Kavramsal radyo sistemlerinde yapay sinir ağına dayalı kanal seçme algoritması tasarımı
Neural network based channel selection method for cognitive radio
Yazar: ESRA GÜNEY
Danışman: YRD. DOÇ. DR. FEZA BUZLUCA
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control
Dizin: Kablosuz iletişim = Wireless communication ; Yapay zeka = Artificial intelligence

Özet:
Günümüze kadar olan kablosuz iletişim teknolojileri, hükümet(Türkiye'de Telekomünikasyon Kurumu) kararı ile gerçekleşen sabit spektrum atama ilkesine dayanmaktadır. Radyo spektrumundan bölgeye ve zamana bağlı olarak ancak %15 ile %85 arasındaki oranlarda fayda sağlanabilmektedir. Sınırlı sayıda boş spektrum kanallarının kalması ve var olan lisanslı spektrum kanallarının verimsiz kullanılması kavramsal radyo (XG Next Generation Networks, Dynamic Spectrum Allocation and Cognitive Radio Networks) fikrinin doğmasına sebep olmuştur.Kavramsal radyo kavramına göre lisanssız(ikincil) kullanıcılar için spektrum kanallarından iki şekilde servis sağlanabilir.?Operatörlere lisanslanmış spektrum kanallarından lisanslı(birincil) kullanıcıları rahatsız etmeden servis sağlanır.?Lisanssız kanallardan servis sağlanır.Kavramsal radyonun fonksiyonları olan spektrum kanalı algılama(spectrum sensing), spektrum kanalları yönetme(spectrum management), spektrum kanallarını doğru ve adaletli dağıtma(spectrum scheduling), spektrum kanal geçişleri(spectrum handoff) konularında araştırmalar devam etmektedir.Herhangi bir ikincil kullanıcı lisanslı bir kanalda hizmet alırken, o kanal için birincil bir kullanıcı da istekte bulunursa, ikincil kullanıcı kanalı terk etmek ve boş olan başka bir kanala bir an önce geçiş yapmak zorundadır. Bu geçiş için tekrar boş kanal algılama ve geçiş operasyonları, zaman ve sistem kaynak kaybı anlamına gelir.Bu tez çalışmasında, ikincil kullanıcılara lisanslı kanallarda servis sağlayacak merkezi bir kavramsal radyo servis sağlayıcısı tasarlanmıştır. Bu tasarımda ikincil kullanıcıların bağlantı istekleri için, lisanslı spektruma sahip olan operatörlerin gün içindeki birincil kullanıcı dağılımları yapay sinir ağı ile analiz edilerek kanal geçiş olasılığı en az olan kanal seçimi yapılmaktadır. Bu karar verme yönteminde ikincil kullanıcıların bağlantı istekleri süresince olası kanal geçiş sayısının düşürülmesi hedeflenmektedir. Böylelikle spektrumun ikincil kullanıcılara da servis vererek daha etkin bir şekilde kullanılması, ikincil kullanıcıların bağlantılarında kanal geçiş sayısı azaltılarak bağlantı süresince oluşacak gecikmenin azaltılması, sistem kaynak kullanımının iyileştirilmesi ve ikincil kullanıcılara sunulan servis kalitesi artırılması sağlanacaktır.Bu amaçla geliştirilen yeni yöntem, ikincil kullanıcıları rastgele seçilen operatöre ve de en ucuz lisanslı operatöre dağıtan iki yöntemle karşılaştırılmaktadır. Önerilen yöntem daha az kanal geçişine sebep olarak diğerlerine oranla daha iyi performans göstermektedir.

Abstract:
Recent wireless communication technologies are based on fixed spectrum policy that is managed by government plans. This policy causes the utilization of the spectrum to decrease and it is measured between 15% and 85% depending to location and time. Concept of XG Next Generation Networks, Dynamic Spectrum Allocation and Cognitive Radio Networks is emerged to solve these problems such as limited available channels and inefficient use of present licensed channels.In accordance with Cognitive Radio, two types of services are supported to unlicensed (secondary) users, (1) services at licensed channels of GSM Operators without disturbing licensed (primary) users and (2) services at unlicensed channels.Researches on cognitive radio functions, which are spectrum sensing, spectrum management, spectrum scheduling and spectrum handoff are keep going.While any secondary user served at a licensed channel, if a primary user wants to use this licensed channel, then secondary user must leave this channel as soon as possible. Sensing and searching one more time for a new channel cause delaying on secondary user connections and wasting system resources by handoff process.In this thesis, a central cognitive radio base station serving secondary users at licensed channels is designed. For channel requests of secondary users, channel selection is done by analyzing daily primary user distribution patterns of licensed GSM operators with the help of artificial neural network method. In this channel selection method, it is aim to decrease handoff count during connection requests of secondary users. As a result of this method, spectrum utilization will increase by serving secondary users, delay of secondary user connections will decrease, using of resources will be optimized and quality of service will increase. The proposed method is designed and implemented. For measuring and comparing the performance of proposed method, two other methods are implemented which are random operator selection and cheapest operator selection methods.