Πρόβλεψη και Αξιοποίηση Ασύρματων Διαύλων

Κορδαλή, Αγγελική

dc.contributor.author	Κορδαλή, Αγγελική	el
dc.date.accessioned	2015-12-23T09:10:45Z
dc.date.available	2015-12-23T09:10:45Z
dc.date.issued	2015-12-23
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/41806
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.2084
dc.rights	Default License
dc.subject	Γνωστικά δίκτυα επικοινωνιών	el
dc.subject	δυναμική πρόσβαση στο φάσμα	el
dc.subject	υβριδική πρόσβαση στο φάσμα	el
dc.subject	ανίχνευση φάσματος	el
dc.subject	αγορά φάσματος	el
dc.subject	dynamic spectrum access	en
dc.subject	Cognitive Radio Networks	en
dc.subject	hybrid spectrum access	en
dc.subject	spectrum sensing	en
dc.subject	spectrum trading	en
dc.title	Πρόβλεψη και Αξιοποίηση Ασύρματων Διαύλων	el
dc.contributor.department	Τομέας Συστημάτων Μετάδοσης Πληροφορίας και Τεχνολογίας Υλικών	el
heal.type	doctoralThesis
heal.classification	Radio resource management (Wireless communications)	en
heal.classification	spectrum trading	el
heal.classification	Cognitive radio networks	el
heal.classificationURI	http://id.loc.gov/authorities/subjects/sh2008004985
heal.classificationURI	http://id.loc.gov/authorities/subjects/sh2008002568
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2015-10-12
heal.abstract	Σκοπός της διατριβής είναι η μελέτη και ανάπτυξη μηχανισμών για τη πρόβλεψη και βέλτιστη διαχείριση ασυρμάτων διαύλων. Η ραγδαία αύξηση των χρηστών, των ασυρμάτων υπηρεσιών αλλά και των απαιτήσεών τους σε εύρος ζώνης, έχει καταστήσει αναγκαία τη βέλτιστη διαχείριση του ραδιοφάσματος. Προς τούτο έχουν προταθεί τα γνωστικά δίκτυα επικοινωνιών, τα οποία, μέσω ετερογενών αρχιτεκτονικών και εξελιγμένων τεχνικών πρόσβασης στο φάσμα, ανοίγουν νέες προοπτικές για την αξιοποίησή του. Τα γνωστικά δίκτυα επικοινωνιών προσφέρουν τη δυνατότητα σε δευτερεύοντες χρήστες να έχουν τη δυνατότητα πρόσβασης είτε σε μη αδειοδοτημένες ζώνες συχνοτήτων είτε σε ζώνες συχνοτήτων που έχουν αποδοθεί σε πρωτεύουσα βάση σε άλλους (πρωτεύοντες) χρήστες. Η διδακτορική διατριβή χωρίζεται σε τρία μέρη. Το πρώτο μέρος εστιάζει στην εισαγωγή των βασικών εννοιών που πραγματεύεται η διατριβή και των εργαλείων που χρησιμοποιούνται για την επίλυση των προβλημάτων πρόβλεψης και διαχείρισης ασυρμάτων διαύλων. Αρχικά, πραγματοποιείται ανασκόπηση των γνωστικών επικοινωνιών και εισάγονται οι βασικές έννοιες στην περιοχή της διαχείρισης του φάσματος που αποτελούν ανοικτά ερευνητικά ζητήματα. Στη συνέχεια, περιγράφονται οι διαφοροι τρόποι πρόσβασης στο φάσμα. Στη περίπτωση της ευκαιριακής πρόσβασης στο φάσμα παρουσιάζονται οι εναλλακτικές μεθόδοι πρόβλεψης της κίνησης των πρωτευόντων χρηστών από τους δευτερεύοντες χρήστες. Κατόπιν, εισάγεται η έννοια της αγοράς φάσματος, τα είδη αγοραπωλησίας φάσματος, οι στόχοι βελτιστοποίησης στο πλαίσιο μιας αγοράς φάσματος καθώς και οι διάφορες μορφές αγορών φάσματος. Ακολουθεί σύντομη αναφορά στα δίκτυα 5ης γενεάς και στη χρήση των γνωστικών δικτύων επικοινωνιών σε αυτά. Τέλος, περιγράφονται τα βασικά μαθηματικά εργαλεία που θα χρησιμοποιηθούν στη διατριβή για την αντιμετώπιση των προβλημάτων πρόβλεψης και διαχείρισης ασυρμάτων διαύλων. Στο δεύτερο μέρος της διατριβής αντιμετωπίζεται το γενικό πρόβλημα της πρόβλεψης ασυρμάτων διαύλων. Οι δευτερεύοντες χρήστες πραγματοποιούν ανίχνευση των καναλιών μέχρι να εντοπιστεί το πρώτο διαθέσιμο κανάλι. Στο πλαίσιο αυτό, ο προσδιορισμός της σειράς ανίχνευσης των καναλιών είναι καθοριστικός για τη βέλτιστη αξιοποίηση των φασματικών ευκαιριών. Το πρόβλημα προσεγγίζεται με χρήση ενισχυτικής μάθησης που βασίζεται σε πληροφορία που λαμβάνεται κατά τη διάρκεια της λειτουργίας των δευτερευόντων χρηστών και αποσκοπεί στην ορθή ταξινόμηση των καναλιών με βάση (ι) την πιθανότητα να είναι ελεύθερα και (ιι) τη μέση χρονική διάρκεια κατά την οποία είναι ελεύθερα. Η απόδοση των προτεινομένων αλγορίθμων, που είναι πλήρως κατανεμημένοι βασιζόμενοι αποκλειστικά σε πληροφορία που συλλέγεται ατομικά από τους δευτερεύοντες χρήστες, εξετάζεται τόσο σε στατικά όσο και σε δυναμικά περιβάλλοντα. Η βέλτιστη διαχείριση ασυρμάτων διαύλων μέσω της αγοράς φάσματος αντιμετωπίζετα στο τρίτο μέρος της διατριβής. Μετά την εισαγωγή της έννοιας της υβριδικής πρόσβασης στο φάσμα, εξετάζονται εναλλακτικά μοντέλα συστήματος καθώς και διάφορα είδη διαχειριστών φάσματος. Αρχικά, το θέμα της αγοράς φάσματος προσεγγίζεται μέσω της θεωρίας συμβολαίων και προσδιορίζεται ο βέλτιστος σχεδιασμός συμβολαίων εύρους ζώνης-τιμής φάσματος, υπό πλήρη και μη πλήρη πληροφορία ως προς τα χαρακτηριστικά των δευτερευόντων χρηστών. Το πρόβλημα της αγοράς φάσματος σε περιβάλλον όπου υπάρχουν διαφορετικοί διαχειριστές φάσματος με ομοιογενείς δευτερεύοντες χρήστες προσεγγίζεται μέσω της θεωρίας παιγνίων. Διατυπώνεται ένα παίγνιο επιλογής τρόπου πρόσβασης στο φάσμα από τους δευτερεύοντες χρήστες που συνοδεύεται/αξιοποιείται από ένα παίγνιο τιμολόγησης από τους διαχειριστές φάσματος και εξετάζεται η ισορροπία που επιτυγχάνεται.	el
heal.abstract	This doctoral thesis deals with the study and development of mechanisms for the prediction and utilization of wireless channels. The enormous increase in the number of spectrum users, the evolution of wireless services and the necessity for better utilization has rendered efficient spectral resources management imperative. Cognitive radio networks have been introduced to address spectrum scarcity by implementing heterogeneous architectures and advanced techniques for spectrum access. Cognitive radio networks allow secondary users to access non-licensed frequency bands or frequency bands already allocated to other users, the so-called primary users. The thesis is divided into three parts. The first part introduces the basic concepts related to the thesis and the tools employed to solve the problems related to prediction and utilization of wireless channels. In the beginning, the key elements of cognitive radio networks and spectrum management are presented as open research issues. Next, the various kinds of spectrum access are presented. A detailed description of various methods for the prediction of primary users traffic performed by secondary users is given in the framework of opportunistic spectrum access. Then, the general concept of spectrum market is discussed focusing on the different kinds of traded goods, the optimization objectives and the various forms of spectrum markets. 5G networks and the relevant role of cognitive radio networks is briefly presented. Finally, the basic mathematical tools for tackling problems related to the prediction and utilization of spectrum channels are briefly presented. The second part of the thesis deals with the prediction of wireless channels. The secondary users sense the channels until the first channel available is found. Determining the optimal channel sensing order is crucial for proper exploitation of spectral opportunities. This problem is dealt using reinforcement learning that takes into account information acquired during the normal operation of secondary users. This procedure aims at determining the optimal channel classification based on (i) their probability of being idle and (ii) their average availability duration. The performance of the proposed learning algorithms, which are distributed and based only on own information, is examined both in static and dynamic environments. The exploitation of wireless channels through spectrum trading is addressed in the third part of the thesis. Enabling hybrid spectrum access of secondary users is investigated. In this framework, various system models as well as types of spectrum operators are examined. Initially, spectrum trading is approached employing contract theory. Optimal contract design for traded spectrum and price is determined under complete or incomplete information as to the transmission characteristics of the secondary users. The spectrum trading problem in an environment where different kinds of spectrum operators coexist with secondary users is addressed with game theory. A spectrum access selection game governing the secondary users behaviour and a pricing game played by the spectrum operators are formulated. Nash equilibria are sought for these games and their dependence on the system's parameters is investigated.	en
heal.sponsor	Η παρούσα έρευνα έχει συγχρηματοδοτηθεί από την Ευρωπαϊκή ΄Ενωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο - ΕΚΤ) και από εθνικούς πόρους μέσω του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» του Εθνικού Στρατηγικού Πλαισίου Αναφοράς (ΕΣΠΑ) - Ερευνητικό Χρηματοδοτούμενο ΄Εργο: Ηράκλειτος ΙΙ. Επένδυση στην κοινωνία της γνώσης μέσω του Ευρωπαϊκού Κοινωνικού Ταμείου.	el
heal.advisorName	Κωττής, Παναγιώτης	el
heal.committeeMemberName	Καψάλης, Χρήστος	el
heal.committeeMemberName	Κωττής, Παναγιώτης	el
heal.committeeMemberName	Φικιώρης, Γεώργιος	el
heal.committeeMemberName	Παναγόπουλος, Αθανάσιος	el
heal.committeeMemberName	Παπαβασιλείου, Συμεών	el
heal.committeeMemberName	Θεολόγου, Μιχαήλ	el
heal.committeeMemberName	Ευθύμογλου, Γεώργιος	el
heal.academicPublisher	Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	151
heal.fullTextAvailability	true