Mô hình và phân tích hiệu suất cho mạng di động sóng nhận thức

EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking - 2017
Anum L. Enlil Corral-Ruiz1, Felipe A. Cruz-Perez1, S. Lirio Castellanos-Lopez2, Genaro Hernandez-Valdez2, Mario E. Rivero-Angeles3
1Electrical Engineering Department CINVESTAV-IPN, Mexico City, Mexico
2Electronics Department, UAM, Mexico City, Mexico
3Communication Networks Laboratory, CIC-Instituto Politécnico Nacional, Mexico City, Mexico

Tóm tắt

Trong nghiên cứu này, hiệu suất lưu lượng và đặc trưng thời gian giữ kênh trong mạng di động sóng nhận thức (CRCNs) dưới lưu lượng cố định với các ràng buộc về độ trễ nghiêm ngặt được điều tra. Để đạt được điều này, một mô hình toán học được đề xuất để nắm bắt tác động của việc gián đoạn các cuộc gọi đang diễn ra của người dùng thứ cấp (SUs) do sự xuất hiện của người dùng chính (PUs). Mô hình đề xuất dựa trên việc sử dụng thời gian gián đoạn tiềm năng độc lập liên quan đến thời điểm có thể xảy ra gián đoạn cho mỗi cuộc gọi đang diễn ra trong từng ô được truy cập. Sau đó, một quá trình Poisson được sử dụng để xấp xỉ quá trình gián đoạn cuộc gọi của người dùng thứ cấp do sự xuất hiện của PUs. Dựa trên mô hình này và xem xét rằng thời gian phục vụ không bị cản trở (UST) và thời gian lưu trú trong ô (CDT) của SUs là các biến ngẫu nhiên phân phối độc lập, các công thức phân tích cho cả phân phối xác suất của thời gian giữ kênh và tỷ lệ nỗ lực chuyển vùng liên ô được đưa ra. Ngoài ra, một biểu thức toán học gần đúng mới cho xác suất kết thúc cuộc gọi bị buộc phải dừng của SUs được phát triển theo điều kiện rằng UST phân phối theo quy luật chuẩn Exponential. Thêm vào đó, bằng cách xem xét tất cả các biến thời gian liên quan phân phối theo quy luật Exponential và áp dụng kênh dự trữ phân đoạn để ưu tiên các cuộc gọi chuyển vùng trong và giữa các ô, một phân tích xếp hàng nhằm đánh giá hiệu suất cấp cuộc gọi của CRCNs về khả năng Erlang tối đa được phát triển. Độ chính xác của các mô hình toán học được đề xuất của chúng tôi được kiểm tra một cách sâu rộng dưới nhiều kịch bản đánh giá khác nhau cho tất cả các chỉ số hiệu suất cấp cuộc gọi đã xem xét. Các kết quả số cho thấy rằng thống kê thời gian giữ kênh rất nhạy cảm với cả xác suất gián đoạn của các cuộc gọi thứ cấp đang diễn ra và loại hàm phân phối xác suất được sử dụng để mô hình hóa CDT và UST. Từ góc độ lưu lượng, các kết quả số cho thấy rằng khả năng Erlang của hệ thống phụ thuộc lớn vào giá trị tương đối của thời gian phục vụ trung bình thứ cấp đối với thời gian phục vụ trung bình chính và hệ số sử dụng các kênh chính. Ngoài ra, các kết quả thu được cho thấy tồn tại một hệ số sử dụng quan trọng của các tài nguyên chính, từ đó không còn khả thi để đảm bảo chất lượng dịch vụ yêu cầu của SUs và do đó, các dịch vụ với các ràng buộc về độ trễ nghiêm ngặt không thể được hỗ trợ trong CRCNs.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

X. Zhu, L. Shen, T.-S.P. Yum, Analysis of cognitive radio spectrum access with optimal channel reservation. IEEE Commun. Lett. 11(4), 304–306 (2007)

Y.Y. Mihov, B.P. Tsankov, in Proc. IEEE International Conference on Microwaves, Communications, Antennas and Electronics Systems (COMCAS 2011), Tel Aviv, Israel. QoS provisioning via channel reservation in cognitive radio networks (2011)

S.L. Castellanos López, F.A. Cruz Pérez, M.E. Rivero-Ángeles, G. Hernández Valdez, in Proc. 7th International Conference on Cognitive Radio Oriented Wireless Networks (CROWNCOM’2012), Stockholm, Sweden. Impact of the primary resource occupancy information on the performance of cognitive radio networks with VoIP traffic (2012)

S.L. Castellanos-López, F.A. Cruz-Pérez, M.E. Rivero-Ángeles, G. Hernández-Valdez, Joint connection level and packet level analysis of cognitive radio networks with VoIP traffic. IEEE J. Select. Areas Commun. 32(3), 601–614 (2014)

S.L. Castellanos-López, F.A. Cruz-Pérez, M.E. Rivero-Ángeles, G. Hernández-Valdez, Performance analysis of coordinated cognitive radio networks under fixed-rate traffic with hard delay constraints. J. Commun Netw Spec Issue Cogn Netw 16(2), 130–139 (2014)

X. Mao, H. Ji, V.C.M. Leung, M. Li, in Proc. IEEE GLOBECOM’2010, Miami, Florida, USA. Performance enhancement for unlicensed users in coordinated cognitive radio networks via channel reservation (2010)

Y. Yao, S.R. Ngoga, D. Erman, A. Popescu, in Proc. IEEE ICC’2012, Ottawa, Canada. Performance of cognitive radio spectrum access with intra- and inter-handoff (2012), pp. 1549–1554

A.L.E. Corral-Ruiz, F.A. Cruz-Pérez, G. Hernández-Valdez, in Proc. IEEE WCNC’2011, Cancun, QR, Mexico. Channel holding time in mobile cellular networks with heavy-tailed distributed cell dwell time (2011), pp. 2065–2070

C.B. Rodríguez-Estrello, G. Hernández-Valdez, F.A. Cruz-Pérez, System-level analysis of mobile cellular networks considering link unreliability. IEEE Trans. Veh. Technol. 58(2), 926–940 (2009)

X. Wang, P. Fan, Channel holding time in wireless cellular communications with general distributed session time and dwell time. IEEE Commun. Lett. 11(2), 158–160 (2007)

P.V. Orlik, S.S. Rappaport, A model for teletraffic performance and channel holding time characterization in wireless cellular communication with general session and dwell time distributions. IEEE J. Sel. Areas Commun. 16(5), 788–803 (1998)

A.L.E. Corral-Ruiz, F.A. Cruz-Pérez, G. Hernández-Valdez, in Proc. IEEE GLOBECOM’2010, Miami, Florida. On the functional relationship between channel holding time and cell dwell time in mobile cellular networks (2010)

D. Cavdar, H.B. Yilmaz, T. Tugcu, F. Alagöz, in Proc. 6th Advanced International Conference on Telecommunications (AICT’2010), Barcelona, Spain. Analytical modeling and performance evaluation of cognitive radio networks (2010), pp. 35–40

W.-Y. Lee, I.F. Akyildiz, Spectrum-aware mobility management in cognitive radio cellular networks. IEEE Trans. Mob. Comput. 11(4), 529–542 (2012)

Y. Fang, I. Chlamtac, Y.B. Lin, Channel occupancy times and handoff rate for mobile computing and PCS networks. IEEE Trans. Comput. 47(6), 679–692 (1998)

Y. Fang, I. Chlamtac, Teletraffic analysis and mobility modeling of PCS networks. IEEE Trans. Commun. 47(7), 1062–1072 (1999)

Y. Zhang, B. Soong, Performance of mobile network with wireless channel unreliability and resource insufficiency. IEEE Trans. Wirel. Commun. 5(5), 990–995 (2006)

Y. Zhang, M. Fujise, Performance analysis of wireless networks over Rayleigh fading channel. IEEE Trans. Veh. Technol. 55(5), 1621–1632 (2006)

Y. Zhang, M. Ma, M. Fujise, Call completion in wireless networks over lossy link. IEEE Trans. Veh. Technol. 56(2), 929–942 (2007)

Y. Yao, A. Popescu, A. Popescu, On prioritised opportunistic spectrum access in cognitive radio cellular networks. Trans. Emerg. Telecommun. Technol. 27(2), 294–310 (2016)

A. Homayounzadeh, M. Mahdavi, Quality of Service Analysis for the Real-Time Secondary Users in Cognitive Radio Cellular Networks, Accepted for Its Publication in Wireless Personal Communications, First Online (2017). https://doi.org/10.1007/s11277-017-4340-y

Hau-luen Chiou, “Performance Evaluation of Multirate Cognitive Radio Cellular Networks with Channel Aggregation”, Master’s Thesis, Department of Electrical Engineering, Date of Defense: 2014

J. Serrano-Chavez, G. Hernandez-Valdez, F.A. Cruz-Pérez, S.L. Castellanos-Lopez, E.A. Andrade-Gonzalez, M. Reyes-Ayala, J.R. Miranda-Tello, in Proc. WSEAS Recent Advances on Systems, Signals, Control, Communications and Computers (DNCOCO’15), Budapest, Hungary. Impact of mobility on the performance of cognitive radio mobile cellular networks with real-time traffic (2015), pp. 236–242

D. Cavdar, H.B. Yilmaz, T. Tugcu, F. Alagöz, Analytical modeling and resource planning for cognitive radio systems. Wirel. Commun. Mob. Comput. 12(3), 277–292 (2012)

Y. Fang, Performance evaluation of wireless cellular networks under more realistic assumptions. Wirel. Commun. Mob. Comput. 5(8), 867–885 (2005)

Y. Fang, Modeling and performance analysis for wireless mobile networks: A new analytical approach. IEEE/ACM Trans. Networking 13(5), 989–902 (2005)

S. Tang, B.L. Mark, Modeling and analysis of opportunistic spectrum sharing with unreliable spectrum sensing. IEEE Trans. Wirel. Commun. 8(4), 1934–1943 (2009)

I. Suliman, J. LehtomLki, T. BrLysy, K. Umebayashi, in Proc. IEEE PIMRC’2009, Tokyo, Japan. Analysis of cognitive radio networks with imperfect sensing (2009), pp. 1616–1620

X. Gelabert, O. Salient, J. Prez-Romero, R. Agust, Spectrum sharing in cognitive radio networks with imperfect sensing: A discrete-time Markov model. Comput. Netw. 54(14), 2519–2536 (2010)

S. Tang, A general model of opportunistic spectrum sharing with unreliable sensing. Int. J. Commun. Syst. 27(1), 31–34 (2014)

J. Martinez-Bauset, V. Pla, J.R. Vidal, L. Guijarro, Approximated analysis of cognitive radio systems using time-scale separation and its accuracy. IEEE Commun. Lett. 17(1), 35–38 (2013)

O. Salameh, K. de Turck, D. Fiems, H. Bruneel, and S. Wittevrongel, “Performance Analysis of a Cognitive Radio Network with Imperfect Spectrum Sensing,” IEICE Trans. on Communications, Advance Publication: Released June 22, 2017. https://doi.org/10.1587/transcom.2017EBP3037

J.-W. Wang, R. Adriman, in Proc. (IMIS’2013), Taichung, Taiwan. Analysis of cognitive radio networks with imperfect sensing and backup channels (2013), pp. 626–631

F. Wang, J. Huang, Y. Zhao, Delay sensitive communications over cognitive radio networks. IEEE Trans. Wirel. Commun. 11(4), 1402–1411 (2012)

L. Duan, J. Huang, B. Shou, Investment and pricing with spectrum uncertainty: A cognitive operator’s perspective. IEEE Trans. Mob. Comput. 10(11), 1590–1604 (2011)

Y. Zhang, in Proc. IEEE ICC’2008, Beijing, China. Dynamic spectrum access in cognitive radio wireless networks (2009), pp. 4927–4932

S.L. Castellanos-Lopez, F.A. Cruz-Perez, G. Hernandez-Valdez, in Proc. 7th IEEE International Conference on Wireless and Mobile Computing, Networking and Communications (WiMob’2011), Shangai, China. Performance of cognitive radio networks under resume and restart retransmission strategies (2011), pp. 51–59

F.A. Cruz-Pérez, D. Lara-Rodríguez, M. Lara, Fractional channel reservation in mobile communication systems. IEE Electron. Lett. 35(23), 2000–2002 (1999)

R. Ramjee, R. Nagarajan, D. Towsley, On optimal call admission control in cellular networks. ACM/Baltzer Wirel. Netw. J. 3(1), 29–41 (1997)

D. Sarkar, T. Jewell, S. Ramakrishnan, Convergence in the calculation of the handoff arrival rate: A log-time iterative algorithm. EURASIP J. Wirel. Commun. Netw. 2006(1), 1–11 (2006)

M. Zhang, C.T. Lea, On the mobility/capacity conversion in wireless networks. IEEE Trans. Veh. Technol. 53(3), 734–746 (2004)

Thông tin
Thông tin xuất bản

EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking

Thông tin tác giả