Geri Dön

Towards more reliable medium access control with data-driven spectrum allocation

Veri tabanlı spektrum tahsisi ile daha güvenilir ortam erişim kontrolüne doğru

PDF İndir

  1. Tez No: 611839
  2. Yazar: UMURALP KAYTAZ
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. SİNEM ÇÖLERİ ERGEN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2020
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Koç Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 55

Özet

Günümüzde kullanılan kablosuz ag teknolojilerinin çogu, IEEE 802.11 standardına baglı Wi-Fi iletisimine dayanır. IEEE 802.11, orta erisim kontrolü (MAC) ve fiziksel katman (PHY) iletisimleri için bir dizi protokolden olusur. IEEE 802.11'de bulunan Dagıtılmıs Koordinasyon Islevi (DCF), MAC katmanında tek bir kanal kullanır. Bununla birlikte, tek bir kanaldaki ag trafigi yükü, yüksek paket çarpısmasına ve performans bozulmasına yol açar. Tek Radyo Çok Kanallı (SRMC) Orta Erisim Kontrolü (MAC) protokolleri, donanım maliyetini düsürürken farklı kanallarda paralel olarak iletim yapmayı hedefler. Baslangıçta, bagımsız ve stokastik olarak özdes kanallarda dinamik çok kanallı erisim problemini ele alıyoruz. Sorunu Huzursuz Çoklu Kumar Makinası (RMAB) süreci olarak formüle ediyoruz ve optimum spektrum tahsisi ve verim maksimizasyonu amacıyla yeni bir yük uyarlamalı frekans atlama yöntemi, yani Indeks Tabanlı Kanal Atlama (IBCH) algoritması öneriyoruz. Önceki çabaları spektrum karar mekanizmaları ve bulusma özellikleriyle tek ve çok bulusma protokolleri olarak sınıflandırıyoruz. Çok bulusmalı protokoller farklı kanallarda eszamanlı tokalasmayı destekleme yetenegine sahipken, tek bulusmalı protokollerle sadece asenkron kanal görüsmelerine izin verilir. Daha sonra, IBCH'nin performansını degisen iletim aralıgında, ag boyutunda ve spektrum kullanılabilirliginde her iki bulusma sınıfından çesitli protokollerle karsılastırıyoruz. Simülasyon sonuçları IBCH'nin her iki bulus sınıfından diger spektrum atama yöntemlerinden önemli ölçüde daha iyi performans gösterdigini göstermektedir. Tezin ikinci bölümünde, IEEE 802.22 tabanlı Kablosuz Bölgesel Alan Aglarına (WRAN'lar) odaklanıyoruz. IEEE 802.22 WRAN standardı, kullanıcı etkilesimini ve tıkanıklıgını önlemek için bilissel radyo (CR) kullanmayı amaçlamaktadır. Bilissel Radyo (CR), frekans bantlarını verimli kullanması nedeniyle ortaya çıkan akıllı kablosuz iletisim sistemleri için umut verici bir teknolojidir. CR sisvi temleri, zamansal ve uzamsal verimliligi arttırır, bu nedenle spektrum delikleri olarak bilinen frekans kullanımında geçici bosta kalma sürelerinden yararlanarak spektrum kıtlıgını azaltır. Dinamik Spektrum Erisimi (DSA), ikincil kullanıcıların (SU) birincil kullanıcı (PU) kanallarındaki geçici bosta kalma sürelerine fırsatçı olarak erismesine izin vererek spektrum kullanımını gelistirir. Spektrum erisim stratejilerini en üst düzeye çıkarmaya yönelik daha önceki çalısmalar çogunlukla ag durumu bilgilerinin tamamını gerektirmektedir, bu nedenle pratik olmayabilir. Öte yandan, Q-ögrenme gibi modelsiz takviye ögrenme (RL) tabanlı yöntemler, tam ag bilgisi gerektirmeyen uyarlanabilir çözümler vaat ediyor. Iki bölümde, bu arastırma ikilemini ele alıyoruz ve ag fayda maksimizasyonu için sırasıyla Q-ögrenme kaynaklı spektrum erisimi (DQLS) tabanlı merkezi olmayan ve merkezi kanal seçim yöntemlerini, yani DEcentralized Spectrum Atama (DESA) ve Merkezi Spectrum Atama (CSA) öneriyoruz. Merkezi derin Q-agı (DQN) aracılıgıyla üretilen eylemler CSA'da kullanılırken, DESA spektrum kararlarında isbirlikçi olmayan bir yaklasım benimsemektedir. Degisen birincil ve ikincil ag boyutlarına yönelik önerilen yöntemlerimizin spektrum kullanımını arastırmak için kapsamlı simülasyonlar kullanıyoruz. Bulgularımız önerilen planların modele dayalı RL ve oluklu Aloha ve Whittle indeks politikası dahil geleneksel yaklasımlardan daha iyi performans gösterdigini ve en iyi kanal erisiminin % 87'sinin elde edildigini göstermektedir.

Özet (Çeviri)

Most of the deployed wireless networking technology relies on Wi-Fi communications that depends on IEEE 802.11 standard. IEEE 802.11 consists of a set of protocols for medium access control (MAC) and physical layer (PHY) communications. Distributed Coordination Function (DCF) included in IEEE 802.11 employs a single channel in the MAC layer. However, network traffic load on a single channel leads to high packet collision and performance degradation. Single-Radio Multi-Channel (SRMC) Medium Access Control (MAC) protocols aim to transmit in parallel on distinct channels while reducing the hardware cost. Initially, we consider dynamic multi-channel access problem with independent and stochastically identical channels. We formulate the problem as a Restless Multi-Armed Bandit (RMAB) process and propose a novel load-adaptive frequency hopping method, namely Index-Based Channel Hopping (IBCH) algorithm, with the goal of optimal spectrum allocation and throughput maximization. We classify previous efforts by their spectrum decision mechanisms and rendezvous characteristics as single- and multi-rendezvous protocols. Multi-rendezvous protocols have the capability of supporting simultaneous handshaking on different channels whereas with single-rendezvous protocols only asynchronous channel negotiations are allowed. Later on, we compare performance of IBCH with various protocols from both rendezvous classes at varying transmission range, network size and spectrum availability. Simulation results show that IBCH significantly outperforms other spectrum assignment methods from both rendezvous classes. In the second part of the thesis, we focus on IEEE 802.22 based Wireless Regional Area Networks (WRANs). IEEE 802.22 WRAN standard is aimed at using cognitive radio (CR) to avoid user interference and congestion. Cognitive Radio (CR) is a promising technology for emerging intelligent wireless communication systems due to its effiiv cient utilization of the frequency bands. CR systems enhance temporal and spatial efficiency, therefore, ease spectrum scarcity by exploiting temporary idle periods in the frequency usage, known as spectrum holes. Dynamic Spectrum Access (DSA) improves spectrum utilization by allowing secondary users (SUs) to opportunistically access temporary idle periods in the primary user (PU) channels. Previous studies on utility maximizing spectrum access strategies mostly require complete network state information, therefore, may not be practical. Model-free reinforcement learning (RL) based methods, such as Q-learning, on the other hand, are promising adaptive solutions that do not require complete network information. In the second section, we tackle this research dilemma and propose deep Q-learning originated spectrum access (DQLS) based decentralized and centralized channel selection methods for network utility maximization, namely DEcentralized Spectrum Allocation (DESA) and Centralized Spectrum Allocation (CSA), respectively. Actions that are generated through centralized deep Q-network (DQN) are utilized in CSA whereas the DESA adopts a non-cooperative approach in spectrum decisions. We use extensive simulations to investigate spectrum utilization of our proposed methods for varying primary and secondary network sizes. Our findings demonstrate that proposed schemes outperform model-based RL and traditional approaches, including slotted-Aloha and Whittle index policy, while %87 of optimal channel access is achieved.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    66436

    Linux ortamında ATM (asenkron iletim metodu) uygulaması

    ATM (asynchronous transfer mode) application on linux

    METEHAN SARAÇ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1997

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kontrol ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. A. COŞKUN SÖNMEZ

  2. Tez No

    397131

    Çoklu insansız hava araçları arası altyapısız ağlar için yeni bir konum bilgisi paylaşımlı ve yönlü ortam erişim kontrol protokolü

    A novel location oriented directional medium access control protocol for ad hod unmanned air vehicle networks

    ŞAMİL TEMEL

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2015

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolHava Harp Okulu Komutanlığı

    Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. İLKER BEKMEZCİ

  3. Tez No

    790540

    Full duplex hybrid acoustic/RF communication for underwater networked control systems

    Su altı ağ bağlantılı kontrol sistemleri için tam çift yönlü hibrit akustik/RF haberleşme

    SAEED NOURIZADEH AZAR

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolSabancı Üniversitesi

    Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ÖZGÜR GÜRBÜZ ÜNLÜYURT

    DOÇ. DR. AHMET ONAT

  4. Tez No

    806832

    Deep neural network-based stealthy false data injection attack detection on der integrated systems

    Dek entegre sistemlerinde derin sinir ağı tabanlı gizlenmiş yanlış veri enjeksiyon saldırısı tespiti

    CAN GÜRKAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. VEYSEL MURAT İSTEMİHAN GENÇ

  5. Tez No

    87056

    Gümrük Birliği sürecinin Türk sermaye piyasasına etkileri

    The Effects of Customer Union course on Turkish capital market

    ÖNDER HALİSDEMİR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1997

    EkonomiMarmara Üniversitesi

    Sermaye Piyasası ve Borsa Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. İLHAN ULUDAĞ

Geri Dön