Tez No	İndirme	Tez Künye	Durumu
408751	Bu tezin, veri tabanı üzerinden yayınlanma izni bulunmamaktadır. Yayınlanma izni olmayan tezlerin basılı kopyalarına Üniversite kütüphaneniz aracılığıyla (TÜBESS üzerinden) erişebilirsiniz.	QoS aware spectrum management framework in cognitive radio networks / Bilişsel radyo ağlarında servis kalitesine dayalı spektrum yönetimi Yazar:BERK CANBERK Danışman: PROF. DR. SEMA FATMA OKTUĞ Yer Bilgisi: İstanbul Teknik Üniversitesi / Bilişim Enstitüsü / Bilgisayar Bilimleri Ana Bilim Dalı Konu:Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control Dizin:	Onaylandı Doktora İngilizce 2011 129 s.
Günümüzde kablosuz ağ tasarlanırken, resmi birimler tarafından düzenlenen ve kontrol edilen sabit spektrum lisans dağıtım sözlesmeleri dikkate alınır. Bu dağıtılan spektrumun büyük bir kısmı düzensiz bir sekilde kullanıldığından spektrum bantları verimsiz kullanılmaktadır. Yetkili kurumlar tarafından statik olarak dağıtılmıs olan spektrumun kullanımını dinamik hale getirerek kullanımdaki verimsizliğin giderilmesi amaçlanmaktadır. Bu bağlamda, Bilissel Radyo adı verilen teknoloji ile, kablosuz kullanıcılara değisik frekanslarda dinamik olarak çalısma olanağı tanınmaktadır. Bilissel radyolar dinamik spektrum erisim teknikleri ile bu sorunları çözmek için önerilmis bir teknolojidir. Bu teknoloji temeliyle olusturulan ağlara Bilissel Radyo Ağları denmekte, bu ağın kullanıcılarına, seyrek kullanılan lisanslı frekanslar arasında geçis yaptırılarak, iletisim olanağı verilmektedir. Bilissel Radyo Ağlarında olusturulan spektrum yönetimi, spektrumu kullanma hakkına sahip birincil kullanıcılara engel olmadan, elverisli spektrum bandlarının bulunması ve bunun ikincil kullanıcılar arasında paylastırılması olarak tanımlanabilir. Bilissel ağ kullanıcısına sağlanan bu dinamik özellik, frekansın lisanslı gerçek kullanıcısıyla girisim yapmaması kosuluyla verilmektir. Böylece bilisim radyo ağı kullanıcıları, lisanslı kullanıcıların sahip olduğu frekansı seyrek kullanmasından faydalanarak, o frekansta iletisime geçmektedir. Lisanslı kullanıcının sahip oluğu bu frekansa geri dönmesi halinde, bilissel kullanıcılar frekansı bosaltmakla ve lisanslı kullanıcıyla girisime geçmemekle yükümlüdürler. Buradaki elverisli spektrum bandları, değisik spektrum sezme teknikleriyle belirlenir. Elverisli spektrum sadece hattın zaman degisim karakteristiklerinden değil, birincil kullanıcıların spektrumu kullanma aktivitelerine göre değisiklik gösterir. Ikincil kullanıcılar (Bilissel ağ kullanıcıları) için elverisli spektruma erisim teknikleri, bilissel radyonun en uygun spektrum bandını seçmesine olanak sağlamaktadır. Bunun yapılabilmesi için gerçeklestirilen fonksiyonlardan biri Spektrum Sezme'dir. Burada, kullanılmayan spektrum bandlarının saptanabilmesi ve bu bandların, birincil kullanıcıların iletisimine engel olabilecek çakısmalara sebep olmadan ikincil kullanıcılarla paylasılabilmesi esas alınır. Bir diğer fonksiyon, Spektruma Karar Verme'dir. Bu islev, bilissel ağ kullanıcıları tarafından sezilen birden fazla spektrum bosluğu varsa bunlardan en uygun olanının bilissel ağ kullanıcılarının istediği servis kalitesine göre kullanımına karar verilmesidir. Bir diğer temel fonksiyon olan Spektrum Paylasma, birincil kullanıcıların iletisiminin etkilemeden aynı spektrum bandını kullanan ikincil kulllanıcılar arasında hem adil hem de yüksek debili bir paylasım sağlanabilmesidir. Tanımlabilecek baska bir fonksiyon olan Spektrum Hareketliliği islevi, ikincil kullanıcıların spektrumun gerçek sahibi geldiğinde spektrumunu değistirebilmesidir. Bilissel ağlarda spektrum yönetimini olusturan spektrum sezme, spektruma karar verme ve spektrum paylasımı fonksiyonlarında çözülmesi ve iyilestirilmesi gereken birçok sorun bulunmaktadır. Bu bağlamda, bu tezde, bu üç islev ayrı ayrı incelenmektetir: • Spektrum sezilme fonksiyonu sırasındaki etkinliği arttırmak amacıyla yeni bir birincil kullanıcı modellemesi ihtiyacı olusturulmustur. Tasarlanan yeni modelde, birincil kullanıcı aktivitelerinin kısa süreli salınımlarının sezilmesi ve modellenmesi bir kümeleme algoritması tasarlanarak gerçeklestirilmis, elverisli spektrum bosluklarının matematiksel olarak modellenmesi ise, aktivite datasının korelasyon bağıntısı kullanılarak hesaplanmıstır. • Ikincil kullanıcılar için bir ,spectruma kara verme yapısı modellenmis, bu modelde hem birincil kullanıcı aktivitelerinin kısa zamanlı değisimleri, hem de ikincil kullanıcıların servis kalite istekleri göz önüne alınmıstır. • Bilissel tasarsız ağlar için, ağdaki diğer bilissel kullanıcıların bilgilerinin de kullanıldığı müsterek ve dağıtık bir spektruma karar verme yapısı tasarlanmıstır. • Ikincil kullanıcıların servis istekleri ve birincil kullanıcılarının kısa zamanlı spektrum kullanımındaki değisimler dikkate alınarak bir spektrum paylasım yapısı tasarlanmıs ve modellenmistir. • Hem birinci (fiziksel) hem de ikinci (veri bağı) katmanlarındaki bilgiler modellenerek bir çapraz katman yapısı olusturulmustur. Tezde tasarlanan tüm modeller genis bir basarım incelemesiyle, literatürdeki güncel bilissel ağ çalısmalarıyla karsılastırılmıstır.
The problems of the spectrum scarcity, as well as the unbalanced and sporadic usage of the fixed spectrum assignment, have been addressed by a new communication paradigm, called Cognitive Radio (CR). This key enabling technology uses dynamic spectrum access techniques in order to achieve an effective spectrum management paradigm in the licensed bands. In the spectrum management of CR networks, the vacant spectrum bands of primary users (PUs) are opportunistically shared by the CR users. Since PUs have priority to utilize the licensed spectrum, their communication should not be interrupted or interfered by any other user. Therefore, CR users should intelligently sense and determine the ongoing PU activities in a licensed spectrum band to avoid interference with PUs. This concept is also called the spectrum sensing function in CR spectrum management paradigm. In spectrum sensing, the PU activities need to be accurately modeled so that CR users can evacuate the band without affecting PU activities. CR users also need to detect spectrum holes to identify transmission opportunities so that the spectrum usage is maximized. Moreover, considering the PU activity, the CR users should decide on the best available spectrum bands for their transmissions. This is the part of the spectrum decision function of the spectrum management paradigm in CR networks. It is seen that the spectrum decision, must be organized carefully by considering the challenges in the spectrum availability over time, the short term fluctuations in the availability, and the heterogeneous Quality of Service (QoS) requirements of the CR users. Since CR users should share the available spectrum bands with other CR users without causing harmful interference to the PUs, spectrum management in CR networks should also be designed with effective spectrum sharing function. To achieve this function, first, CR users should intelligently monitor and determine the presence of PUs. When CR users managed to detect the spectrum holes to identify transmission opportunities, they should share the available spectrum according to their heterogeneous QoS requirements. Moreover, the assignments of the available spectrum bands should be realized according to the activities of the PUs in the spectrum as well as the throughput requirements of the CR users. Besides, another important point in the spectrum management is that CR users should evacuate the spectrum band when the PU of that band starts using it again. Therefore, a spectrum mobility function in the spectrum management is needed in order to organize the spectrum switching issues of the CR network. This thesis has contributions related to spectrum sensing, decision and sharing functions of the spectrum management paradigm. When working on each contribution, our final aim was to enhance the performance of overall cognitive radio spectrum management system. Our contributions could be itemized briefly as below: • A novel PU activity model based on the first-difference filter clustering and enhanced with temporal correlation statistics is introduced to analyze and model the spectrum sensing function in CR networks. • A QoS aware spectrum decision framework is proposed, in which the available spectrum and the heterogeneous QoS requirements of CR users are characterized. This framework is used to model the spectrum decision function in centralized CR networks, • In order to use the available spectrum as efficient as possible, a cooperative and distributed spectrum decision mechanism is proposed, to model the spectrum decision function in CR ad-hoc networks (CRAHNs). • A QoS-based spectrum sharing mechanism, where the heterogeneous QoS requirements of CR users are characterized, is proposed to enhance the spectrum sharing function. • A physical layer-data link layer based cross-layer spectrum assignment for centralized CR networks is proposed to analyze the affects of the cross-layer approaches in spectrum sharing. Each proposed scheme for the spectrum management functions is evaluated with thorough performance analysis and compared with the existing architectures in the CR network literature.