Cognitive radio network mạng vô tuyến nhận thức

Cognitive Radio Network Mạng Vơ Tuyến Nhận Thức Nhóm Nguyễn Quang Thiện - N16DCVT077 Nguyễn Văn Trung - N16DCVT087 Cognitive Radio (CR) I Giới Thiệu II Kiến Trúc Vật Lý III Chức Năng IV Mơ Hình Mạng Vơ tuyến nhận thức (underlay, overlay) V Cấu trúc mạng, ưu nhược điểm VI Ứng dụng thách thức I.Giới thiệu ◈ Theo báo cáo đo đạc thực địa nhiều nhóm nghiên cứu giới Việt Nam, mức độ chiếm dụng tần số theo thời gian địa điểm luôn nhỏ 50% ◈ Theo thống kê Hội đồng viễn thông liên bang Mĩ (FCC) hiệu suất sử dụng tài nguyên phổ tần số vào khoảng 15% đến 85% Khái niệm Vô Tuyến Nhận Thức ◈ Vô tuyến nhận thức hệ thống có khả nhận biết mơi trường xung quanh điều chỉnh các tham số hoạt động để tối ưu hố hệ thống dạng: tối đa băng thông, giảm can nhiễu, truy nhập phổ tần động - Định nghĩa giáo sư Simon Hayskin - cha đẻ vô tuyến nhận thức : vô tuyến nhận thức hệ thống truyền thơng khơng dây thơng minh có khả nhận biết môi trường xung quanh từ môi trường thích nghi với thay đổi mơi trường cách thay đổi thông số tương ứng (cơng suất truyền, tần số sóng mang, phương pháp điều chế) thời gian thực - Theo IEEE: “Vô tuyến nhận thức hệ thống phát/nhận tần số vô tuyến mà thiết kế để thông minh phát khoảng phổ sử dụng hay không, nhảy (hoặc thoát khỏi cần thiết) nhanh qua khoảng phổ tạm thời không sử dụng khác, nhằm không gây nhiễu cho hệ thống cấp phép khác II Kiến trúc vật lý vô tuyến nhận thức - Gồm thành phần :Hai phận tái cấu hình thơng qua đường điều khiển (control) nhằm thích nghi với điều kiện thay đổi liên tục môi trường Phần cao tầng (RF font end) Khả nhận biết rộng, điều chỉnh đến phần dải phổ rộng lớn Hơn phần cao tần đo lường thông tin phổ từ môi trường để phục vụ cho chức nhận biết phổ Phần xử lý băng gốc (baseband processing unit) Tương tự hệ thống thu phát bình thường Bộ thu phát CR Nếu phần xử lí băng gốc tương tự hệ thống thu phát bình thường phần RF Front-End tạo nên khác biệt tiến CR Phần cao tầng ( RF front end ) III CÁC CHỨC NĂNG CỦA HỆ THỐNG VÔ TUYẾN NHẬN THỨC Cảm biến phổ (spectrum sensing) - Cho phép người dùng thứ phát khoảng phổ trống có hội để tận dụng khoảng tần số mà khơng ảnh hưởng đến hệ thống - Cảm biến phổ chia làm loại : + Occupancy sensing (cảm biến chiếm giữ phổ) + Identity sensing (cảm biến đặc trưng) CÁC CHỨC NĂNG CỦA HỆ THỐNG VÔ TUYẾN NHẬN THỨC 2, Quản Lý Phổ ( Spectrum Management ) - Trong mạng CR, Việc phát phổ không sử dụng thông qua cảm biến phổ Hệ thống vô tuyến nhận thức phải định phổ tốt đáp ứng yêu cầu QoS số phổ sẵn có • • • • • Kĩ thuật quản lý phổ gồm có : + Phân tích phổ: cần thiết để xác định thông số Nhiễu xuyên kênh Suy hao Lỗi liên kết khơng dây Trì hỗn lớp liên kết Thời gian chiếm giữ 10 CÁC CHỨC NĂNG CỦA HỆ THỐNG VÔ TUYẾN NHẬN THỨC 4, Chia Sẽ Phổ ( spectrum sharing ) b, Các phương pháp chia phổ tầng - Kiến trúc : + Tập trung + Phân tán - Cách cấp phát phổ : + Hợp tác + Không hợp tác - Công nghệ truy cập phổ tần : + Overlay (chồng lấn ) + Underlay ( chím dưới/dạng ) + Interweave ( xen kẽ ) 13 IV Mơ Hình Mạng Vơ Tuyến nhận thức Underlay,Overlay - - Hệ thống vô tuyến nhận thức chia thành hai loại mạng: mạng sơ cấp mạng thứ cấp Ở mạng sơ cấp, người dùng sơ cấp PU có quyền sử dụng tần số lúc Ngược lại, người dùng thứ cấp SU khơng có quyền sử dụng tần số Vì vậy, người dùng sử dụng tần số khơng bị người dùng sơ cấp PU chiếm dụng 14 Giải pháp Trong hoàn cảnh phổ tầng ngày khan việc sử dụng phổ tầng lại không hiệu Giải pháp hai loại người dùng PU SU chia phổ tầng với Nói cách khác, để hai mạng sơ cấp thứ cấp sử dụng băng tần cách hiệu cần có phương thức chia phổ tần hiệu để đảm bảo QoS cho mạng sơ cấp Chia phổ tầng dạng ( underlay ) Chia phổ tầng chồng lấp ( overlay ) 15 Chia phổ tầng dạng - Trên băng tần cho phép hai hệ thống hoạt động cách đồng thời Mặc dù vậy, để áp dụng kỹ thuật này, người dùng thứ cấp bị ràng buộc công suất phát 16 Người sử dụng mạng SU sử dụng công nghệ trải phổ CDMA UWB để chia sẻ băng tần với người sử dụng sơ cấp. Việc sử dụng công nghệ trải phổ giúp cho SU dùng tràn lên băng tần PU người sử dụng cấp phép có sử dụng phổ tần hay khơng.   Nhược điểm : - SU phải kiểm sốt cơng suất phát để tránh gây nhiễu lên PU - Máy phát thứ cấp cần phải biết thông tin kênh truyền lý tưởng (không trễ không lỗi).Tuy nhiên thực tế, thơng tin kênh truyền có trễ có lỗi dẫn đến thực tế hệ thống thứ cấp đảm bảo mức can nhiễu quy định máy thu sơ cấp 17 2.Chia phổ tầng dạng chồng lấp - - Trong phương pháp này, máy thu phát SU truy cập vào phần phổ tần cấp phép PU không sử dụng phần phổ tần Thực tế phương pháp việc ghép kênh phân chia theo thời gian SU PU, nhiễu tới PU nhỏ Nhược điểm : Hiệu mạng thứ cấp phương pháp thấp can nhiễu từ phát sơ cấp lên nhận thứ cấp chia sẻ công suất phát thứ cấp cho tín hiệu sơ cấp máy phát thứ cấp 18 So sánh giữu underlay overlay 19 V Cấu trúc mạng Ưu Nhược điểm CR Cấu trúc mạng - Mạng vô tuyến nhận thức tồn hai dạng có cấu trúc khơng có cấu trúc Có cấu trúc Các phần tử mạng giao tiếp với thơng qua trạm gốc (hoặc nút chủ) tần số quyền tần số khơng quyền Trong mơ hình mạng, có phần tử quản lý phổ (Spectrum broker), giúp trao đổi thông tin tần số (lỗ phổ) hệ thống vơ tuyến nhận thức Khơng có cấu trúc (ad-hoc networks) Các phần tử mạng kết nối với thơng qua kết nối ad-hoc Mơ hình mạng khơng có cấu trúc thường sử dụng mạng cảm biến, thu thập thông tin 20 Ưu Nhược điểm CR a Ưu điểm - Trong bối cảnh khan phổ tần ,vô tuyến nhận thức nghiên cứu ứng dụng hầu hết mạng vô tuyến như: WLAN (IEEE 802.11 a/g/h/n), WPAN (IEEE 802.15.x UWB, Bluetooth), WMAN (IEEE 802.16 Wimax), WRAN b Nhược điểm - Xác định trì đường định tuyến tối ưu - Quản lí mạng hiệu - Thiết lập kênh điều khiển tương thích - Độ phức tạp phần cứng tăng 21 VI Ứng dụng thách thức a Ứng dụng Ứng dụng thông tin không dây nhận thức 22 Ứng dụng thách thức b Ứng dụng tối ưu hóa nâng cao chất lượng Phần cứng phần mềm • Giảm việc nhu cầu thay phần cứng • Giá thành vận hành, thay thế, nhân cơng thấp • Sẵn sàng cho nhiều ứng dụng • Tự điều khiển cơng suất thíc hợp với chất lượng kết nối • Mạng: Tối ưu lớp ngang, tối ưu đường truyền,an ninh mạng… 23 Ứng dụng thách thức c Ứng dụng dịch vụ hệ thống không dây 24 Thách thức 25 26 THANK You a lot ! 27 ... Interweave ( xen kẽ ) 13 IV Mơ Hình Mạng Vơ Tuyến nhận thức Underlay,Overlay - - Hệ thống vô tuyến nhận thức chia thành hai loại mạng: mạng sơ cấp mạng thứ cấp Ở mạng sơ cấp, người dùng sơ cấp PU... tần động - Định nghĩa giáo sư Simon Hayskin - cha đẻ vô tuyến nhận thức : vô tuyến nhận thức hệ thống truyền thơng khơng dây thơng minh có khả nhận biết môi trường xung quanh từ môi trường thích... CHỨC NĂNG CỦA HỆ THỐNG VÔ TUYẾN NHẬN THỨC 2, Quản Lý Phổ ( Spectrum Management ) - Trong mạng CR, Việc phát phổ không sử dụng thông qua cảm biến phổ Hệ thống vô tuyến nhận thức phải định phổ tốt