Khi kênh báo cáo của CR gặp phải hiện tượng Shadowing thì quyết định của nó sẽ không gửi được tới bộ nhận chung. Vì vậy mà cực đại của cooperative diversity đạt được trong CSS sẽ bị giảm. Giả sử rằng CR thứ i thất bại trong việc gửi quyết định của nó tới bộ nhận chung vì hiện tượng Shadowing. Khi đó thì công suất tín hiệu nhận được tại bộ nhận chung sẽ yếu đến nỗi bị hòa vào trong nhiễu. Bộ nhận chung sẽ đưa ra một quyết định ngẫu nhiên giữa H0 và H1 vì CR thứ i lúc này không còn đáng tin cậy. Một mạng có nhiều CR không đáng tin cậy như vậy sẽ làm giảm khả năng CSS. Để giải quyết vấn đề này, tại bộ thu chung sẽ đánh giá SNR của tín hiệu nhận được. Nếu SNR nhỏ hơn một mức ngưỡng cho trước thì CR đó mới bị cho là không đáng tin cậy. Dưới sự giám sát của bộ thu chung, CR không đáng tin cậy có thể chuyển tiếp kết quả cảm biến phổ của nó cho một CR khác có trạng thái kênh truyền đủ tốt như hình dưới đây
Hình 3.4 Phân tập chuyển tiếp cho cảm biến phổ kết hợp
3.6.4.3 Phân tập đa ngƣời dùng cho cảm biến phổ kết hợp
Để giảm xác suất lỗi báo cáo, chúng ta có thể phân tập đa người dùng trong CSS. Hình dưới đây minh họa cho phương pháp này.Ở đây mạng được phân cấp thành hai lớp. Trong lớp đầu tiên, CR nào có SNR cao nhất sẽ được chọn là CR chính, các CR còn lại sẽ hướng kết nối của mình về CR chính này. Mỗi một CR sẽ
gửi quyết định cảm biến phổ của mình về cho CR chính, và tại đây CR chính sẽ tổng hợp các quyết định dựa vào luật OR để đưa ra quyết định của mình. Ở tầng thứ hai hay là tầng cao hơn, các CR chính sẽ kết nối trực tiếp với bộ nhận chung. Dựa vào các quyết định do các CR chính gửi về, bộ nhận chung sẽ đưa ra quyết định cuối cùng dựa vào luật OR.
Hình3.5 Phân tập đa người dùng cho cảm biến phổ kết hợp
Ưu điểm của phương pháp này là chỉ CR nào có SNR cao nhất mới được làm CR chính, việc này giúp làm giảm xác suất lỗi báo cáo. Ngoài ra tổng số bit báo cáo gửi về cho bộ nhận chung sẽ được giảm đáng kể vì không phải tất cả các CR trong mạng mà chỉ có các CR chính mới được phép gửi báo cáo về cho bộ nhận chung. Điều này giúp làm giảm băng thông cho kênh truyền.
3.6.4.5 Quyết định bị thiếu cho cảm biến phổ kết hợp (Censored decision)
Đối với mạng CSS có số lượng CR lớn, tổng số bit quyết định của các CR truyền về cho bộ thu chung sẽ rất lớn và nó đòi hỏi việc băng thông kênh truyền và kết quả trong một khoảng thời gian cảm biến dài. Chúng ta biết rằng quyết định của mỗi CR là D ∊ {0,1}, D nhận được bằng cách so sánh giá trị quan sát của CR đó (kí hiệu là O) với một mức ngưỡng cho trước λ.
Giá trị quan sát O nằm trong vùng lân cận của λ sẽ không còn đáng tin cậy do nhiễu. Để loại trừ điều này, một quyết định bị thiếu sẽ được sử dụng trong CSS.
định cảm biến phổ D về cho bộ nhận chung. 1 2 0, 0 1, O D O (3.14)
Còn nếu λ1 < O < λ2 thì CR sẽ không gửi bất cứ gì cho bộ nhận chung. Xác suất trường hợp này xảy ra được cho bởi:
K 1 Prob{1 O 2} ( 3.15)
Vì mỗi CR được phép gửi thì chỉ gửi một bit quyết định về cho bộ nhận chung. Cho nên chính là tỉ số giữa tổng số bit quyết định được gửi về cho bộ nhận chung trên tổng số K CR của mạng. Vì vậy tổng số bit quyết định trung bình sẽ là K. Phương pháp này giúp giảm số lượng bit quyết định gửi về cho bộ nhận chung mà không cần tác động nhiều đến quá trình cảm biến phổ. Đó là nhờ việc loại bỏ không truyền những quyết định cảm biến phổ không đáng tin cậy về cho bộ nhận chung.
3.7 Kết luận chƣơng
Với việc tìm hiểu các phương pháp cảm biến phổ trong hệ thống vô tuyến nhận thức đã đưa ra cho chúng ta cách nhìn nhận về cách thức làm việc của hệ thống. Đây là những kiến thức nền tảng giúp chúng ta đi sâu nghiên cứu và tìm hiểu về mạng vô tuyến này.
CHƢƠNG 4: ỨNG DỤNG CỦA VÔ TUYẾN NHẬN THỨC
4.1 Giới thiệu chƣơng
Với việc sử dụng linh hoạt phổ tần số trong điều kiện giới hạn, vô tuyến nhận thức mở ra cơ hội ứng dụng trong nhiều trường hợp của cuộc sống. Trong chương này sẽ giới thiệu một vài ứng dụng của hệ thống vô tuyến nhận thức để chúng ta có thể nhìn nhận vai trò to lớn của nó.
4.2 Lĩnh vực chính phủ
Vô tuyến thông minh được ứng dụng trong an toàn công cộng và ứng phó với trường hợp khẩn cấp như thảm họa. Vì các mạng khẩn cấp liên quan tới thông tin khẩn nên cần đảm bảo truyền thông tin cậy với trễ nhỏ nhất. Thêm vào đó, truyền thông khẩn cấp yêu cầu một lượng phổ đáng kể để xử lí lượng lưu lượng rất lớn, bao gồm thoại, video, và dữ liệu. Các mạng vô tuyến nhận thức có thể cho phép sử dụng phổ sẵn có bằng cách duy trì ưu tiên truyền thông và thời gian đáp ứng.
Một số trường hợp điển hình ứng dụng vô tuyến nhận thức để giải quyết vấn đề của chính phủ trong bảo vệ, an ninh, an toàn, và tình huống thảm họa .
4.3 Quản lí và cứu hộ trong tình huống thảm họa
Trong trường hợp thảm họa xảy ra, mạng không dây cá nhân như mạng điện thoại có thể không hoạt động và khoảng phổ dùng cho an ninh công cộng có thể quá tải bởi số lượng các kết nối khẩn cấp. Lúc này vô tuyến nhận thức có thể sử dụng những khoảng phổ trống cả có phép hoặc không phép và các thiết bị mạng không đồng nhất để thiết lập và duy trì kết nốikhẩn cấp tạm thời. Ví dụ nó có thể thiết lập kết nối trên băng GSM sử dụng điểm truy cập WLAN.
Hình 4.1 Ứng dụng vô tuyến nhận thức trong thói quen người dùng
4.4 Cứu hỏa
Cứu hỏa đóng vai trò quan trọng trong việc giải quyết các thảm họa: cháy nhà, cháy rừng.... Nói chung lính cứu hỏa phải làm việc trong môi trường thay đổi liên tục do đó thông tin phải được cập nhật liên tục. Chẳng hạn như trong thảm họa cháy rừng thì các thông tin cần thiết là nhiệt độ, tốc độ gió và hướng gió, số lượng lính cứu hỏa. Vô tuyến nhận thức sẽ thiết lập kết nối hiệu quả nhất tùy vào điều kiên kênh truyền (sức gió, độ nóng, độ ẩm) nhằm duy trì việc trao đổi thông tin giữa lính cứu hỏa và bộ phận chỉ huy.
4.5 Chống tội phạm
Các thông tin liên quan đến tội phạm rất quan trọng trong quá trình điều tra và phải mang tính bảo mật. Vô tuyến nhận thức giúp việc trao đổi các thông tin đó một cách nhanh chóng và mang tính bảo mật cao, ngăn chặn người dùng không xác thực đánh cắp thông tin.
Ngoài ra vô tuyến nhận thức còn ứng dụng trong một số lĩnh vực công cộng khác.
4.6 Điều khiển giao thông (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Giao thông là một vấn đề lớn đặc biệt là vào giờ cao điểm. Trung tâm quản lí giao thông sẽ truyền các thông tin về vị trí giao thông tắc nghẽn, dự đoán và đưa ra con đường thay thế cho người đang tham gia giao thông nhờ vào hệ thống vô tuyến
nhận thức. Tại các cột đèn báo hiệu giao thông, dựa vào thông tin nhận được về lưu lượng người trên các hướng để quyết định đèn xanh và đỏ sẽ sáng trong bao lâu.
4.7 Y tế
Trong tình huống cấp cứu: các xe cấp cứu được trang bị hệ thống liên lạc không dây để truyền các thông tin về bệnh nhân về trung tâm điều khiển. Những thông tin này cần băng thông rộng để truyền cả tín hiệu thoại và video về tình trạng bệnh nhân để có thể chẩn đoán và đưa ra phương pháp điều trị kịp thời. Do vậy vô tuyến nhận thức được ứng dụng nhằm đảo bảo sự nhanh chóng, thông suốt và tin cậy của thông tin.
Công nghệ y sinh: Công nghệ này gắn các thiết bị điện tử vào cơ thể con người để thay thế một số bộ phận và báo cáo các thông tin khi cần thiết. Vô tuyến nhận thức có khả năg phát hiện các mô bất thường hay tế bào máu trong cơ thể con người và báo cáo cho bác sĩ. Nó đóng vai trò quan trọng trong việc cứu người.
Trợ giúp cho người mù: Vô tuyến nhận thức đóng vai trò như đôi mắt của người mù. Nó có thể nhận các thông tin về khu vực an toàn để đi, thời gian an toàn để băng qua đường và con đường đi từ nhà đến công sở hay các nơi khác.Từ đó nó sẽ đưa ra chỉ dẫn về đường đi cho người mù.
4.8 Môi trƣờng
Dự báo thời tiết: Mạng lưới cảm biến dược dùng để phát hiện các thông số thời tiết như nhiệt độ, tốc độ gió, áp suất không khí, độ ẩm trong thời gian dài. Nếu chúng được trang bị khả năng nhận thức, chúng có thể liên lạc qua lại mà không cần sự can thiệp của con người. Bằng cách này các cảm biến sẽ phát hiện, thu thập, và chia sẻ thông tin để tối ưu hóa hoạt động. Sau khi được thu thập đầy đủ, dữ liệu được gửi về trung tâm điều khiển bởi cảm biến gần nhất để tối ưu công suất sử dụng, mạng sử dụng và thời gian trễ.
Kiểm soát ô nhiễm không khí: phát hiện tạp chất trong không khí là ưu tiên chính để bảo vệ sức khỏe con người. Vô tuyến nhận thức có thể ước lượng thông minh tạp
nhận thức điều chỉnh phụ thuộc vào các yếu tố khác.
Hiện tượng nóng lên toàn cầu: đây là đề tài nóng trong thế giới hiện đại nơi mà môi trường bị ô nhiễm bởi sự phát triển công nghiệp, giao thông… Kết quả là trái đất ngày càng nóng lên và làm tan băng ở hai cực làm tăng mực nước biển và đe dọa cuộc sống của nhiều sinh vật. Để tính toán tình huống thảm khốc này và thiết lập biện pháp phòng ngừa. Do vậy cần theo dõi đường đi của sự thay đổi địa lí và thời tiết bằng cách sử dụng thiết bị tự điều khiển và báo cáo dữ liệu về trung tâm như vô tuyến nhận thức.
4.9 Quân đội
Một trong những ứng dụng tiềm năng nhất của mạng Vô tuyến thông minh là môi trường vô tuyến trong quân đội. Các mạng Vô tuyến thông minh có thể cho phép các vô tuyến quân đội lựa chọn băng tần số trung tần (IF), sơ đồ điều chế và sơ đồ mã hóa tùy ý, thích ứng với môi trường vô tuyến biến đổi của chiến trường. Các mạng quan đội này cũng cần bảo mật cao và bảo vệ thông tin trong môi trường có địch. Các mạng Vô tuyến thông minh có thể cho phép nhân viên quân đội thực hiện chuyển giao phổ để tìm băng phổ an toàn cho chính họ và các phe đồng minh của họ.
4.10 Kết luận chƣơng
Vô tuyến nhận thức có khả năng ứng dụng rộng tãi trong nhiều lĩnh vực, mở ra lĩnh vực nghiên cứu rộng rãi với nhiều hướng đi mới. Vô tuyến nhận thức giúp giải quyết nhiều vấn đề đang tồn tại trong hệ thống vô tuyến hiện nay, đặc biệt là sự khan hiếm phổ tần số.
CHƢƠNG 5: MÔ PHỎNG CẢM BIẾN NĂNG LƢỢNG
5.1 Giới thiệu chƣơng
Để hiểu rõ hơn về lý thuyết cảm biến phổ vô tuyến nhận thức, chúng ta sẽ đi vào mô phỏng một phương pháp cảm biến phổ cơ bản. Từ kết quả mô phỏng chúng ta sẽ kiểm chứng lại nghiên cứu về lý thuyết ở chương 3.
5.2 Cảm biến và quyết định sử dụng phổ
Quá trình dò tìm và quyết định sử dụng dải phổ nếu nó trống của vô tuyến nhận thức có thể được mô phỏng như sau.
Vô tuyến nhận thức đang quan sát dải băng tần từ 0-6 KHz. Trong dải băng tần này có 5 tín hiệu PU đang hoạt dộng với tần số sóng mang Fc lần lượt là 1KHz, 2KHz, 3KHz, 4KHz, 5KHz.
Xét trường hợp dải phổ trên đang bị đầy bởi các PU như hình 10.1. Khi đó, CR sẽ lần lượt cảm biến từng khoảng phổ tần số trong dải băng tần. Sau khi cảm biến phổ, nó sẽ đưa ra kết quả là không có kho ảng phổ nào trống trong dải băng tần đang quan sát. Do vậy nó sẽ quyết định không sử dụng khoảng phổ để tránh gây nhiễu lên các PU.
0 1 2 3 4 5 6 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 P o w e r/ fr e q u e n c y ( d B /H z )
phát hiện sự trống phổ thì sẽ lập tức chèn người dùng CR vào vị trí trống. 0 1 2 3 4 5 6 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 Frequency (kHz) P o w e r/ fr e q u e n c y ( d B /H z )
Power Spectral Density
Hình 5.2 Quá trình cảm biến và sử dụng phổ của CR
5.3 Phƣơng pháp cảm biến dựa vào năng lƣợng
Chất lượng của bộ phát hiện năng lượng được đặc trưng bởi đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa xác suất phát hiện trung bình Pd và SNR của tín hiệu ứng với một
giá trị xác suất cảnh báo sai nhất định. Ứng với một mức SNR chúng ta sẽ có một xác suất phát hiện đúng. -20 -15 -10 -5 0 5 10 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 Pd and SNRdB SNRdB Pd
Hình 5.3 Mối quan hệ giữa Pd và SNR (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Để đánh giá chất lượng của phương pháp cảm biến năng lượng, ngoài việc thể hiện đường cong đặc tính của Pd và SNR chúng ta còn phải quan tâm tới đường đặc tính máy thu: đường này thể hiện mối quan hệ giữa Pd và Pf ứng với một giá trị SNR nhất định. Mô phỏng với mức SNR =-5, cho ta thấy: muốn tăng Pd thì đồng thời ta cũng phải trả giá bằng việc tăng Pf .
10-1 100
100
SNR=-5
quả mô phỏng tiếp theo sẽ cho ta thấy rằng khi giảm mức ngưỡng thì Pd tăng lên những đồng thời xác suất Pf cũng tăng lên theo. Từ đó đặt ra bài toán là bạn cần chọn mức ngưỡng bao nhiêu để xác suất Pd là lớn nhất.
1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 Pd, Pf and Threshold Decision Threshold P d & P f Pd Pf
Hình 5.5 Mối quan hệ Pd và Pf với mức ngưỡng
5.4 Kết luận chƣơng
Chúng ta đã thực hiện mô phỏng quá trình cảm biến năng lượng trong hệ thống vô tuyến nhận thức, nhận xét và đánh giá một số kết quả mô phỏng. Trong giới hạn đồ án và khả năng tìm hiểu của nhóm chỉ thực hiện mô phỏng phương pháp đầu tiên để có sự đánh giá và khái quát lý thuyết đã thực hiện trước đó.
Vo tuyến nhận thức là một lĩnh vực vô cùng mới mẻ, mang lại lợi cao khi được đưa vào ứng dụng. Trong phạm vi đồ án chuyên ngành, chúng em mới đi tìm hiểu về nguyên lý của hệ thống, thực hiện mô phỏng một phương pháp trong quá trình cảm biến phổ.
Trong quá trình làm thực hiện đồ án không tránh khỏi những khó khăn, cả chủ quan lẫn khách quan: sự mới mẻ của đề tài, hạn chế của kiến thức cá nhân.
Quá trình phát triển và vấn đề thiếu hụt phổ tần số làm cho việc cải thiện hệ thống vô tuyến là điều cần thiết. Vô tuyến nhận thức ra đời đang có hướng phát triển mạnh mẽ. Với đề tài này, có thể phát triển và hoàn thiện mô phỏng các phương pháp đã có và phát triển phương án mới. Thực hiện mô phỏng toàn mạng vô tuyến nhận thức.
Đồng thời, nghiên cứu đưa hệ thống vô tuyến nhận thức vào thực tế là một điều thiết yếu hiện nay.