Định tuyến cục bộ dựa trên nhận biết băng thông trong thông tinvô tuyến

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

TRẦN TUẤN MINH

ĐINH
TUYẾN CỤC BỘ
̣
DỰA TRÊN NHẬN BIẾT BĂNG THÔNG
TRONG THÔNG TIN VÔ TUYẾN

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ, TRUYỀN THÔNG

HÀ NỘI - 2015


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

TRẦN TUẤN MINH

ĐINH
TUYẾN CUC
̣
̣ BỘ
DỰA TRÊN NHẬN BIẾT BĂNG THÔNG
TRONG THÔNG TIN VÔ TUYẾN
Ngành: Công nghê ̣ Kỹ thuâ ̣t điê ̣n tử , Truyề n thông
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử
Mã số: 60520203

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ, TRUYỀN THÔNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS TRINH
̣ ANH VŨ

HÀ NỘI - 2015


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn tốt nghiệp “Đinh
̣ tuyế n cục bộ dựa trên nhận biế t
băng thông trong thông tin vô tuyế n” là công trình nghiên cứu khoa học của riêng tôi
được thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Trịnh Anh Vũ . Luận văn tốt nghiệp là
kết quả của quá trình nghiên cứu độc lập, không sao chép công trình nghiên cứu của
bất kỳ ai khác. Các số liệu trong luận văn được sử dụng trung thực, trích dẫn từ những
nguồn hợp pháp và đáng tin cậy.
Hà Nội, ngày 19 tháng 05 năm 2015
Người thực hiện
Trầ n Tuấ n Minh


MỤC LỤC
Chương 1. Tổng quan về mạng vô tuyến nhâ ̣n thức ........................................................1
1.1. Định nghĩa .............................................................................................................1
1.1.1. Kiến trúc mạng vô tuyến nhâ ̣n thức ................................................................1
1.1.2. Hoạt động của mạng vô tuyến nhâ ̣n thức .......................................................5
1.2. Quản lý băng tần trong mạng vô tuyến nhâ ̣n thức ................................................8
1.2.1. Cảm nhận băng tần .......................................................................................10

1.2.2. Quyết định băng tần ...................................... Error! Bookmark not defined.
1.2.3. Chia sẻ băng tần ............................................ Error! Bookmark not defined.
1.2.4. Di chuyển băng tần ....................................... Error! Bookmark not defined.
Chương 2. Các giao thức định tuyến trong mạng vô tuyến nhâ ̣n thức .................. Error!
Bookmark not defined.
2.1. Các giao thức định tuyến dựa trên trễ ................. Error! Bookmark not defined.
2.1.1. Giao thức DORP ........................................... Error! Bookmark not defined.
2.1.2. Giao thức Local Coord ................................. Error! Bookmark not defined.
2.1.3. Giao thức đàn kiến ........................................ Error! Bookmark not defined.
2.2. Các giao thức định tuyến dựa trên độ ổn định kết nối ...... Error! Bookmark not
defined.
2.2.1. Giao thức Gymkhana .................................... Error! Bookmark not defined.
2.2.2. Giao thức STOD-RP ..................................... Error! Bookmark not defined.
2.2.3. Giao thức định tuyến với độ tin cậy cao ....... Error! Bookmark not defined.
2.2.4. Giao thức tuyến lân cận ................................ Error! Bookmark not defined.
2.2.5. Giao thức RSRA ........................................... Error! Bookmark not defined.
2.3. Các giao thức định tuyến dựa trên thông lượng .. Error! Bookmark not defined.
2.3.1. Giao thức SAMER ........................................ Error! Bookmark not defined.
2.3.2. Giao thức SPEAR ......................................... Error! Bookmark not defined.
2.4. Các giao thức định tuyến dựa trên vị trí .............. Error! Bookmark not defined.
2.4.1. Giao thức SEARCH ...................................... Error! Bookmark not defined.
2.4.2. Giao thức LAUNCH ..................................... Error! Bookmark not defined.
2.5. Các giao thức định tuyến dựa trên năng lượng. .. Error! Bookmark not defined.
2.5.1. Giao thức SER .............................................. Error! Bookmark not defined.
2.5.2. Giao thức MWRP ......................................... Error! Bookmark not defined.
2.6. Các giao thức định tuyến kết hợp........................ Error! Bookmark not defined.


2.6.1. Giao thức CRP .............................................. Error! Bookmark not defined.
2.6.2. Giao thức DESAR ........................................ Error! Bookmark not defined.

2.6.3. Giao thức MRSED ........................................ Error! Bookmark not defined.
2.6.4. Giao thức RM-STSC .................................... Error! Bookmark not defined.
Chương 3. Kỹ thuật định tuyến cục bộ dựa trên nhận biết băng thông ................. Error!
Bookmark not defined.
3.1. Mô hình hệ thống ................................................ Error! Bookmark not defined.
3.1.1. Mô hình hóa trạng thái kênh ......................... Error! Bookmark not defined.
3.1.2. Mô hình hóa nhiễu ........................................ Error! Bookmark not defined.
3.1.3. Các ràng buộc liên kết (links constraints)..... Error! Bookmark not defined.
3.2. Xây dựng vấn đề ................................................. Error! Bookmark not defined.
3.3. Thuật toán............................................................ Error! Bookmark not defined.
3.4. Mô phỏng kết quả bằng matlab ........................... Error! Bookmark not defined.
3.4.1. Hiệu suất của thuật toán định tuyến .............. Error! Bookmark not defined.
3.4.2.Đánh giá hiệu suất khi thay đổi thông số hiệu chỉnh ... Error! Bookmark not
defined.
3.4.3. So sánh với các phương pháp khá c............... Error! Bookmark not defined.
KẾT LUẬN ................................................................... Error! Bookmark not defined.
DANH MỤC TÀI LIÊU
̣ THAM KHẢO ......................................................................11



DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1. Các tham số trong mô hình hệ thống ............ Error! Bookmark not defined.
Bảng 3.2. So sánh với các phương pháp đinh
̣ tuyế n khác .......... Error! Bookmark not
defined.


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Tần số trống (spectrum hole) trong băng tần được cấp phép ........................2

Hình 1.2. Mạng vô tuyến nhâ ̣n thức CRNs .....................................................................3
Hình 1.3. So sánh giữa mạng CRNs tập trung (a) và mạng CRNs phân tán (b) ............5
Hình 1.4. Mạng Vô tuyến nhâ ̣n thức hoạt động trên băng cấp phép ..............................6
Hình 1.5. Mạng Vô tuyến nhâ ̣n thức hoạt động trên băng không cấp phép ...................7
Hình 1.6. Quản lý băng tần trong mạng vô tuyến nhâ ̣n thức .........................................8
Hình 1.7. Kiến trúc mạng vô tuyến nhâ ̣n thức ...............................................................9
Hình 1.8. Quá trình nhận biết băng thông ....................................................................10
Hình 1.9. Phân lớp quá trình dò tìm người dùng chính ............. Error! Bookmark not
defined.
Hình 1.10. (a) Dò tìm phát, (b) Dò tìm thu .................. Error! Bookmark not defined.
Hình 1.11. Các thông số cần được tối ưu bởi Sensing Control . Error! Bookmark not
defined.
Hình 1.12. Quyết định băng tần ................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 1.13. Chia sẻ băng tần nội mạng và liên mạng ... Error! Bookmark not defined.
Hình 1.14. Chia sẻ băng tần ......................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 1.15. Chuyển giao phổ tần và quản lý kết nối trong spectrum mobility ..... Error!
Bookmark not defined.
Hình 2.1. Phân loại các giao thức định tuyến trong mạng vô tuyến nhâ ̣n thức ... Error!
Bookmark not defined.
Hình 2.2. Thực thi phối hợp cục bộ ............................. Error! Bookmark not defined.
Hình 2.3. Ví dụ về giao thức Gymkhana ..................... Error! Bookmark not defined.
Hình 2.4. Route-closeness ............................................ Error! Bookmark not defined.
Hình 2.5. Các node được chọn theo giao thức RSRA tạo thành một mạng con . Error!
Bookmark not defined.
Hình 2.6. Giai đoạn tránh người dùng chính sử dụng vùng tập trung ................. Error!
Bookmark not defined.
Hình 2.7. Kiến trúc của giao thức MRSED ................. Error! Bookmark not defined.
Hình 3.1. Phạm vi nhiễu giữa các node trong mạng .... Error! Bookmark not defined.
Hình 3.2. Mô tả trạng thái ON/OFF của người dùng chính ....... Error! Bookmark not
defined.

Hình 3.3. Ví dụ về định tuyến cục bộ trong mạng CRNs .......... Error! Bookmark not
defined.
Hình 3.4.Quá trình tìm kiếm để tìm được nghiệm UB mới đến khi các nghiệm không
khả thi không còn được phân tích đươ ̣c nữa bởi thuật toán nhánh cận ................. Error!
Bookmark not defined.
Hình 3.5. Các bước của thuật toán ................................ Error! Bookmark not defined.
Hình 3.6. Cấ u trúc ma ̣ng 1000x1000m2 với 100 node ma ̣ng phân bố ngẫu nhiên Error!
Bookmark not defined.
Hình 3.7. Thông lươ ̣ng trung bình ứng với 100 node. .. Error! Bookmark not defined.


Hình 3.8. Kế t quả mô phỏng ứng với các giá tri ̣hiê ̣u chỉnh ε khác nhau ............. Error!
Bookmark not defined.

DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
A
AODV: Ad-hoc On-demand Distance

Vec tơ khoảng cách theo yêu cầ u Ad -hoc

Vector
C
CCC: Common Control Channel

Kênh điề u khiể n chung

CRNs: Cognitive Radio Networks

Mạng vô tuyến nhận thức

CRP: Combined and multi-metric Routing Giao thức đinh
̣ tuyế n tổ ng hơ ̣p nhiề u
Protocols
thông số
D
DORP: Delay motivated On-demand
Routing Protocol

Giao thức đinh
̣ tuyế n theo yêu cầ u dựa

DSR: Dynamic Source Routing

Đinh
̣ tuyế n với nguồ n năng đô ̣ng

DESAR: Delay and Energy based
Spectrum Aware Routing protocol

Giao thức đinh
̣ tuyế n nhâ ̣n diê ̣n băng

trên trễ

thông dựa trên trễ và năng lươ ̣ng
E


Thông số truyền dẫn mong đợi

ETX: Expected Transmission Count
L

Câ ̣n dưới

LB: Lower Bound
M
MWRP: Minimum weight routing
protocol

Giao thức đinh
̣ tuyế n tro ̣ng số tố i thiể u
Giao thức định tuyến dựa trên nhiều

MRSED: Multi-metric Routing protocol
with SErvice Differentiation

thông số với khác biệt dịch vụ
P
Thông số khả dụng băng tần trên đường

PSA: Path Spectrum Availability

truyền

PU: Primary User

Người dùng chin
́ h

PA: Primary user Avoidance

Tránh người dùng chính
Q
Chấ t lươ ̣ng dich
̣ vu ̣

QoS: Quality of Service
R
RSRA: Reduced search space routing
algorithm

Thuâ ̣t toán đinh
̣ tuyế n giảm không gian

RM-STSC: Routing Management
algorithm based on Spectrum Trading and
Spectrum Competition

Giao thức định tuyến sử dụng thuật toán
quản lý tuyến dựa trên giao dịch phổ tần

tìm kiếm

và cạnh tranh phổ tần


S
SU: Secondary User

Người dùng thứ cấ p

STOD-RP: Spectrum Tree based On
Demand Routing Protocol

Giao thức đinh
̣ tuyế n theo yêu cầ u dựa
trên cây phổ tầ n
Đinh
̣ tuyế n lưới dựa trên nhâ ̣n diê ̣n băng

SAMER: Spectrum Aware Mesh Routing

tầ n
U
Câ ̣n trên

UB: Upper Bound
W
WS: Wireless Systems

Các hệ thống không dây



Chương 1. Tổng quan về mạng vô tuyến nhâ ̣n thức
1.1. Định nghĩa
Với sự phát triển nhanh chóng của các thiết bị vô tuyến, các tần số vô tuyến đang
dần trở nên khan hiếm. Một số lượng lớn các băng tần đã được cấp phát cho các nhà
mạng, tuy nhiên, chưa được khai thác tối đa công suất. Việc cấp phép băng tần cho

truyền sóng vô tuyến hiện nay được thực hiện trên cơ sở dài hạn và trên những vùng
địa lý rộng lớn. Để giải quyết vấn đề khan hiếm băng tần, Ủy ban truyền thông liên
bang FCC (Federal Communications Commission) đã phê duyệt việc sử dụng các thiết
bị không cấp phép (unlicensed devices) trong các dải tần được cấp phép (licensed
bands). Do đó, công nghệ truy nhập băng tần động có triển vọng là sẽ giải quyết được
vấn đề khan hiếm băng tần hiện nay. Hướng nghiên cứu đó được gọi là vô tuyến nhâ ̣n
thức (Cognitive Radio Networks - CRNs), được kỳ vọng sẽ cải thiện đáng kể hiệu quả
sử dụng tần số [3].
1.1.1. Kiến trúc mạng vô tuyến nhận thức
Vô tuyến nhâ ̣n thức (Cognitive Radio Networks - CRNs) là mạng vô tuyến mà có
thể tự động thay đổi các thông số của nó dựa vào sự tương tác với môi trường xung
quanh [2].
Từ định nghĩa này, ta có thể chỉ ra được hai đặc tính cơ bản của vô tuyến nhâ ̣n thức
là:


Khả năng nhận thức (cognitive capability): là khả năng có thể cảm nhận được
thông tin băng tần thay đổi liên tục theo thời gian và không gian từ môi trường
xung quanh. Thông qua khả năng này, tỉ lệ băng tần khả dụng tại một thời điểm
hoặc vị trí cụ thể sẽ được xác định. Do đó, băng tần khả dụng tốt nhất và thông
số hoạt động phù hợp nhất sẽ được chọn.



Khả năng cấu hình lại (reconfigurability): Từ việc nhận thức được băng tần ở
trên, khả năng cấu hình lại cho phép mạng vô tuyến được tự động thay đổi cấu
hình mạng tùy theo môi trường. Vô tuyến nhâ ̣n thức có thể truyền và nhận trên
nhiều tần số, và có thể dùng nhiều công nghệ truy nhập khác nhau, miễn là
được hỗ trợ bởi thiết kế phần cứng của nó.

Trong mạng vô tuyến nhâ ̣n thức , tồn tại đồng thời Primary User và Secondary
User. Primary user là người dùng chính hay người dùng được cấp phép (Licensed
Users) trên một băng tần nào đó. Secondary user là người dùng vô tuyến nhâ ̣n thức
1


hay người dùng không được cấp phép (Unlicensed Users), chỉ có thể sử dụng băng tần
khi có điều kiện cho phép.
Mục tiêu của vô tuyến nhâ ̣n thức là cảm nhận được tần số khả dụng tốt nhất, và tự
động cấu hình lại. Thách thức lớn nhất với vô tuyến nhâ ̣n thức là làm sao người dùng
thứ cấp tận dụng được băng tần mà không gây nhiễu lên người dùng chính. Vô tuyến
nhâ ̣n thức tận dụng băng tần trống (spectrum hole) trong các băng tần được cấp phép,
nếu băng tần đó được dùng bởi người dùng chính, người dùng thứ cấp sẽ chuyển đến
băng tần khả dụng khác hoặc thay đổi công suất phát hoặc điều chế tín hiệu để tránh
gây nhiễu lên PUs (hình 1.1).

Hình 1.1. Tần số trống (spectrum hole) trong băng tần được cấp phép [3]
Có hai nhóm là mạng chính (primary network) và mạng Vô tuyến nhâ ̣n thức (hình
1.2). Các thành phần cơ bản của hai nhóm mạng này được xác định như sau:
- Mạng chính (Primary network): Mạng chính có quyền truy nhập tới một vài băng
phổ nhất định, chẳng hạn như mạng TV quảng bá, hay mạng tổ ong nói chung. Các
thành phần của mạng chính bao gồm:
+ Primary user: Người dùng chính (hay người dùng được cấp phép) có giấy phép
để hoạt động trong một băng phổ nhất định. Truy nhập này chỉ được giám sát bởi trạm
gốc chính và không bị ảnh hưởng bởi những hoạt động của bất kì người dùng không
được cấp phép khác. Để cùng tồn tại với các trạm gốc Vô tuyến nhâ ̣n thức và người
2


dùng Vô tuyến nhâ ̣n thức , những người dùng chính này không cần bất cứ sự điều

chỉnh hoặc chức năng cộng thêm nào.
+ Trạm gốc chính (Primary base-station): Trạm gốc chính (hay trạm gốc được cấp
phép) là thành phần cơ sở hạ tầng mạng được cố định, có giấy phép phổ, như BTS
trong mạng tổ ong. Về nguyên tắc, trạm gốc chính không có khả năng chia sẻ phổ với
những người dùng Vô tuyến nhâ ̣n thức. Tuy nhiên, trạm gốc chính này có thể yêu cầu
để có được khả năng này.
- Mạng Vô tuyến nhâ ̣n thức: Mạng Vô tuyến nhâ ̣n thức (hay mạng Truy nhập phổ
tần động, mạng thứ cấp, mạng không được cấp phép) không có giấy phép để hoạt động
trong một băng mong muốn. Do đó, nó chỉ được phép truy nhập phổ khi có cơ hội.
Mạng Vô tuyến nhâ ̣n thức có thể gồm cả mạng có cơ sở hạ tầng và mạng ad hoc, các
thành phần của mạng Vô tuyến nhâ ̣n thức như sau:

Hình 1.2. Mạng vô tuyến nhâ ̣n thức CRNs [3]
3


+ Secondary User: Người dùng Vô tuyến nhâ ̣n thức (hay người dùng không được
cấp phép, người dùng thứ cấp) không có giấy phép sử dụng phổ. Do đó, cần có các
chức năng cộng thêm để chia sẻ băng phổ cấp phép.
+ Trạm gốc Vô tuyến nhâ ̣n thức (Cognitive Radio Base-station): Trạm gốc Vô
tuyến nhâ ̣n thức (hay trạm gốc không cấp phép, trạm gốc thứ cấp) là thành phần cơ sở
hạ tầng cố định với các khả năng của Vô tuyến nhâ ̣n thức. Trạm gốc Vô tuyến nhâ ̣n
thức cung cấp kết nối đơn chặng tới những người dùng thứ cấp mà không cần giấy
phép truy nhập phổ. Thông qua kết nối này, người dùng thứ cấp có thể truy nhập đến
các mạng khác.
+ Bộ phân chia phổ (Spectrum broker): Bộ phân chia phổ (hay server lập lịch) là
một thực thể mạng trung tâm đóng vai trò trong việc chia sẻ các tài nguyên phổ tần
giữa các mạng Vô tuyến nhâ ̣n thức khác nhau. Bộ phân chia phổ có thể kết nối với
từng mạng và có thể phục vụ với tư cách là người quản lí thông tin phổ, nhằm cho
phép các mạng Vô tuyến nhâ ̣n thức cùng tồn tại.

Mạng Vô tuyến nhâ ̣n thức bao gồm nhiều loại mạng khác nhau: mạng chính, mạng
Vô tuyến nhâ ̣n thức dựa trên cơ sở hạ tầng, và mạng Vô tuyến nhâ ̣n thức ad hoc. Mạng
Vô tuyến nhâ ̣n thức hoạt động dưới môi trường phổ hỗn hợp, bao gồm cả các băng cấp
phép và không cấp phép. Do đó, trong mạng Vô tuyến nhâ ̣n thức, có ba loại truy nhập
khác nhau, đó là:


Truy nhập mạng Vô tuyến nhâ ̣n thức (Cognitive Radio Network Access):
Người dùng thứ cấp có thể truy nhập tới chính trạm gốc Vô tuyến nhâ ̣n thức ở
cả băng cấp phép và không cấp phép.



Truy nhập mạng Vô tuyến nhâ ̣n thức ad hoc (Cognitive Radio ad hoc Access):
Người dùng thứ cấp có thể truyền thông với những người dùng thứ cấp khác
thông qua kết nối ad hoc ở cả băng cấp phép và không cấp phép.



Truy nhập mạng chính (Primary Network Access): Người dùng thứ cấp cũng có
thể truy nhập tới trạm gốc chính thông qua băng cấp phép.

Tùy theo kiến trúc mạng, mạng vô tuyến nhâ ̣n thức được chia thành mạng CRNs
tập trung (centralized CRNs hay còn gọi là mạng phụ thuộc vào hạ tầng infrastructure-based CRNs) hoặc mạng CRNs phân tán (distributed CRNs hay ad-hoc
CRNs). Mạng CRNs tập trung có thực thể mạng trung tâm như trạm cơ sở (base
station) trong các mạng di động hoặc điểm truy nhập trong các mạng không dây nội bộ
4


(wireless local area networks). Còn mạng CRNs phân tán không cần bất kỳ thực thể

mạng trung tâm nào (hình 1.2).
Trong mạng CRNs tập trung, thông tin có được từ việc cảm nhận băng tần khả
dụng và phân tích được thực hiện bởi mỗi người dùng thứ cấp sẽ được tập trung tại
trạm cơ sở, sau đó nó sẽ quyết định phân chia tần số để tránh nhiễu với người dùng
chính. Theo đó, mỗi người dùng thứ cấp cấu hình thông số truyền tin của nó (hình
1.3a). Ngược lại, ở mạng CRNs phân tán, mỗi người dùng thứ cấp phải có khả năng tự
quyết định hoạt động của nó dựa trên các thông tin nó có được từ việc cảm nhận băng
thông (hình 1.3b). Do các người dùng thứ cấp không thể dự đoán được ảnh hưởng của
nó đến mạng nếu chỉ dựa vào thông tin mà nó cảm nhận được, do đó cần có sự phối
hợp giữa các người dùng thứ cấp để trao đổi thông tin, từ đó mỗi người dùng thứ cấp
sẽ có cái nhìn hoàn thiện nhất về môi trường mạng vô tuyến xung quanh để đưa ra
quyết định chính xác [3].

Hình 1.3. So sánh giữa mạng CRNs tập trung (a) và mạng CRNs phân tán (b) [3]
1.1.2. Hoạt động của mạng vô tuyến nhận thức
Hoạt động của mạng vô tuyến nhâ ̣n thức tùy theo phổ tần là được cấp phép hay
không.
Trên băng cấp phép:
Như đã chỉ ra trên Hình 1.1, ta thấy có những khoảng trống tần số (spectrum hole)
không sử dụng trong băng phổ được cấp phép. Do đó, các mạng Vô tuyến nhâ ̣n thức
có thể được sử dụng để khai thác các hố phổ này thông qua các công nghệ nhâ ̣n thức.
5


Kiến trúc này được miêu tả trong Hình 1.4 trong đó các mạng Vô tuyến nhâ ̣n thức
cùng tồn tại với các mạng chính tại cùng một vị trí và trên cùng một băng phổ.

Hình 1.4. Mạng Vô tuyến nhâ ̣n thức hoạt động trên băng cấp phép
Có nhiều thách thức khác nhau để thực hiện các mạng Vô tuyến nhâ ̣n thức trên
băng cấp phép vì sự tồn tại của những người dùng chính. Mặc dù, mục đích chính của

mạng Vô tuyến nhâ ̣n thức là xác định phổ tần có sẵn tốt nhất, nhưng các chức năng
của Vô tuyến nhâ ̣n thức trong băng cấp phép lại bao gồm phát hiện sự có mặt của các
người dùng chính. Dung lượng kênh của các hố phổ phụ thuộc vào nhiễu xung quanh
những người dùng chính. Do đó, việc tránh nhiễu cho những người dùng chính là vấn
đề quan trọng nhất trong kiến trúc này. Hơn nữa, nếu người dùng chính xuất hiện trong
băng phổ bị những người dùng thứ cấp chiếm, thì người dùng thứ cấp ngay lập tức
phải bỏ lại phổ hiện thời và chuyển tới phổ mới sẵn có khác, gọi là chuyển giao phổ.
Trên băng không cấp phép:
Các mạng Vô tuyến nhâ ̣n thức có thể được thiết kế để hoạt động trên các băng
không câp phép để cải thiện hiệu quả phổ trong phần phổ này. Mạng Vô tuyến nhâ ̣n
thức hoạt động trên băng không cấp phép được minh họa trên Hình 1.5. Tất cả thực thể
trong mạng có quyền như nhau khi truy nhập tới các băng phổ. Nhiều mạng Vô tuyến
nhâ ̣n thức cùng tồn tại trong một vùng giống nhau và truyền thông sử dụng cũng một
phần phổ như nhau. Các thuật toán chia sẻ phổ nhâ ̣n thức có thể cải thiện hiệu quả sử
dụng phổ và hỗ trợ QoS cao.

6


Trong kiến trúc này, những người dùng thứ cấp tập trung vào phát hiện việc truyền
của những người dùng thứ cấp khác. Khác với hoạt động trên băng cấp phép, việc
chuyển giao phổ không bị kích thích bởi sự có mặt của những người dùng chính khác.
Tuy nhiên, vì tất cả những người dùng thứ cấp có quyền truy nhập phổ như nhau, nên
họ phải cạnh tranh với nhau trong cùng băng không cấp phép. Do đó, kiến trúc này đòi
hỏi các phương pháp chia sẻ phổ phức tạp giữa những người dùng thứ cấp. Nếu nhiều
mạng Vô tuyến nhâ ̣n thức nằm trong cùng một băng không cấp phép thì phải có
phương pháp chia sẻ phổ phù hợp giữa các mạng này.

Hình 1.5. Mạng Vô tuyến nhâ ̣n thức hoạt động trên băng không cấp phép

7


1.2. Quản lý băng tần trong mạng vô tuyến nhâ ̣n thức

Hình 1.6. Quản lý băng tần trong mạng vô tuyến nhâ ̣n thức [3]
Để thích nghi được với sự thay đổi liên tục của môi trường vô tuyến, mạng vô
tuyến nhâ ̣n thức cần các quá trình thực thi trên băng tần mà gọi chung là quản lý băng
tần [3]. Trong hình 1.6, quản lý băng tần gồm bốn bước cơ bản: Cảm nhận băng tần
(spectrum sensing), quyết định băng tần (spectrum decision), chia sẻ băng tần
(spectrum sharing) và di chuyển băng tần (spectrum mobility). Các chức năng trên
được mô tả trong hình 1.7.

8


Hình 1.7. Kiến trúc mạng vô tuyến nhâ ̣n thức [3]
- Cảm nhận băng tần (Spectrum sensing): người dùng thứ cấp chỉ có thể sử dụng
được một tỉ lệ nào đó trong băng tần. Do đó, một người dùng thứ cấp phải phát hiện
được băng tần khả dụng, sau đó tìm ra khoảng trống tần số (spectrum holes). Nhận biết
băng tần là chức năng cơ bản của mạng vô tuyến nhâ ̣n thức. Do đó, nó liên quan mật
thiết tới các chức năng khác cũng như các giao thức để cung cấp thông tin về băng tần
khả dụng.
- Quyết định băng tần (Spectrum decision): Khi các băng tần khả dụng đã được xác
đinh, người dùng thứ cấp cần phải lựa chọn được băng tần phù hợp nhất dựa trên yêu
cầu chất lượng dịch vụ (Quality of Service-QoS). Để xây dựng được các thuật toán lựa
chọn băng tần, ta cần phải nắm được các thông tin về hoạt động của người dùng chính.
- Chia sẻ băng tần (Spectrum sharing): Nếu có nhiều người dùng thứ cấp đồng thời
muốn truy nhập vào băng tần, chúng cần phải thương lượng với nhau để chia sẻ băng
tần để tránh xung đột. Việc chia sẻ băng tần đòi hỏi sự phân phối tài nguyên hợp lý

cho người dùng thứ cấp và tránh gây nhiễu lên người dùng chính.
9


- Di chuyển băng tần (Spectrum mobility): Nếu phát hiện ra người dùng chính đang
cần sử dụng băng tần, người dùng thứ cấp phải ngay lập tức bỏ băng tần đó để người
dùng chính sử dụng và tìm kiếm băng tần khả dụng khác để truyền tin. Để đảm bảo
chất lượng truyền tin, quá trình chuyển giao đòi hỏi sự phối hợp giữa quá trình nhận
biết băng tần (spectrum sensing) và các giao thức định tuyến.
Chi tiết về bốn quá trình như sau:
1.2.1. Cảm nhận băng tần

Hình 1.8. Quá trình nhận biết băng thông [3]
Vô tuyến nhâ ̣n thức được thiết kế để thay đổi theo môi trường băng tần xung
quanh, do đó nhận biết băng tần là chức năng vô cùng quan trọng. Nhận biết băng tần
cho phép người dùng thứ cấp khai thác triệt để các khoảng trống tần số. Nhận biết
băng tần được sử dụng trong các trường hợp sau: (1) Người dùng thứ cấp tìm kiếm
khoảng trống tần số trong một dải tần rộng để truyền tin, (2) Trong quá trình truyền
tin, người dùng thứ cấp liên tục cảm nhận và phát hiện người dùng chính để chuyển
giao lại tần số nếu cần [2].
Trong hình 1.8, quá trình nhận biết băng tần đòi hỏi các chức năng sau:


Dò tìm người dùng chính (primary user detection) : Người dùng thứ cấp liên tục
quan sát và phân tích môi trường vô tuyến cục bộ. Dựa vào các thông tin có
được nhờ quan sát và trao đổi thông tin với những người dùng thứ cấp lân cận,
người dùng thứ cấp có thể xác định được sự có mặt của người dùng chính, từ đó
xác định sự khả dụng của tần số đang dùng.



Phối hợp (Cooperation) : Thông tin quan sát được của mỗi người dùng thứ cấp
được trao đổi với những người dùng thứ cấp lân cận, từ đó nâng cao độ chính
xác của quá trình nhận biết băng thông.

10


DANH MỤC TÀ I LIỆU THAM KHẢO
[1] C. Gaoet al., “Multicast communications in multi-hop cognitive radio
networks,”IEEE J. Sel. Areas Commun., vol. 29, no. 4, pp. 784–793, Apr.2011.
[2] I. F. Akyildizet al., “NeXt generation/dynamic spectrum access/cognitive
radio wireless networks: A survey,”Computer Netw., vol. 50, no. 13, pp.
2127–2159, May 2006.
[3] I. F. Akyildiz, W. Y. Lee, and K. Chowdhury, “CRAHNs: Cognitive Radio
Ad Hoc Networks,”Ad Hoc Netw., vol. 7, no. 5, pp. 810-836, July 2009.
[6] M. Cesana, F. Cuomo, and E. Ekici, “Routing in cognitive radio networks:
Challenges and solutions,”Ad Hoc Netw., vol. 4, no. 9, pp. 228–248, July
2010.
[5] M. Panet al., “Spectrum clouds: A session based spectrum trading system for
multi-hop cognitive radio networks,” inProc. IEEE INFOCOM, Mar. 2012, pp. 1557–
1565.
[6] Samar Abdelaziz, Mustafa ElNainay, “Metric-based taxonomy of routing protocols
for cognitive radio ad hoc networks”, Journal of Network and Computer Applications
40 (2014), pp. 151–163.
[7] S.-C. Lin and K.-C. Chen, “Spectrum aware opportunistic routing in cognitive
radio networks,” inProc. IEEE Global Telecommun. Conference, Dec. 2010, pp. 1–6
[8] T. T. Leet al., “BAR: Bandwidth-Aware Opportunistic Localized-Routing
for Cognitive Radio Networks,” inProc. IEEE GLOBECOM Workshops,
Dec. 2012, pp. 937–942.

[9] Y. Hou, Y. Shi, and H. Sherali, “Spectrum sharing for multi-hop networking with
cognitive radios,”IEEE J. Sel. Areas Commun., vol. 26, no. 1, pp. 146–155, Jan. 2008.
11


12