Kavramsal ağ temelli yerel alan ağı alt yapısı tasarım modeli
Cognitive network based local area network infrastructure design model
Yazar: AYŞE KALE
Danışman: YRD. DOÇ. DR. BÜLENT GÜRSEL EMİROĞLU
Kırıkkale Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Bilgisayar Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control ; Bilim ve Teknoloji = Science and Technology ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Ağ benzetimi = Network simulation ; Ağ tasarımı = Network design ; Bilişsel teknoloji = Cognitive technology

Özet:
Kablosuz cihazlar spektrum bantlarını kullanarak bilgi alışverişi yaparlar. Spektrum, her ülkede hükümetin belirlediği kuruluşlar tarafından paylaştırılmaktadır. Bu durum,   teknolojinin ilerlemesi ve kablosuz cihazların kullanım alanlarının hızla artması sonucunda spektrum kıtlığına neden olmaya başlamıştır. Kavramsal radyo teknolojisi, spektrumun dinamik olarak sezinlenmesi ile birincil kullanıcıların iletişimine engel olmadan boş frekans bantlarını algılayabilen ve ikincil kullanıcıların bu şekilde iletişimini sağlamayı amaçlayan bir teknolojidir.

Bu tez çalışmasında, kavramsal radyo teknolojisi ayrıntılarıyla incelenmiştir. Literatürde bu konu ile ilgili yapılan birçok çalışma incelenmiş ve sınıflandırılmıştır. Kavramsal radyolarda dinamik spektrum yönetiminin en çok tartışılan ve araştırılan konularının başında spektrum sezme yöntemleri, spektrum paylaşma yöntemleri, bilişselliği sağlama yöntemleri ve spektrum el değiştirme yöntemleri gelmektedir. Bu tez çalışmasında, tüm bu yöntemler için, literatürde önerilen birçok yöntem ayrıntılarıyla anlatılmıştır.

Bu tez çalışması kapsamında, lisanslı kullanıcıların kullanmadığı spektrum boşluklarından yararlanarak, ikincil kullanıcıların iletişim yapabildiği bir ağ tasarlanmıştır. Ağ simülasyonu gerçekleştirilirken, OMNET++ (Objective Modular Network Testbed in C++) simülasyon programından yararlanılmıştır. Program üzerinde 3 adet birincil kullanıcı ve 15 adet ikincil kullanıcıdan oluşan bir senaryo geliştirilmiş ve senaryonun tasarımında farklı çalışmalardan yararlanılmıştır. Spektrum sezmede kullanılan akıllı algoritmalardan biri olan uyarlanabilir ayrık parçacık sürü optimizasyon algoritmasının kullanıldığı bir çalışma, OMNET++ üzerinde derlenip, kaynak olarak kullanılmıştır. 

Bilgisayar ağlarında yönlendirme ve tıkanıklık denetimi ağın performansını da etkilemektedir. Paketlerin bekleme sürelerinin artması, paket kayıplarının yaşanması, ağın yavaşlaması, tıkandığının göstergesi olabilir. Bu durum ağa fazladan yük yüklenmesi demektir. Bu sorun için yönlendirme algoritmalarının ağa uygun olması gerekir. Tasarlanan ağda, yönlendirme protokolü olarak, kavramsal ağlar için geliştirilmiş olan CAODV (Cognitive Ad-Hoc On Demand Distance Vector) protokolü kullanılmıştır. Bu protokolün çalışma prensipleri de tez kapsamında açıklanmıştır.

Geliştirilen kavramsal radyo ağ tasarımında, birincil kullanıcılar sabit pozisyonda, ikincil kullanıcılar ise hareketli durumdadır. Her bir düğümün iletim aralığı 120 metre ile sınırlıdır ve IEEE 802.11b standardı, standart olarak belirlenmiştir. Çalışma sonucunda ağın performansı ile ilgili bazı sonuç grafikleri elde edilmiştir. Bu sonuç grafikleri, paket dağıtım oranı, verim, uçtan uca gecikme, hop sayısı ve işletim yükü grafikleri olarak verilmiş ve açıklanmıştır. 

Sonuç olarak, ayrıntılı olarak araştırılan ve tez kapsamında açıklanan kavramsal radyo teknolojisi, bir simülasyon üzerinde uygulanarak çalıştırılması sağlanmış ve etkinliği sonuçlar ile birlikte sunulmuştur.

Abstract:
The wireless devices communicate with each other using spectrum bands. The spectrum is shared by the governments of each country. The progress of the technology and the rapid increase in the usage areas of wireless devices have begun to cause spectrum scarcity. Cognitive radio technology, with the dynamic sensing of the spectrum, is a technology which is able to detect free frequency bands without interfering to the communication of primary users and aims to provide communication for secondary users in this way. 

In this thesis study, cognitive radio technology was studied in detail. Many studies in the literature about this subject have been reviewed and classified. 
At the beginning of the most discussed and researched topics of dynamic spectrum management in cognitive  radios are spectrum sensing methods, spectrum sharing methods, cognition providing methods and spectrum hand off methods. In this thesis study, many methods about all these topics are suggested in the literature are explained in detail.

Within the scope of this thesis, a network designed. In this network, secondary users can communicate benefiting from the spectrum gaps that the licensed users do not use.  OMNET++ simulation program is used for network simulation. In the program, a scenario was developed which contain 3 primary users and 15 secondary users and different works were used in the design of the scenarios.

A study which use adaptive discrete particle swarm optimization algorithm, one of the intelligent algorithms, used for spectral censoring, was compiled on OMNET ++ and used as a source.

Routing and congestion control in computer networks also affects network performance. Increased waiting times for packets, packet losses, slow network may be a sign of deadlock. This means extra load on the network. For this problem, the routing algorithms must be suitable for network. In the designed network, CAODV protocol which developed for cognitive networks is used as the routing protocol. The working principles of this protocol are also explained in the thesis.

In the cognitive radio network design, the primary users are in fixed position and the secondary users are random way point and mobile. The transmission range of each node is limited to 120 meters and the IEEE 802.11b standard is specified as the standard. As a result of the study, some result graphs related to network performance were obtained. These result graphs are given and explained as packet delivery ratio, throughput, end-to-end delay, hop count, and overhead.

As a result, the cognitive radio technology which has been investigated in detail and explained in the thesis has been applied on a simulation and provided with its operation results.