Bilişsel radyo ağlarında spektrum el değiştirme yöntemlerinin modellenmesi ve analizi
Modeling and analysis of spectrum handoff methods in cognitive radio networks
Yazar: MUHAMMED ENES BAYRAKDAR
Danışman: YRD. DOÇ. DR. ALİ ÇALHAN
Düzce Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control
Dizin: Kablosuz ağlar = Wireless networks ; İletişim ağları = Communication networks

Özet:
Bilişsel radyo tabanlı ağlarda, lisanslı (birincil) kullanıcıların ikincil kullanıcıların yol açabileceği herhangi bir girişim (interference) riski altında olmamaları gerekmektedir. Birincil kullanıcılara girişimde bulunulmaması, bilişsel radyo sistemi tarafından mutlaka sağlanması gereken bir koşuldur. Spektrumda bir ikincil kullanıcı iletişim yaparken, kanal birincil kullanıcı tarafından kullanılacaksa ilgili spektrumun boşaltılması gerekmektedir. İkincil kullanıcının spektrum kanalını boşaltmak amacıyla iletişimini kesmesi ya da başka bir spektruma geçiş yaparak iletişimini sürdürmesi gerekmektedir. İkincil kullanıcının spektrum kanalını boşaltmak için bir spektrumdan başka bir spektruma geçiş yaparak iletişimini sürdürmesi spektrum el değiştirme olarak ifade edilmektedir. El değiştirme işlemi için kullanılan çeşitli teknik ve yöntemler bulunmaktadır. Bu teknik ve yöntemler yardımı ile ikincil kullanıcıların iletişimleri kesilmeden başka spektrumlara geçiş yapmaları sağlanmaktadır. El değiştirme işleminde, dikkat edilmesi gereken bir durum da kuyruk yapısındaki öncelik sınıflarıdır. Öncelik sınıfları, bilişsel radyo kullanıcıları arasında iletişim sırasını belirlemektedir. Başka bir ifadeyle, önceliği en yüksek olan kullanıcı ilk sırada iletişim yapma hakkına sahiptir. Öncelik sınıfları ile ilgili olarak göz önünde bulundurulması gereken diğer bir konu da engelli (preemptive) ya da engelsiz (non-preemptive) öncelik tekniği kullanılmasıdır. Engelli öncelik tekniğinde, spektrumdaki düşük öncelikli iletişim kesilerek yüksek öncelikli iletişime başlanmaktadır. Engelsiz öncelik tekniğinde ise, spektrumdaki düşük öncelikli iletişimin bitmesi beklenmekte ve iletişim tamamlandıktan sonra yüksek öncelikli iletişime başlanmaktadır. El değiştirme işleminde öncelik sınıfları, güncel ve önü açık bir çalışma konusu olduğundan dolayı tez konusu olarak seçilmiştir. Yaptığımız tez çalışmasında, ikincil kullanıcıların öncelik sınıfları göz önüne alınarak el değiştirme işleminin gerçekleştirilmesi sağlanmıştır ve birden fazla parametreli karar verme süreçlerinde yapay zeka tekniklerinden yararlanılmıştır. Geliştirilen kanal birleştirme ve öncelik tabanlı spektrum el değiştirme yöntemi sayesinde, ağın toplam iş çıkarma oranı artırılarak el değiştirme sayısı ve kümülatif el değiştirme gecikmesi en aza indirilmiştir.

Abstract:
In cognitive radio networks, a licensed (primary) user must not be exposed of any interference by unlicensed users. Not damaging licensed users is a situation that cognitive radio must certainly provide. While an unlicensed user makes transmission in a frequency channel, the channel must be emptied if it is going to be used by a licensed user. The unlicensed user is required either to stop transmission or to continue transmission on another channel in order to free up the frequency channel. Channel changing of unlicensed users for emptying the frequency channel of licensed users is known as spectrum handoff. Various methods and techniques for performing spectrum handoff are available. By means of these methods and techniques, transmissions of unlicensed users can be transferred to another channel without interruption. In spectrum handoff process, a situation that should be taken into consideration is the priority classes. Priority classes determine the order of transmission among users. In other words, a user which has the highest priority has the right to transmit first. Another case that should be known about priority classes is utilizing either preemptive or non-preemptive priority techniques. In preemptive priority, high priority transmission is started by interrupting low priority transmission in the spectrum. In non-preemptive priority, a low priority transmission is waited to be finished, and high priority transmission is started after completion of low priority transmission. Priority classes in spectrum handoff process are chosen as thesis topic because it is an up to date and open workspace area. In this thesis, the design of the spectrum handoff process with priority classes for secondary users is provided, and in multi parameter decision making processes artificial intelligence techniques are utilized. With the help of designed channel bonding and priority based spectrum handoff method, the total number of handoff and the cumulative handoff delay are minimized while the total network throughput is increased.