Trong phần trên chúng ta đã trình bày phƣơng pháp tối ƣu các tham số cảm biến cho từng dải tần. Tuy nhiên trên thực tế, để có thể có nhiều những cơ hội phổ hơn, ngƣời dùng vô tuyến nhận thức phải khám phá nhiều dải tần khả dụng khác nhau. Để có thể làm việc với nhiều dải tần thì có hai phƣơng thức cảm biến đƣợc đƣa ra: cảm biến dải rộng và cảm biến tuần tự. Trong cảm biến dải rộng, bộ thu phát cảm biến có thể đồng thời cảm biến nhiều dải tần trên một phạm vi tần số rộng lớn. Mặc dù cảm biến dải rộng chỉ yêu cầu một bộ thu phát nhƣng nó lại sử dụng những tham số cảm biến giống nhau trên nhiều dải tần số mà không quan tâm đến những đặc điểm khác nhau của những dải tần này. Điều đó sẽ gây ra sự vi phạm về giới hạn nhiễu. Ngoài ra, phƣơng pháp này cũng yêu cầu một bộ chuyển đổi tƣơng
55
tự số ADC tốc độ rất cao. Trái ngƣợc với cảm biến dải rộng, trong cảm biến tuần tự, bộ thu phát cảm biến sẽ chỉ giám sát một dải tần trong một thời điểm. Điều này cho phép sử dụng các tham số cảm biến phù hợp với đặc điểm của từng dải tần số. Tuy nhiên, ngƣời sử dụng không thể có đủ các bộ thu phát để có thể khám phá nhiều dải tần số nên cần phải có giai đoạn lựa chọn và lập lịch trong cơ cấu cảm biến phổ trong hệ thống vô tuyến nhận thức nhiều ngƣời sử dụng. Ở đây chúng ta giả sử rằng tất cả ngƣời dùng vô tuyến nhận thức sử dụng phƣơng pháp cảm biến tuần tự để thực hiện cảm biến một phạm vi tần số rộng lớn. Sau đây chúng ta sẽ trình bày phƣơng pháp lựa chọn và lập lịch cho cảm biến phổ.
2.4.3.1 Những khái niệm chung
Các dải phổ sẽ có thời gian cảm biến và thời gian truyền dẫn khác nhau phụ thuộc vào những đặc trƣng của chúng. Nếu ngƣời dùng vô tuyến nhận thức đƣợc yêu cầu phải khám phá tất cả các dải tần khải dụng thì số lƣợng bộ thu phát cảm biến cần sẽ là : 𝑡𝑠,𝑖∗ 𝑇𝑖∗+ 𝑡𝑠,𝑖∗ 𝑖∈𝐴 (2.24) Trong đó: - A: số lƣợng dải tần cần cảm biến
- Ti*: thời gian truyền dẫn
- ts*,i: thời gian cảm biến tối ƣu cho dải tần thứ i
Tuy nhiên do ngƣời dùng vô tuyến nhận thức ói chung có số lƣợng bộ thu phát hạn chế nên nó không thể giám sát đƣợc tất cả các dải tần. Do đó, thay vì phải cảm biến toàn bộ, cảm biến kiểu lựa chọn sẽ khả thi hơn trong vô tuyến nhận thức. Để lựa chọn những dải tần một cách đúng đắn dƣới giàng buộc về nguồn lực cảm biến, chúng ta có một khái niệm mới là dung lƣợng cảm biến theo cơ hội.
Dung lƣợng cảm biến theo cơ hội Ciop là dung lƣợng truyền dẫn của dải tần i
mà ngƣời dùng vô tuyến nhận thức có thể đạt đƣợc, tính theo công thức sau: 𝐶𝑖𝑜𝑝 = 𝜂𝑖. 𝜌𝑖. 𝑊𝑖. 𝑃𝑜𝑓𝑓 ,𝑖 (2.25)
56 Trong đó:
- 𝜂𝑖: hiệu suất truyền dẫn
- Wi : độ rộng băng tần
- Poff,i : xác suất trạng thái dỗi của dải tần i
- 𝜌𝑖[bit/s/Hz]: hiệu quả phổ của tần i
𝜌𝑖 phụ thuộc vào sơ đồ mã kênh và các tham số điều chế. Wi tỷ lệ với tốc độ truyền dẫn mà dải tần này có thể hỗ trợ. Để phản ánh bản chất động của các dải tần trong vô tuyến nhận thức, Ciop cũng xem xét đến cả hiệu quả truyền dẫn và xác suất xảy ra trạng thái rỗi.
2.4.3.2 Lựa chọn phổ
Phƣơng thức lựa chọn phổ ở đây cần cực đại hóa dung lƣợng truyền dẫn theo cơ hội cho mạng vô tuyến nhận thức . Bài toán đặt ra là:
𝜂𝑖. 𝜌𝑖. 𝑊𝑖. 𝑃𝑜𝑓𝑓 ,𝑖 đạ𝑡 𝑔𝑖á 𝑡𝑟ị 𝑐ự𝑐 đạ𝑖 𝑡𝑠,𝑖∗
𝑇𝑖∗+ 𝑡𝑠,𝑖∗ 𝑖∈𝐴
𝑥𝑖 ≤ 𝑁𝑠𝑒𝑛 (2.26)
Trong đó, Nsen là số lƣợng bộ thu phát lớn nhất dùng cho cảm biến phổ, xi
thuộc khoảng (0,1) biễu diễn tham sốlựa chọn phổ. Việc tối ƣu này có thể đƣợc giải quyết dễ dàng một chƣơng trình số nguyên nhị phân. Một dải phổ đƣợc lựa chọn, bộ thu phát đƣợc yêu cầu xếp lịch để cảm biến dải phổ đó.
2.4.3.3 Lập lịch cảm biến phổ cho nhiều dải tần
Một vấn đề cảm biến thực tế trong những mạng có nhiều dải tần mỗi dải tần có một chu kỳ cảm biến tối ƣu: (Ti*+ ts*,i ) khác nhau. Dải tần đƣợc chọn thì bộ thu phát cảm biến đƣợc yêu cầu lập lịch để cảm biến. Tuy nhiên, những chu kỳ cảm biến không đồng nhất của mỗi dải phổ sẽ gây ra sự xung đột trong hoạt động cảm biến, làm suy giảm dung lƣợng truyền dẫn mạng vô tuyến nhận thức. Do đó, cần phát triển một phƣơng pháp lập lịch cảm biến phổ mới để làm giảm xung đột trong kế hoạch cảm biến. Phƣơng pháp lập lịch này sẽ tập trung giải quyết vấn đề làm thế nào để bộ thu phát cảm biếnđƣợc lập lịch cảm biến nhiều dải tần và thích ứng các
57
chu kỳ cảm biến tốiƣu của mỗi dải tần. Ở đây, chúng ta giả sử rằng mạng vô tuyến nhận thức chọn việc lập lịch cảm biến theo từng khe thời gian, nghĩa là một khe thời gian đƣợc sử dụng nhƣ là đơn vị nhỏ nhất của thời gian quan sát và thời gian cảm biến.
Nếu nhiều dải tần cạnh trạnh khe thời gian tại cùng một thời điểm thì ngƣời dùng vô tuyến nhận thức sẽ chọn một trong những dải tần đó dựa trên chi phí cơ hội (Opportunity Cost). Chi phí cơ hội đƣợc định nghĩa là tổng của dung lƣợng cảm biến mong muốn của các dải tần bị nghẽn nếu một trong những dải tần đang cạnh tranh đó đƣợc chọn. Nhiệm vụ cảm biến hiện tại đƣợc phân cho một trong những dải tần cạnh tranh sao cho cực tiểu hóa chi phí cơ hội. Đây đƣợc gọi là thuật toán lập lịch phục vụ chi phí nhỏ nhất trƣớc LCFS (Least Cost First Serve). Để lập lịch một cách công bằng thì phƣơng pháp LCFS không chỉ xem xét đến chi phí cơ hội đối với thời gian cảm biến phổ trong tƣơng lai mà còn quan tâm đến dung lƣợng bị nghẽn trong quá khứ. Thông thƣờng, vơi thủ tục này, thuật toán LCFS sẽ phân khe thời gian hiện tại cho một dải tần sao cho tổng của giá trị chi phí cơ hội và dung lƣợng cơ hội bị nghẽn của những dải tần khác là nhỏ nhất.
Quá trình lập lịch cảm biến sẽ diễn ra nhƣ sau. Khi một chu kỳ cảm biến bắt đầu, ngƣời dùng vô tuyến nhận thức sẽ kiểm tra trạng thái của khe thời gian hiện thời. Nếu khe thời gian hiện thời đã đƣợc chiếm bởi một dải phổ khác rồi thì tất cả những dải phổ cạnh trạnh sẽ đi vào giai đoạn bị nghẽn. Khi khe thời gian sẵn sàng, những ngƣời dùng vô tuyến nhận thức phân khe thời gian hiện tại cho một trong những dải tần đang cạnh tranh. Những dải tần còn lại sẽ nghẽn lại chờ đến khe thời gian khả dụng tiếp theo. Khi khoảng quan sát ts kết thúc thì dải phổ sẽ bƣớc vào giai đoạn phát dữ liệu và khe thời gian hiện tại sẽ là khả dụng cho những dải tần khác.