Yazılım tanımlı ağ yaklaşımına dayalı kablosuz bilişsel radyo ağları
Wireless cognitive radio networks based on software-defined network approach
Yazar: SEDA CİCİOĞLU
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİ ÇALHAN
Düzce Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control
Dizin: Bilgisayar ağ protokolleri = Computer network protocols ; Bilgisayar ağları = Computer networks ; Kablosuz ağlar = Wireless networks

Özet:
Bilişsel radyo ağ teknolojisi, ikincil (lisanssız) kullanıcılara birincil (lisanslı) kullanıcıların iletişimine müdahale etmeden lisanslı spektrumlara erişim imkânı tanıyan güncel bir yaklaşımdır. Bu yaklaşım spektrum yetersizliği ve spektrumların verimsiz kullanımı gibi güncel sorunlara çözüm önermektedir. Yazılım tanımlı ağ yaklaşımı ise geleneksel ağ altyapısının sınırlılıklarını ortadan kaldırmayı amaçlayan, tümleşik olan veri ve kontrol düzlemlerinin birbirinden soyutlanmasını öneren yeni bir ağ yaklaşımıdır. Bu yaklaşım, ağ ve yönetim işlevlerinin basitleştirilmesi, politika tabanlı olması, mevcut ağ altyapısına uygulanabilir olması ve ağın otonom bir yapıya kavuşmasını sağlaması gibi birçok imkân sunmaktadır. Veri merkezleri, bulut bilişim, kablosuz algılayıcı ağ teknolojileri gibi mimari açıdan birbirinden farklı birçok alanda yazılım tanımlı ağ çalışmaları halen devam etmektedir. Bu çalışmada, kablosuz iletişimin bir formu olan bilişsel radyo ağ teknolojilerinin mevcut ağ altyapı sorunlarına çözüm bulmak amacıyla yazılım tanımlı ağ yaklaşımına dayalı yeni bir mimari önerilmiştir. Bilişsel radyo ağlarında bulunan baz istasyonlarının bazı yönetim işlevleri denetleyiciye devredilerek yarı dağıtık bir kontrol mekanizması geliştirilmiştir. Bu sayede bilişsel radyo ağlarında kaynak sanallaştırma gerçekleştirilirken, ikincil kullanıcılar için dinamik, altyapıdan bağımsız ve verimli kaynak tahsisi sağlanmaktadır. Böylece, baz istasyonları üzerindeki aşırı kontrol yükü azaltılarak ağ performansı arttırılırken, ikincil kullanıcıların baz istasyonlarına ve fiziksel ağ kaynaklarına olan bağımlılığı da azaltılmıştır. Önerdiğimiz ağ ortamının başarım analizi Riverbed Modeler benzetim yazılımı aracılığıyla gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmada ikincil kullanıcılar için farklı iş yükleri seçilerek birincil ağ için uçtan uca gecikmeler, beş adet ikincil kullanıcı olan bir ortam için birincil ağ gecikmeleri, paket kayıp oranları ve bit hata oranları incelenmiştir. Ayrıca aynı ve farklı paket boyutları için birincil ağ ve önerilen ağ mimarisi iş çıkarma oranları incelenmiş, kanal birleştirme tekniği kullanılarak ağ performansı da arttırılmıştır. Benzer ortam ve senaryolara sahip literatürdeki başka bir çalışmayla karşılaştırılmış ve iş çıkarma oranının yaklaşık %45 oranda daha yüksek çıktığı gözlemlenmiştir. Sonuç olarak, yazılım tanımlı ağ yaklaşımının bilişsel radyo ağları için uygun bir çözüm olduğu görülmüştür.

Abstract:
Cognitive radio network technology is a current approach that allows secondary (unlicensed) users to access licensed spectrum without interfering with the communication of primary (licensed) users. This approach suggests solutions to current problems such as spectrum inefficiency and ineffective use of spectrum. The software-defined network approach is a new network paradigm and it suggests that the integrated data and control planes be abstracted from each other to remove the limitations of the traditional network infrastructure. This approach offers many possibilities, such as simplification of network and management functions, policy-based, applicable to existing network infrastructure, and network to achieve autonomous structure. Many different software-defined network studies are still in progress in terms of architecture, such as data centres, cloud computing, wireless sensor network technologies. In this study, a new architecture based on a software-defined network approach was proposed to solve the existing network infrastructure problems of cognitive radio network technologies, a form of wireless communication. Some management functions of base stations in cognitive radio networks have been transferred to the controller to develop a semi-distributed control mechanism. While resource virtualization is carried out on cognitive radio networks, dynamic, infrastructure-independent, and efficient resource allocation are provided for secondary users. So, while network performance is improved by reducing the overhead of base stations, the dependence of secondary users on base stations and physical network resources is also reduced. The performance analysis of the proposed network environment was carried out through the Riverbed Modeler simulation software. In this study, end-to-end delays for the primary network, primary network delays for five secondary users, packet loss rates and bit error rates have been investigated by selecting different workloads for the secondary users. Also, for the same and different packet sizes, primary network throughput and proposed network architecture throughput were examined and network performance was improved by using channel bonding technique. When compared to another study in the literature with similar media and scenarios, it was observed that the throughput increased by about 45%. Consequently, the software-defined network approach has been found to be a suitable solution for cognitive radio networks.