Tasarsız bilişsel radyo ağları için etkin bir hibrit çok-yollu rotalama yönteminin tasarımı
Design of a novel hybrid multi-path routing method for cognitive radio ad hoc networks
Yazar: ERKAN GÜLER
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ TUĞRUL ÇAVDAR
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control
Dizin: Bilgisayar ağları = Computer networks ; Kablosuz ağlar = Wireless networks

Özet:
Sınırlı bir kaynak olan spektrumun lisanslı (birincil) kullanıcılar tarafından verimsiz kullanımı ve gelişen yeni kablosuz iletişim teknolojileri için yetersiz kalmaya başlaması, değinilen sorunlara çözüm sunan Bilişsel Radyonun önünü açmıştır.  Bu teknoloji sayesinde, birincil kullanıcılara atanan spektrum bantlarının kullanılmadığı zamanlarda lisanssız (ikincil) kullanıcılar, oluşan spektrum boşluklarını fırsatçı bir şekilde değerlendirebilmektedir. Alanda karşılaşılan başlıca ve zor meseleler arasında Tasarsız Bilişsel Radyo Ağlarında rotalama problemi bulunmaktadır. Yeni rotaların tespitinde sadece birincil kullanıcıların aktivitelerini göz önünde bulundurmak yeterli değildir. İkincil ağda zamanla oluşabilecek tıkanıklıklar ve ikincil kullanıcılar arasında başlatılan birden fazla veri akışları / oturumlar da ele alınmak durumundadır. Bu çalışmada,  en uygun rotanın seçimine yönelik rota kararlığı, tıkanıklık farkındalığı ve rota çeşitliliğine dayalı bir hibrit fayda fonksiyonu altında birleştirilen atomik metrikler tanımlanmıştır. Geliştirilen çoklu-yol mekanizması ile kaynak ve hedef cihazlar arasında bulunan olası tüm yollardan gereksiz olanları elenmekte ve rotalama sürecinden kaynaklanabilecek veri trafiği yükü azaltılmaktadır. Yürütülen çok kapsamlı simülasyonlar, ikincil kullanıcıların gezgin olduğu durumlarda dahi önerilen yöntemin verimliliğine işaret etmektedir. Ayrıca, paket gönderim oranı, uçtan-uca gecikme ve veri iletim miktarı gibi ölçütler açısından ve literatürdeki diğer rotalama yöntemleriyle yapılan karşılaştırmalar neticesinde tasarlanan rotalama algoritmasının daha iyi performans gösterdiği tespit edilmiştir. Ağ topolojisinde yer alan birincil kullanıcıların aktivite değerlerinin ve sayısının artışıyla paket gönderim oranı ve uçtan-uca gecikmede gözlemlenen dalgalanmalar, rotalama süreci için geliştirilen yöntemin kullanımı ile dengelenebilmiştir.

Abstract:
Spectrum is a limited resource, which is inefficiently used by licensed (primary) users and becomes inadequate for the usage of newly emerged wireless communication technologies. Cognitive radio has the ability to solve the mentioned problems. With the help of this technology, the spectrum bands assigned to the primary users can be opportunistically accessed by the unlicensed (secondary) users when those bands are not in use. Routing problem in cognitive radio ad hoc networks is one of the major challenges in the field. While searching for new routes, it is insufficient just only to take the activities of the primary users into account. Congestions that could occur over time in the secondary network and multiple data flows / sessions initiated by the secondary users have to be also considered. In this work, with the aim of capturing the best route, atomic metrics are defined, which are combined to form a hybrid utility function based on route stability, congestion awareness and route diversity. The developed multi-path mechanism eliminates the redundant paths among all possible ones between the source device and the destination device and thus minimizes the data traffic load that could be caused by the routing process. Comprehensive simulations point out that the proposed method is efficient even when there are mobile secondary users in the network. Also, it is found that the designed routing algorithm performs better than the other routing schemes in the literature with respect to the performance measures such as packet delivery ratio, end-to-end delay and throughput. The fluctuations observed in packet delivery ratio and end-to-end delay with the increase in the number and the activity values of the primary users in the network topology can be compensated by the use of the method developed for the routing process.