پایان نامه بررسی الگوریتم‌ های ‌مسیر‌یابی در شبکه های رادیو شناختی و ارائه روشی برای بهبود برون دهی شبکه

فهرست:

فصل اول: مقدمه

1-1- کلیات.. 2

1-2- تکنولوژی سیستم­های رادیوشناختی. 4

1-2-1-قابلیت هوشمندی. 5

1-2-2-قابلیت دوباره شکل دهی. 5

1-3- معماری فیزیکی شبکه‌های ‌رادیو‌شناختی. 6

1-4 - شبکه‌های ‌رادیو‌شناختی. 7

1-4-1- اجزای شبکه. 7

1-4-2- ناهمگونی طیف.. 10

1-4-3- چارچوب مدیریت طیف.. 11

1-4-4- اشتراک‌گذاری طیف.. 12

1-5-تفاوت CRN با شبکه‌های چند‌رادیویی و چند‌کاناله متداول گذشته. 13

1-6- طبفه بندی الگوریتم‌های ‌مسیر‌یابی. 14

1-6-1- دسته بندی روشهای مسیر یابی در شبکههای رادیو شناختی اقتضایی. 16

فصل دوم: مروری بر فعالیت‌های گذشته در پاسخ به چالش‌های ‌مسیر‌یابی

2-1- راه‌حل‌های ارائه ‌شده در پاسخ به چالش‌های شبکه‌های ‌رادیو‌شناختی. 18

2-1-1- روش‌های مبتنی بر تداخل و توان ارسالی. 20

2-1-2- روش‌های مبتنی بر میزان تأخیر 21

2-1-3- روش‌های مبتنی بر پایداری مسیر 22

2-1-4- روش‌های مبتنی بر ماکزیمم کردن برون‌دهی 23

2-2- معیار‌های کمی متداول ‌مسیر‌یابی در شبکه‌های اقتضایی. 26

2-2-1- دسته‌بندی معیار‌های کمی ‌مسیر‌یابی. 27

2-2-2-منتخب گروه اول، HOP. 28

2-2-3- زمان رفت و برگشت به هاپ(RTT) 30

2-2-4- دفعات ارسال مورد انتظار (ETX) 31

2-2-5-زمان ارسال مورد انتظار (ETT) 33

2-2-6- زمان انحصاری ارسال مورد انتظار(EETT) 34

2-2-7- پیاده‌سازی چهار معیار انتخابی در الگوریتمAODV. 36

2-2-8- نکات مهم در طراحی معیار کمی بهینه. 39

2-3-استراتژی‌های انتخاب کانال در CRN.. 40

2-3-1- دسته‌بندی استراتژی‌های انتخاب کانال. 41

فصل سوم: استخراج یک الگوریتم ‌مسیر‌یابی کارا با استفاده از تکنیک‌های دایورسیتی دو‌گانه در شبیه‌ساز NS2-CRAHN.. 44

3-1- مقدمه‌ای بر چالش‌های پیش رویCRAHN.. 44

3-2- فرضیات و مدل سیستم. 46

3-2-1-الگوی فعالیت PU‌ها 48

3-2-2- اساس عملکرد SU‌‌ها 49

3-3- مدل‌سازیCRAHN به کمک شبیه‌سازNS2. 51

3-3-1- فایل مرتبط با فعالیت PU‌ها 53

3-3-2- فایل مرتبط با رویداد‌های کانال. 53

3-3-3-مدیریت منابع طیفی. 54

3-3-4- فعالیتSU‌ها 57

3-4- ارائه یک الگوریتم مسیریابی کارایCRAHN مبتنی بر تکنیک ارسالهای چند مسیره و چند کاناله  58

3-4-1- پروتکل AODV. 59

3-5- ارائه یک الگوریتم ‌مسیر‌یابی کارا با استفاده از روش ارسال‌های دوگانه در شبکه‌های رادیوشناختی اقتضایی  67

3-5-1-الگوریتم مرحله RREQ.. 68

3-5-2-الگوریتم مرحله RREP. 70

3-5-3- پروسه  نگهداری از مسیر 71

فصل چهارم:شبه سازی

4-1- مقایسه کارایی AODV،D2CARP و الگوریتم پیشنهادی. 74

4-2- تأثیر الگوی عملکرد PU‌ها بر راندمان شبکه. 78

4-2-1- تحلیل عملکرد 85

4-3- آنالیز ناهمگونی طیف.. 89

4-4- مقایسه عملکرد دو روش پیشنهادی و D2CARP بر حسب زمان تشخیص طیف.. 91

4-5- مقایسه عملکرد دو روش پیشنهادی و D2CARP بر حسب سرعت حرکت گره‌ها 93

4-6- مقایسه عملکرد دو روش پیشنهادی و D2CARP بر حسب نرخ بسته‌های RREQ.. 94

فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات

5-1- نتیجه گیری. 97

5-2- پیشنهادات.. 100

فهرست منابع و مآخذ: 101

منبع:

[1] J. Mitola III, “Cognitive radio: an integrated agent architecture for software defined radio," Ph.D. thesis, KTH Royal Institute of Technology, Stockholm, Sweden, 2000.

 [2] B. Wang, K. J. Ray Liu, “Advances in Cognitive Radio Networks: A Survey”, IEEE Journal of selected topics in signal processing, VOL. 5, NO. 1, Feburary 2011.

 [3] I. F. Akyildiz, W. Y. Lee, M. C. Vuran, and S. Mohantly, ”Next generation/dynamic spectrum access/cognitive radio wireless network: a survey,” Elsevier Computer Networks, Vol. 50, pp. 2127-2159, Sept.2006.

[4] Z. Han, “Game theory for Cognitive Radio Networks”, IEEE GLOBECOM'09, Honolulu, Hawaii, USA 4th December, 2009.

[5] Perkins, C. , Ad-hoc on-demand distance vector routing. In Proceedings of the Second IEEE Workshop on Mobile Computer Systems and Applications, Washington, DC, USA, 1999, pp. 90, Washington, DC, USA: IEEE Computer Society.

[6] Johnson, D.B. Maltz, D.A. Broch, J. DSR: The Dynamic Source Routing for Multihop Ad Hoc networks. In Ad hoc Networking, Boston, MA, USA, 2001, pp. 139-172, Addison-Wesley Longman Publishing Co., Inc: Boston, MA, USA.

[7] Q. Wang, H. Zheng, Route and specrum selection in dynamic spectrum networks, in: Proceeding. of  IEEE CCNC 2006, Las Vegas, USA, 2006, pp. 625–629.

[8]M. Cesana, C. Francesca, and E. Eylem. "Routing in cognitive radio networks:Challenges and solutions." Ad Hoc Networks 9.3 (2011): 228-248.

[9] Y. Shi, Y. Hou, “A distributed optimization algorithm for multi-, hop cognitive radio networks “, in: The 27th IEEE Conference on Computer Communications, INFOCOM 2008

 [10] M. Xie, Z. Wei, and W. Kai-Kit. "A geometric approach to improve spectrum efficiency for cognitive relay networks." Wireless Communications, IEEE Transactions on 9.1 (2010): 268-281.

[11] Chowdhury, Kaushik R., and M. D. Felice. "Search: A routing protocol for mobile cognitive radio ad-hoc networks." Computer Communications 32, no. 18 (2009): 1983-1997.

[12] L. Ding,"Rosa: distributed joint routing and dynamic spectrum allocation in cognitive radio ad hoc networks." Proceedings of the 12th ACM international conference on Modeling, analysis and simulation of wireless and mobile systems. ACM, 2009

[13] A. Sampath, "High throughput spectrum-aware routing for cognitive radio networks." Proc. of IEEE Crowncom (2008).

[14] Pefkianakis, Ioannis, Starsky HY Wong, and Songwu Lu. "SAMER: spectrum aware mesh routing in cognitive radio networks." New Frontiers in Dynamic Spectrum Access Networks, 2008.DySPAN 2008.3rd IEEE Symposium on. IEEE, 2008.

[15] L. Ding, T. Melodia, S. Batalama, M.J. Medley, Rosa: distributed joint routing and dynamic spectrum allocation in cognitive radio ad hoc networks, in: MSWiM ’09: Proceedings of the 12th ACM International Conference on Modeling, Analysis and Simulation of Wireless and Mobile Systems, 2009.

[16] S.L Nxumalo, N. Ntlatlapa, P. Mudali, M.O. Adigun, 2009. Performance Evaluation of  Routing Metrics for Wireless Networks. In Procedings of South African Telecommunication Networks and Applications Conference, Royal Swazi Spa, Swaziland, 30 August – 2 September 2009

[17] De Couto, Douglas SJ, "A high-throughput path metric for multi-hop wireless routing." Wireless Networks 11.4 (2005): 419-434..

[18] Dijkstra, W. Edsger "A note on two problems in connexion with graphs."Numerische mathematik 1, no. 1 (1959): 269-271.

[19] A. Adya, "A multi-radio unification protocol for IEEE 802.11 wireless networks." Broadband Networks, 2004. BroadNets 2004.Proceedings.First International Conference on. IEEE, 2004

[21] R. Draves,  P.  Jitendra, and Z. Brian. "Routing in multi-radio, multi-hop wireless mesh networks."In Proceedings of the 10th annual international conference on Mobile computing and networking, pp. 114-128.ACM, 2004.

[22] Q. Xiao, Y. Li, M. Zhao, S. Zhou, and J. Wang, “Opportunistic channel selection approach under collisionprobability constraint in cognitive radio systems,” Computer Communications, vol. 32 (18), pp. 1914–1922,2009.

[23] L. Yang, L. Cao, and H. Zheng, “Proactive channel access in dynamic spectrum networks,” Elsevier PhysicalCommunications Journal, vol (1), pp. 103–111, 2008.

[24] G. D. Nguyen and S. Kompella, “Channel sharing in cognitive radio networks,” in MILCOM, 2010

[25] I.F. Akyildiz, L. Won-Yeol, and K.R. Chowdhury. "CRAHNs: Cognitive radio ad hoc networks." Ad Hoc Networks 7.5 (2009): 810-836..

[26] K.R. Chowdhury, I.F. Akyildiz, OFDM based common control channel design for Cognitive Radio Ad HoC Networks, IEEE Transactions on Mobile Computing (2010) (in press).

[27] A. Ghasemi, and Elvino S. Sousa. "Spectrum sensing in cognitive radio networks: the cooperation-processing tradeoff." Wireless Communications and Mobile Computing 7.9 (2007): 1049-1060.

[28] C. Sun, K.B. Letaief, User cooperation in heterogeneous cognitive radio networks with interference reduction, in: Proceeding. of IEEE ICC 2008, Beijing, China,2008, pp. 3193–3197.

[29] Network simulator version 2. http://www.isi.edu/nsnam/ns/.

[30] H. Khalife, N. Malouch, and S. Fdida, “Multihop cognitive radio networks: to route or not to route,” IEEE Networks, pp. 20–25, August 2009.

[31] M. Gong,  "Medium access control in wireless mesh networks." Wireless Mesh Networking: Architectures, Protocols and Standards (2006): 147-182.

[32] J. Mo, H.S.W. So, J. Walrand, Comparison of multi-channel MAC protocols, in: Proc. of ACM MSWIM 2005, Montreal, Canada, 2005, pp. 209–218.

[33] S.-L. Wu, C.-Y Lin, Y.-C.Tseng, J.-P.Sheu, A new multi-channel MAC protocol with on-demand channel assignment for multi-hop mobile ad hocnetworks, in: Proc. of IEEE ISPAN 2000, Dallas, USA, 2000, pp. 232–237.

[34] K. Pradeep, N.H. Vaidya, Routing and link-layer protocols for multi-channel multi-interface ad hoc wireless networks, ACM SIGMOBILE Mobile Computing and Communications Review 10 (15) (2006) 31–43.

[35] W.Y.  Lee and I. Akyildiz, “Optimal spectrum sensing framework for cognitive radio networks,” WirelessCommunications, IEEE Transactions on, vol. 7, no. 10, pp. 3845 –3857, october 2008.

[36] G. Yuan, R. Grammenos, Y. Yang, and W. Wang, “Performance analysis of selective opportunistic spectrumaccess with traffic prediction,” Vehicular Technology, IEEE Transactions on, vol. 59, no. 4, pp. 1949 –1959,may 2010.

[37] Min, W. Alexander, and G. Shin. Kang "Exploiting multi-channel diversity in spectrum-agile networks." INFOCOM 2008.The 27th Conference on Computer Communications.IEEE, 2008.

[38] S. Geirhofer, L. Tong, and B. M. Sadler, “Dynamic spectrum access in wlan channels: Emperical model and its stochastic analysis,” in ACM TAPAS, Aug 2006.

[39] H. Kim and K. Shin, “Efficient discovery of spectrum opportunities with mac-layer sensing in cognitive radio networks,” IEEE Transactions on Mobile Computing, vol. 7, no. 5, pp. 533 –545, may 2008.

[40] A. Adas, “Traffic models in broadband networks,” IEEE Communications Magazine, vol. 35, no. 7, pp. 82 –89, jul 1997.

[41] K. Sriram and W. Whitt, “Characterizing superposition arrival processes in packet multiplexers for voice and data,” Selected Areas in Communications, IEEE Journal on, vol. 4, no. 6, pp. 833 – 846, Sept. 1986.

[42] S. Shankar, C. Cordeiro, and K. Challapali, “Spectrum agile radios: utilization and sensing architectures,” in IEEE Int. Symposium on New Frontiers in Dynamic Spectrum Access Networks, 2005.

[43] P. Bahl , R. Chandra, P. A. Chou, J. I. Ferrell, T. Moscibroda, S. Narlanka, and Y. Wu. "KNOWS: Kognitiv Networking Over White Spaces."In IEEE DySPAN, p. 32. 2007.

[44] Tang, Haiyun. "Some physical layer issues of wide-band cognitive radio systems." New frontiers in dynamic spectrum access networks, 2005. DySPAN 2005.2005 first IEEE international symposium on.IEEE, 2005.

[45] W. Y. Lee and I. Akyildiz, “Optimal spectrum sensing framework for cognitive radio networks,” Wireless Communications, IEEE Transactions on, vol. 7, no. 10, pp. 3845 –3857, october 2008.

[46] T. Farnham, G. Clemo, R. Haines, E. Seidel, A. Benamar, S. Billington, N. Greco, N. Drew, T. Le, B. Arram, and P. Mangold, “Ist-trust: A perspective on the reconfiguration of future mobile terminals using software download,” in IEEE Int. Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Commun, 2000.

[47] R. Tandra and A. Sahai, “Fundamental limits on detection in low snr under noise uncertainty,” in IEEE Int. Conf. on Wireless Networks, Commun.and Mobile Computing, 2005.

[48] R. Chen, J. M. Park, and J. Reed, “Defense against primary user emulation attacks in cognitive radio networks,”IEEE Journal on Selected Areas in Communications,, vol. 26, no. 1, pp. 25 –37, jan. 2008.

[49] Di Felice, Marco, "End-to-end protocols for cognitive radio ad hoc networks: An evaluation study." Performance Evaluation 68.9 (2011): 859-875.

[50] T. Rappaport, Wireless Communications: Principles and Practice, Prentice Hall, 2001.

[51] A.S. Cacciapuoti,  "CAODV: routing in mobile ad-hoc cognitive radio networks." Wireless Days (WD), 2010 IFIP.IEEE, 2010.

[52] Rahman, Muhammad Arafatur, Marcello Caleffi, and Luigi Paura. "Joint path and spectrum diversity in cognitive radio ad-hoc networks." EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking 2012.1 (2012): 1-9.

[53] M. Di Felice, K. R. Chowdhury, and  L. Bononi, “Modeling and performance evaluation of transmission control protocol over cognitive radio ad hoc networks,” in Proceedings of the 12th ACM international conference on Modeling, analysis and simulation of wireless and mobile systems, ACM, 2009, pp. 4–12.

[54] S. Bayhan and F. Alagˆz, “Distributed channel selection in crahns: A non- selfish scheme for mitigating spectrum fragmentation,” Ad Hoc Networks, 10.5(2012)

[55] Wireless LAN medium access control (MAC) and physical layer (PHY) specifications, IEEE Std. 802.11, 2007.