1 / 34

DH-MAC: A Dynamic Channel Hopping MAC Protocol for Cognitive Radio Networks

DH-MAC: A Dynamic Channel Hopping MAC Protocol for Cognitive Radio Networks. 指導老師 : 郭文興 學生 : 林祺富. Chao-Fong Shih1, Tsung Ying Wu2, and Wanjiun Liao1,2 1 Graduate Institute of Communication Engineering, National Taiwan University, Taipei, Taiwan

mariko
Download Presentation

DH-MAC: A Dynamic Channel Hopping MAC Protocol for Cognitive Radio Networks

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. DH-MAC: A Dynamic Channel Hopping MAC Protocol for Cognitive Radio Networks 指導老師:郭文興 學生:林祺富 Chao-Fong Shih1, Tsung Ying Wu2, and Wanjiun Liao1,2 1Graduate Institute of Communication Engineering, National Taiwan University, Taipei, Taiwan 2Department of Electrical Engineering, National Taiwan University, Taipei, Taiwan

  2. Abstract • 本文提出dynamic hopping MAC (DH-MAC) • 在DH-MAC中secondary user (SU)會依序切換頻道用來配合primary users (PUs) • DH-MAC的優點 • 他不需要特定的控制頻道來執行 • 支持多重聚集讓一對SU可以同時在干擾的範圍執行 • 2個SU指定聚集的頻道不會被PU阻擋很久 • 和現有的SU比較有更高的機率可以使用頻道 • 只需要一個感知無線電接發器

  3. 目錄 • Abstract • INTRODUCTION • RELATED WORK • DYNAMIC HOPPING MAC (DH-MAC) PROTOCOL • A. Network Model and Assumptions • B. Protocol Overview • C. Dynamic Channel Hopping Sequence • D. Characteristics of DH-MAC • SIMULATION RESULTS • A. Multiple Rendezvous • B. Dynamic Property • C. Performance in an Extreme Case

  4. 目錄 • CONCLUSIONS • REFERENCES

  5. INTRODUCTION(1) • 感知無線電技術是建立在software defined radio (SDR)上面 • 它可以聰明的調整傳遞的特性有效的利用頻譜 • 功率 • 使用的頻寬 • 調整方法 • Dynamicspectrum access (DSA)就是允許PU在不影響SU的情況下使用頻寬

  6. INTRODUCTION(2) • 感知無線電可以快速的切換頻道和有效的利用頻譜 • 當SU想要傳送時,它需要一個控制的頻道來傳送控制的訊息 • 當PU如果在控制頻道停留太久會造成SU之間無法連絡(PU long-time blockingproblem) • 當太多使用者在同個頻道執行就會造成頻譜不足的現象(Controlchannel saturation problem)

  7. INTRODUCTION(3) • 我們提出了DH-MAC來解決這些問題,多個SU會同時交換控制訊息在多個不互相干擾的頻道 • 這樣就解決了單一頻道飽和的問題和避免了PU長時間的佔用頻道 • 頻道跳躍的順序會按照SU可用的頻道去做調整

  8. INTRODUCTION(4) • 第2章介紹了一些相關的研究 • 第3章介紹了我們提出的DH-MAC協定 • 第4章顯示了模擬的結果 • 第5章做了結論

  9. RELATED WORK(1) • [3]~[7]提出了許多不同的MAC協定 • [3]和[4]SU分享了特定控制頻道來傳遞訊息,造成了單一頻道飽合問題和PU長時間佔用的問題 • [5]和[6] 鄰近的SU分享一些可用的頻道和提出了一個cluster-based共同的頻道 • 他解決了PU長時間佔用的問題,可是花費了許多時間在從新分配頻道和從新建構可用的頻道 • 因為鄰近的SU還是使用同的控制頻道,所以沒有解決單一頻道頻譜不足問題

  10. RELATED WORK(2) • [7]提出了一個協定叫做Synchronized MAC (SYN-MAC) • 控制頻道會隨著時間做出改變,解決的PU長時間占用的問題 • 可是因為同一時間還是使用同的頻道,所以沒有解決單一頻道的頻譜不足的問題 • 他也需要兩組CR收發器,也提高了花費

  11. DYNAMIC HOPPING MAC (DH-MAC) PROTOCOL • A. Network Model and Assumptions • B. Protocol Overview • C. Dynamic Channel Hopping Sequence • D. Characteristics of DH-MAC

  12. A. Network Model and Assumptions • 假設一個CRN包含了PUs和SUs • 有N個不重疊的頻道表示[0,N-1] • 可用的頻道是依照鄰近的PU的使用狀況 • 每個SU都配置一個CR收發器

  13. B. Protocol Overview(1) • 在DH-MAC每個SUchannelhopping(CH)的順序都會依照CH的參數,在頻道之間做切換 • 每個SU都會停留在自己的頻道上time interval T時間 • 在T的一開始會廣播一個信標包含CH的參數 • CH參數也會以封包的形式傳遞出去,所以鄰近的SU也可以收到這些訊息,所以可以互相推論CH的順序

  14. B. Protocol Overview(2) • 當來源的SU改變了CH順序也會改變目的的SU順序,這樣可以確保兩個SU跳躍到相同的頻道 • 當某個SU會跟隨另一個SU的順序傳遞封包時,我們把第一個SU叫做following state • 如果頻道是可以使用的就會透過一個類似802.11的競爭方式(DCF)來獲得 • 如果頻道是不可使用的SU會停止他的動作或是等待下一次跳躍的時間到

  15. C. Dynamic Channel Hopping Sequence(1) • 每個CH的順序是由N個小的cycle(l-cycle)組成一個大的cycle(b-cycle) • l-cycle是由N+2個T組成,最後兩個間隔就是保護的間隔 • l-cycle 的順序是透過 {x(i,j), sh(i,j),ss(i,j)}來決定 • x(i,j):就是起始的頻道 範圍是[0, N-1] • sh(i,j):就是跳到下一個頻道的距離hopping seed • 範圍是[1, N-1] • ss(i,j):就是切換到下一個cycle的距離 shifting seed • 範圍是[0, N-1]

  16. C. Dynamic Channel Hopping Sequence(2) • SUi在 l-cycle j所對照的公式:

  17. C. Dynamic Channel Hopping Sequence(3) • CH在SUi的順序是在一開始就決定了, SUi並不知道頻道的使用狀況,我們是假設全部頻道都是可用的 • 每個SU在每個l-cycle至少要能掃描每個頻道一次 • 如果{sh(i,j), ss(i,j)}沒有改變, x(i,j)會重複每N個l-cycle • N+1和N+2會分別就是{sh(i,j), ss(i,j)},我們把他叫做保護的頻道

  18. C. Dynamic Channel Hopping Sequence(4) • 有3種情況CH的參數必須要調整: • SU想要開始傳輸 • 在l-cylce中某個頻道變成不可使用的 • 太多鄰近的SU使用相同的參數 • 為了要能夠傳遞資料SU必須等到l-cylce結束然後改變其參數,配合要下載資料的SU • 相同的參數設定必須被改掉,不然鄰近的SU會一直同時在同一個頻道上執行

  19. C. Dynamic Channel Hopping Sequence(5) • 如果保護頻道變成不可使用的, sh(i,j), ss(i,j)都必須從新選擇新的參數 • 舊的參數仍然會被執行,新的參數會再下一次的 (l-cyclej+1)被廣播,在 (l-cyclej+2)中執行 • 延遲的這一個l-cycle的時間可以准許鄰近的SUs更新他的參數 • 為了避免有太多相同的參數,所以在每個l-cycle 最後會檢查有誰不是following state的狀態,並且隨機選取設定新的參數

  20. C. Dynamic Channel Hopping Sequence(6)

  21. C. Dynamic Channel Hopping Sequence(7) • cascaded followingproblem: • 假設SUc想要和SUa下載資料(following state)可是SUa可能也改變了自己的參數去跟隨SUd • 這造成了SUc效能降低,傳統的多工網路也會有這個問題 • 可以藉由使用多重的CH參數來解決這個問題,也可以規定好就是在傳輸完後回到原始的參數

  22. D. Characteristics of DH-MAC(1) • DH-MAC設計的目標有3個問題要滿足 • 必須確保在每個l-cycle至少會有兩個SU會跳躍到相同的頻道上1次 • SU和其他不常見面的SU就不會傳輸 • 要避免主要使用者長時間佔用兩個SU用來溝通的頻道 • 為了滿足他N必須要是質數,每個l-cycle的時間也要同步 • 假設一個P,P>N(所以有些頻道無法使用),當SU跳躍到K(不在N裡面的頻道)就會再把KmodN一次

  23. D. Characteristics of DH-MAC(2) • SU想要加入網路必須先聽到信標,配合對方的l-cycle起始時間,再掃描完所有頻道之前沒有聽到其他信標就可以加入 • 在DH-MAC中兩個SU至少在每個l-cycle中要能見面一次,一般是在b-cycle 遇到2N次 • 一個b-cycle中有 時間的間隙 • 利用同時多個頻道的見面和多個控制頻道來解決PU長時間佔用的問題和單一頻道頻譜的不足

  24. D. Characteristics of DH-MAC(3) • SUs如果沒有要傳輸資料基本上就會有不同的參數,見面次數也就會比較少,有相同參數的機率很低 • 下圖有4種典型的DH-MAC情況 • 就算初始SS和SH不一樣,初始頻道也不同,還是會有些時間SU會在相同的頻道見面 • 就算頻道0被使PU佔用了,SU仍然可以在下一個時間在其他頻道傳送資料 • 多個控制頻道可以解決單一控制頻道不足的問題

  25. 不同的SH和SS情況和只有SS不同的情況

  26. 不同的SS和相同的SH情況和不同的初始頻道

  27. SIMULATION RESULTS • 我們把提出的DH-MAC和SYN-MAC和SSCH 做了一些比較 • N我們把他設為5 • 我們分3種情況來模擬 • 多個頻道可以見面的情況 • 動態調整的特性 • 在極限的情況下所執行的效能

  28. 多個頻道可以見面的情況下

  29. 動態調整的特性

  30. 動態調整的特性

  31. 在極限的情況下所執行的效能

  32. CONCLUSIONS • 本文所提出的DH-MAC可以確實的解決主要使用者長時間佔用和控制頻道頻譜不足的問題 • 只需要一組CR收發器可以節省成本 • 使用多個控制頻道也讓SU有更多機會可以在可用的頻道上執行 • 透過模擬可以證明本文的方法

  33. REFERENCES • [1] Federal Communication Commission, “Spectrum Policy Task ForceReport,” Washington, DC, FCC 02-155, 2002. • [2] J. Mitola III, G. Q. Maguire Jr.,”Cognitive Radio: Making SoftwareRadios More Personal,” IEEE Personal Communication, Aug. 1999. • [3] S. Kirshamurthy et al., “Control Channel Based MAC-LayerConfiguration, Routing and situation Awareness for CognitiveRadio Networks,” IEEE MILCOM’05, 2005. • [4] L. Le and E. Hossain, “OSA-MAC: A MAC Protocol for Opportunistic Spectrum Access in Cognitive RadiNetworks,”IEEE WCNC’08, 2008. • [5] J. Zhao, H. Zheng and G.-H. Yang, “Distributed Coordination inDynamic Spectrum Allocation Networks,” IEEE DySPAN’05, 2005.

  34. REFERENCES • [6] T. Chen et al. “CogMesh: A Cluster-based Cognitive RadioNetwork,” IEEE DySPAN’07, 2007. • [7] Y. R. Kondareddy and P. Agrawal, “Synchronized MAC Protocolfor Multi-hop Cognitive Radio Networks,” IEEE ICC’08, 2008. • [8] P. Bahl, R. Chandra, J. Dunagan, “SSCH: Slotted Seeded ChannelHopping for Capacity Improvement in IEEE 802.11 Ad-HocWireless Networks,” ACM MobiCom’04, 2004. • [9] H.-S. So, W. Walrand, and J. Mo, “McMAC: A ParallelRendezvous Multi-Channel MAC Protocol,” IEEE WCNC’07, 2007.

More Related