radio Access Network level. It offers an environment that allows the development of new scheduling algorithms in a researcher-friendly way without the need of detailed knowledge of the core of the tool. The present work describes its design and implementation choices, the validation process, the results and different use cases.Proyecto: FVF-2021-128– DICYT. Fondo Carlos Vaz Ferreira, Convocatoria 2021, Dirección Nacional de Innovación, Ciencia y Tecnología, Ministerio de Educación y Cultura, UruguayProyecto: FMV_1_2019_1_155700 "Inteligencia Artificial aplicada a redes 5G", Agencia Nacional de Investigación e Innovación, Urugua

Alternativas tecnológicas para Internet de las cosas

En este trabajo se analizan tres tecnologías actualmente utilizadas para Internet de las Cosas (IoT): NB-IoT, LoRa y IEEE 802.15-4. Particularmente se analiza cómo estas tecnologías cumplen con los requisitos para el tráfico de IoT, teniendo en cuenta tres criterios: cobertura, capacidad de dispositivos, confiabilidad, retardo y consumo energético; características clave a la hora de evaluar una solución para este tipo de tráfico. Se comparan capacidades y se muestran compromisos entre los distintos parámetros a analizar, concluyendo sobre la aplicabilidad de las mismas de acuerdo a los requerimientos de las aplicaciones de IoT. Para aquellas que requieran alta confiabilidad y buena cobertura sin requerimientos fuertes en tasa de datos y retardo, NB-IoT resulta ser la mejor opción para un operador que tiene infraestructura LTE ya desplegada

QoS provision in a dynamic channel allocation based on admission control decisions

El PDF se corresponde a la versión de los autores, no obstante los datos de la cita son los de la versión definitiva, tal cual figuran en la página web de la revista.PostprintCognitive Radio Networks have emerged in the last decades as a solution of two problems: spectrum underutilization and spectrum scarcity. In this work, we propose a dynamic spectrum sharing mechanism, where primary users have strict priority over secondary ones in order to improve the mean spectrum utilization with the objective of providing to secondary users a satisfactory grade of service with a small interruption probability. We study a stochastic model for Cognitive Radio Networks with fluid limits techniques. Our main findings consist in a Gaussian limit theorem in the sub-critical case, and a non-Gaussian limit theorem, under a different scaling scheme, in the critical case. These results provide us practical QoS criteria for sharing policies. We support our analysis with representative simulated examples in both scenarios

Encouraging girls involvement in Information and Communication Technologies (ICT) careers in Uruguay

The gender gap in the fields of science, technology, engineering, and mathematics (STEM) is regrettably universal and generally unacceptably broad. This phenomenon refers to women's underrepresentation in those fields, with the most significant disparities occurring in the critical fields of Electrical Engineering and Computer Science (EECS) and Information and Communication Technologies (ICT). The so-called pipeline problem contributes to this persisting gender gap, where women turn away from math and science at a young age due to negative stereotypes that cause them to believe they do not belong in STEM. All over the world, universities and organizations carry on initiatives to close this gap, showing varying degrees of success. Many of these programs focus on K-12 and high school girls, seeking to expose them to STEM-related activities to encourage girls' enrollment in STEM careers. Involving female teachers, and applying the role model approach, these programs offer in campus presentations, talks, or short courses aimed to break down stereotypes. In this article, we describe different sensibilization activities carried out at Facultad de Ingeniería (School of Engineering), Universidad de la República, Uruguay, to promote ICT careers in Uruguay. In particular, we present hands-on workshops for high school girls on robotics, electronic circuits, and geographic information systems on the occasion of the Girls in ICT Day

Promoviendo carreras de TICs en adolescentes de secundaria en Uruguay

La brecha de género entre la participación masculina y femenina en Ciencia, Tecnología, Ingeniería y Matemáticas (en inglés STEM por Science, Technology, Engineering, and Mathematics) es lamentablemente universal, y en general inaceptablemente amplia. Además, esta brecha es particularmente notoria en las carreras de Ingeniería Eléctrica y de Ingeniería en Computación (Electrical Engineering & Computer Science, EECS). Distintas organizaciones internacionales y universidades de Norteamérica, Europa y Latinoamérica han diseñado programas para enfrentar este importante problema, los cuales muestran diversos grados de éxito. En muchos de estos programas se encuentra la idea la de trabajar con adolescentes mujeres a nivel de su formación secundaria, buscando acercarles conocimientos clave de las disciplinas de STEM e incentivarlas a elegir carreras del área. Entre otras actividades, estos programas proponen la realización de presentaciones, charlas, o cursos cortos en un período determinado en la propia universidad, dictados por mujeres docentes del área con enfoque de role model. En este artículo se presenta la experiencia efectuada en la Facultad de Ingeniería de la Universidad de la República, Uruguay, con motivo del Día Internacional de las Niñas en las Tecnologías de la Información y la Comunicación (TICs). En particular se dictaron talleres de robótica, circuitos y creación de mapas, para adolescentes de secundaria como forma de promover las carreras de TICs en Uruguay.Sociedad Argentina de Informática e Investigación Operativa (SADIO

Mediciones y aprendizaje estadístico aplicado a redes inalámbricas

El presente documento contiene la documentación final de la Tesis de Maestría titulada: \Mediciones y Aprendizaje Estadístico aplicado a problemas de Redes Inalámbricas". La autora del mismo, Claudina Rattaro, es estudiante de la Maestría en Ingeniería Eléctrica de la Facultad de Ingeniería - UdelaR, Plan de Estudios 2004. El trabajo se llevó a cabo en el período comprendido entre agosto 2010 y setiembre 2012 bajo la tutoría del Doctor Pablo Belzarena. Desde hace unos años, las redes inalámbricas se han convertido en la tecnología más popular para brindar acceso a Internet. Como consecuencia de su fácil despliegue y bajos costos, estas juegan un papel fundamental a la hora de suministrar conectividad en entornos rurales aislados con baja densidad de población. En estas zonas es importante llegar con servicios de telemedicina y teleeducación, imprescindibles para lograr igualdad de oportunidades. Para desplegar este tipo de aplicaciones u otros servicios interactivos y audiovisuales, se necesita una infraestructura de red que garantice ciertos niveles de calidad de servicio. Las tecnologías más populares actualmente (ej.: IEEE 802.11) no pueden garantizar estrictos requisitos de calidad de servicio, por lo tanto, resulta necesaria la investigación de mecanismos adicionales. Este trabajo propone un enfoque de \caja negra" para estudiar el desempeño de las redes inalámbricas. En particular se presenta una metodología que permite la estimación de parámetros de calidad de servicio de extremo a extremo para una conexión en una red de este tipo. La técnica propuesta está basada en una combinación de mediciones activas en la red junto con la aplicación de técnicas de aprendizaje estadístico, donde el sistema es entrenado durante ciertos períodos de tiempo mediante ujos de aplicación y el envío de ráfagas de paquetes de medida. El análisis estadístico se basa en la utilización de la herramienta Support Vector Machines. Es importante destacar que el método propuesto resulta independiente de la tecnología inalámbrica utilizada. La metodología puede ser usada para varios propósitos. En este trabajo se presentan dos posibles aplicaciones: (i) estimación del throughput obtenido por cierta conexión en una red inalámbrica, (ii) elaboración de decisiones de control de admisión con el objetivo de garantizar requerimientos mínimos de calidad de servicio de extremo a extremo según cada aplicación. Se realizaron validaciones por medio de simulaciones y también de forma experimental en redes montadas en un laboratorio. Se incluyeron pruebas en redes heterogéneas: backbone WiMax y tramo de acceso WiFi. Se obtuvieron buenos resultados en la verificación de ambos casos de uso de la metodología. Se demuestra además que la técnica no resulta invasiva a pesar de que involucra mediciones activas en la red

Geschichte des Judenthums von Mendelssohn bis auf die Gegenwart : nebst e. einl. Ueberschau d. älteren Religions- u. Kulturgeschichte

von S[igismund] Ster