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在感知無線電網路支援差異化服務的研究 發表人：陳偉業 黃淑玲 王璽農 楊于世 朱志達 報告者：王璽農 出處： TANET 2009 臺灣網際網路研討會暨全球IPv6高峰會議 南台科技大學 資訊管理系 大 綱 前言 感知無線電 感知無線電標準 感知無線電研究及挑戰 研究動機與目的 研究方法 主要系統描述 差異化服務 模擬結果 結論 2016/7/15 2 前言 前言 研究動機與目的 研究方法 模擬結果 結論 除ISM等頻帶為非授權頻帶外，大部分頻帶都需 授權才能使用。即使頻譜處於無使用者的閒置 狀態，也不得分享於系統外的使用者。 2016/7/15 3 30 MHz至2.9 GHz頻譜配置的使用情形 感知無線電(1) 前言 學者 Mitola 等人首先於1991年提出軟體無線電。 感知無線電 軟體無線電：是一種執行在微處理器上，支援多種數 位信號處理、無線傳輸介面、協定和可 重新配置組態的一套技術。 感知無線電標準 感知無線電研究 及挑戰 研究動機與目的 研究方法 模擬結果 結論 2016/7/15 Mitola 於 1999年延伸了軟體無線電而提出感知 無線電 (Cognitive radio , CR)概念。 感知無線電：擁有能依週遭環境狀況，自我重置並決 定使用授權或非授權頻帶來進行傳輸的 智慧型知覺無線電。 4 感知無線電(2) 前言 感知無線電 感知無線電標準 感知無線電研究 及挑戰 研究動機與目的 研究方法 模擬結果 結論 2016/7/15 在感知無線電網路概念中將無線系統分成兩類 主要系統：只有取得授權的使用者才能使用資源的授 權系統，其使用者稱為主要使用者或授權 使用者。 次要系統：由非授權感知裝置佈建而成的感知系統， 其使用者稱為次要使用者或稱感知使用者 、非授權使用者。 5 感知無線電標準 前言 感知無線電 感知無線電標準 感知無線電研究 及挑戰 研究動機與目的 研究方法 IEEE 802.22標準是全球第一個基於感知無線電 的無線標準。 SCC-41標準主要以下一代無線寬頻網路為發展目 標，探討並制定一套跨網路間分享頻譜資源的相 關概念及技術。 模擬結果 結論 2016/7/15 P1900.1 P1900.2 P1900.3 P1900.4 P1900.5 P1900.6 Sensing technology 6 感知無線電研究及挑戰 前言 感知無線電 感知無線電標準 感知無線電研究 及挑戰 研究動機與目的 研究方法 主要在探討如何有效率的偵測週遭頻譜使用並發展適用 於CR環境下的MAC設計及解決隱藏終端機問題等。 模擬結果 結論 2016/7/15 移動方面 當使用者移動而超過某個基地台服務範圍時，必須透過 一個移交(Handover)程序將服務權轉交給另一個基地台， 以便使用者能在服務不中斷情況下到達目的地。 頻譜偵測方面 頻譜管理方面 主要在研究資源配置，也就是通道決定、分享及通訊 服務品質(Quality of Services , QoS)等議題。 7 研究動機與目的 前言 研究動機與目的 研究方法 模擬結果 結論 2016/7/15 目前感知無線電的研究，鮮少探討在感知無線電 網路上提供差異化服務的議題。 GSM => GPRS 802.11 => 802.11e 於感知無線電網路環境下，提出能針對不同服 務類型使用主要系統資源的一套方法，來提升 系統效能。 8 主要系統描述 前言 研究動機與目的 研究方法 主要系統描述 差異化服務 模擬結果 結論 2016/7/15 在蜂巢式通訊系統架構中，每個細胞(Cell)皆 以基地台做為頻譜資源集中管理的中控者。 BS採用TDMA排程存取方式且至少有一個以上控 制通道，用來週期性的廣播通道配置、頻率校 正或同步等信號。 感知使用者可依據控制通道上的控制訊息做同 步及初始化等設定，再依通道配置找出閒置通 道來使用。 9 差異化服務(1) 前言 研究動機與目的 研究方法 主要系統描述 差異化服務 模擬結果 結論 欲傳送訊息的感知使用者使用閒置通道前，需根 據其優先權設定一基本值(Basic Value , BV)， 並根據BV值計算一段等待的WT (Waiting Time) 時間。 BV值區間示意圖 2016/7/15 10 差異化服務(2) 前言 研究動機與目的 研究方法 主要系統描述 差異化服務 模擬結果 結論 2016/7/15 訊框結構及感知使用者通道使用情形。 11 差異化服務(3) 前言 研究動機與目的 研究方法 主要系統描述 差異化服務 模擬結果 結論 2016/7/15 感知使用者使用主要系統資源流程 12 差異化服務(4) 前言 研究動機與目的 研究方法 主要系統描述 差異化服務 模擬結果 結論 2016/7/15 感知使用者使用主要系統資源流程 13 差異化服務(5) 前言 研究動機與目的 研究方法 主要系統描述 差異化服務 模擬結果 結論 2016/7/15 感知使用者使用主要系統資源流程 14 差異化服務(6) 前言 研究動機與目的 研究方法 主要系統描述 差異化服務 模擬結果 結論 2016/7/15 感知使用者使用主要系統資源流程 15 差異化服務(7) 前言 研究動機與目的 研究方法 主要系統描述 差異化服務 感知使用者使用主要系統資源的四個階段 階段一：與主要系統基地台同步，週期地監聽基地台廣播以 取得主要系統的通道(時槽)使用情形。 階段二：隨機選擇一個閒置通道，於閒置時槽開始後，等待 具隨機性、優先性的WT時間，WT倒數完若通道依然 閒置則進入階段三，若此時通道為忙碌則回階段一 持續監聽基地台廣播。 階段三：感知使用者於閒置通道提出通道使用請求。 模擬結果 結論 2016/7/15 階段四：若此閒置通道無主要使用者要求使用，基地台暫時 將閒置通道配置給該感知使用者。於階段三提出通 道使用請求的感知使用者，可根據此階段的通道配 置情形判斷出是否與其它感知使用者發生碰撞。 16 模擬結果(1) 前言 研究動機與目的 探討BV方式與競爭機制兩種方式在不同使用者 數量下，對使用者存取通道率、產出的影響。 用來與所提方法比較的競爭機制之原理為： 研究方法 模擬結果 結論 2016/7/15 感知使用者傳輸前必須先等待一段AIFS時間。 AIFS結束後，再等待一段退讓時間，避免使用者 發生傳輸碰撞。 傳輸發生碰撞則會倍增CW size直至最大值，若 傳輸成功則將CW size還原為初始值。 倍增後的CW size即到達CW size的最大值。 每次競爭時重新選擇CW值。 17 模擬結果(2) 前言 研究動機與目的 研究方法 模擬結果 結論 2016/7/15 模擬參數 參數 值 Voice user 數量 0 ~ 10 Data user 數量 0 ~ 35 aSlotTime 8 us aSIFSTime 16 us 傳輸率 10 M bps 通道數 32 閒置通道數 6 競爭機制Voice CW size 3~7 競爭機制Data CW size 15~31 BV方式Voice- BV size 7 BV方式Data- BV size 8-31 18 模擬結果(3) 前言 研究動機與目的 研究方法 模擬結果 結論 不同語音使用者數量下通道存取率 100 取 得 通 道 的 機 率 (%) 80 60 40 BV方式 競爭機制 20 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Voice user 數量 2016/7/15 19 模擬結果(4) 前言 研究動機與目的 研究方法 模擬結果 結論 2016/7/15 語音使用者通道競爭及成功次數 20 模擬結果(5) 前言 研究動機與目的 研究方法 在20個數據使用者環境下的語音使用者產出 1.9 1.8 1.7 模擬結果 結論 產 出 (M bps) 1.6 BV方式 1.5 競爭機制 1.4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Voice user 數量 2016/7/15 21 模擬結果(6) 前言 研究動機與目的 數據使用者產出 1.85 1.8 研究方法 模擬結果 結論 1.75 產 出 (M bps) 1.7 1.65 1.6 BV方式 競爭機制 1.55 1.5 1 5 10 15 20 25 30 35 Data user 數量 2016/7/15 22 結論 前言 研究動機與目的 研究方法 模擬結果 結論 2016/7/15 BV方式能夠確保高優先權服務以較少的競爭次數 存取通道且不受低優先權服務的影響。 產出方面，BV方式沒有採用競爭機制影響產出的 AIFS時間，因此有較高產出。 未來研究將加入影像的多服務網路環境及計算BV 區間的最適比例或動態式BV區間等對系統效能的 影響。 23 Ending Thank you for your attention 2016/7/15 24 2016/7/15 25 模擬結果(附錄) 次要系統媒體存取控制 (MAC) 層執行週期中主要分 為四個階段 觀察階段：偵測周圍無線環境並記錄系統頻譜使用 情形，以了解是否有閒置通道存在。 計劃階段：在不干擾主要使用者前題下對建立臨時 性連結進行評估。 決定階段：決定傳輸的各項參數，如頻率、功率和 調變方式等。 執行階段：在特定時間，也就是通道閒置時來傳送 欲送出資訊。 2016/7/15 26 模擬結果(附錄) 2016/7/15 27 模擬結果(附錄) 細胞內預計可用的頻譜數量： N ：所有頻帶數量的總合 Ki(j) ：表示在細胞j內頻譜i主要活動區域 Pioff (k)：為在主要活動區域(k)中頻譜i的閒置機率 2016/7/15 28 模擬結果(附錄) 競爭機制的高優先權及低優先權服務等待時間設定如 下： 高優先權服務： AIFS( 2 * aSlotTime + aSIFSTime) + Random(CW) * aSlotTime 低優先權服務： AIFS( 7 * aSlotTime + aSIFSTime) + Random(CW) * aSlotTime 2016/7/15 29 模擬結果(附錄) 競爭機制的高優先權及低優先權服務等待時間設定如 下： 高優先權服務的最大等待時間： AIFS( 2 * aSlotTime + aSIFSTime) + Random(CW) * aSlotTime AIFS (2 * 8 + 16) + 3 * 8 = 32 + 24 = 56 (us) AIFS (2 * 8 + 16) + 7 * 8 = 32 + 56 = 88 (us) 低優先權服務的最小等待時間： AIFS( 7 * aSlotTime + aSIFSTime) + Random(CW) * aSlotTime AIFS (7 * 8 + 16) + 0 * 8 = 72 + 0 = 72 (us) 2016/7/15 aSlotTime = 8 us aSIFSTime = 16 us 30