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Dynamic Control Channel Assignment in Cognitive Radio Networks using Swarm Intelligence

This paper explores a novel approach for dynamic control channel assignment in cognitive radio networks, utilizing swarm intelligence to efficiently manage control channel selection. By dynamically allocating control channels, it aims to reduce resource consumption, eliminate compatibility issues, and optimize network performance. The study evaluates the effectiveness of the proposed algorithm through simulations and analyses, highlighting the advantages of utilizing swarm intelligence in cognitive radio networks.

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Dynamic Control Channel Assignment in Cognitive Radio Networks using Swarm Intelligence

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Presentation Transcript

  1. Dynamic Control Channel Assignment in Cognitive Radio Networks using Swarm Intelligence Christian Doerr, Douglas C. Sicker, and Dirk Grunwald Urlan Salgado de Barros urlan@inf.ufpr.br Universidade Federal do Paraná 11 de Novembro de 2009 GLOBECOM 2008

  2. Sumário • Introdução • Motivação • Trabalhos relacionados • Gerenciamento dos canais de controle • Atribuição do canal de controle global • Considerações finais

  3. Rádio Cognitivo • Joseph Mitola (1999) • Rádio capaz de se auto-organizar • Funções do rádio cognitivo • Sensoriamento, gerenciamento, mobilidade e compartilhamento do espectro • Artigo publicado em dezembro de 2002 pela FCC (Federal Communications Commission) • Baixo uso de frequências licenciadas • Mark Lewyn: “A televisão é um deserto de desperdício de espectro” 3/16

  4. Introdução • Artigos propõem soluções para o rádio cognitivo • Consideram canal de controle comum, conhecido e global • Estratégias para se encontrar o canal comum • Definir um canal fixo e dedicado  gargalo • Selecionar um canal dinamicamente  overhead 4/16

  5. Motivação • Propôr uma solução que • Selecione o canal de controle dinamicamente • Consuma menos recursos • Remova o overhead gerado • Elimine problemas de compatibilidade e interoperabilidade • Swarm intelligence 5/16

  6. Trabalhos relacionados • Poucasabordagens para gerenciamento dinâmico de canais de controle • Algumas abordagens usam esquemas TDMA • HD-MAC • Comunicação segue uma estrutura de super-frame • Período de broadcast de beacon, janela de coordenação e período de transmissão de dados • Problemas • Sincronização de tempo, overhead de comunicação • Abordagem de Krishnamurthy et al. • Necessidade de GPS  ambiente outdoor 6/16

  7. Gerenciamento dos canais de controle • Nova abordagem • Gerência do canal de controle dinâmica • Não possui os problemas • Overhead • Sincronização de tempo • Compatibilidade do protocolo • Descrição de dois cenários • Homogeneidade do espectro • Heterogeneidade do espectro 7/16

  8. Gerenciamento dos canais de controleCenários • Homogeneidade do espectro • Canal de controle global • Único canal de controle na rede • Heterogeneidade do espectro • Não existe um único canal de controle disponível para todos os nós ao mesmo tempo • Ocorre em grandes áreas 8/16

  9. Gerenciamento dos canais de controleCoordenando redes cognitivas  Swarm intelligence • O que é Swarm Intelligence? • Comportamento de sistemas auto-organizáveis e descentralizados • Exemplos: colônias de formigas e bactérias, sistema imunológico (endócrino, dendríticas), exame de abelhas, entre outros • Coordenar redes de rádio cognitivo empregando Swarm Intelligence • Escola de peixes 9/16

  10. Gerenciamento dos canais de controleFundamento biológico • Cada indivíduo segue três regras simples • Coesão (a) • Evitar obstáculos (b) • Alinhamento (c) • Informações relevantes são propagadas para os vizinhos próximos 10/16

  11. Atribuição do canal de controle globalDeclaração do problema • Investigam a performance de adaptação do algoritmo • Formalizam o problema de atribuição do canal de controle comum • Formalização  GLPK (Gnu Linear Programming Kit) 11/16

  12. Atribuição do canal de controle globalAvaliação • Software • |N| nós e |N / 2| exigências de controle de fluxo • Cada experimento replicado 1000 vezes • Hardware • 3 e 4 laptops conectados • Chipset Atheros + Driver MadWifi • Experimentos replicados 25 vezes 12/16

  13. Atribuição do canal de controle globalAvaliação da performance e comparação • 10 – 15 iterações  80% dos fluxos de controle teóricos • 10 – 50 iterações  próximo a perfeição • Escalabilidade é apenas uma questão • Algoritmo atinge bons níveis de performance em poucos passos 13/16

  14. Atribuição do canal de controle globalSumário • Algoritmos baseados em Swarm Intelligence para escolha do canal de controle • Operam somente na informação local • Operam seguindo regras simples • Excelente performance do algoritmo 14/16

  15. Considerações FinaisAutores • Solução para atribuição do canal de controle comum • Swarm Intelligence gerenciar a atribuição dos canais de controle dinamicamente • Algoritmo realiza a coordenação da rede • Sem necessidade de troca de mensagens • Reduzindo o overhead • Sem necessidade de sincronização 15/16

  16. Considerações FinaisUrlan • Artigo exalta o problema do canal de controle comum • Explica as regras seguidas por cada indivíduo • Resultados animadores • Avaliar outras métricas • Taxa de entrega, influência do overhead gerado na rede, etc. • Existe a necessidade de base • Antigos artigos do autor • Swarm Intelligence • Rádio Cognitivo 16/16

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