Alternative Spectrum Trading Architectures in Cognitive Radio Networks: Spectrum Exchange, CRM, Strict Power Control
Summary:
The underutilization of spectrum coupled with developments in network technologies has prompted a number of proposals for managing spectrum. Dynamic spectrum access radio technology, which is based on cognitive radio technology, promises to increase spectrum sharing and thus overcome the lack of available spectrum for new communication services. It allows unlicensed secondary systems to share the spectrum with the licensed systems. In this dissertation, different architectures are investigated in a cognitive radio environment. The considered network is assumed to consist of multiple primary service providers which have some unutilized bandwidth, and multiple secondary users that require bandwidth. Secondary users are assumed to pay the primary service providers for short term usage of their available spectrum bands; which is referred as the spectrum trading. The proposed architectures all aim at establishing a framework where each type of users satisfies with the services. As each new entrant secondary user creates interference on the incumbent users, controlling the power emission in a cognitive radio network is crucial in spectrum trading. Furthermore, proposed architectures examine the unit spectrum prices that primary service providers set in the multiple-seller and multiple-buyer environment. Modeling the competitive relationships among network elements as games ensures analyzing all elements? behaviors and actions in a formalized way. The existence of various network elements that want to maximize its own profits makes the problem very complex, with usually conflicting objective functions. Therefore, the proposed pricing models have their basis on the game theory in order to deal with the severe competition in spectrum trading markets.
Özet:
Kablosuz ağlar için geliştirilen teknolojilerin özellikleri değişiklik gösterse de, hepsi kablosuz iletişim temellidir ve hepsi aynı frekans spektrumunu kullanırlar. Frekans spektrumu, tüm bu teknolojiler arasında düzgün, adil ve etkin bir biçimde paylaştırılmalıdır. Her bir teknolojiye ait donanım, veri aktarımı için aynı ortamı kullandıkları için, birbirleri üzerinde girişim yaratmaktadırlar. Dolayısıyla, spektrum yönetiminin vazgeçilmez bir bileşeni güç yönetimi olmalıdır. Ayrıca zaman içinde yapılan ölçüm çalışmalarıyla, spektrum kullanımının hiç etkin olmadığı görülmüştür. Bu araştırmada, bu sorunlara çözüm bulmayı hedeflenerek, bilişsel ağlar için farklı mimariler önerilmiştir. Araştırmanın ana amacı, spektrum ticareti pazarında, her tip kullanıcının hem bant genişliği, hem de kalite seviyesiyle ilgili beklentilerini karşılayabilecek bir altyapı ortaya koymaktır. Ayrıca, birim spektrum fiyatlarının belirlenmesi de, bilişsel ağlar için önemli bir problemdir. Ağda iletişim yapan her bir yeni kullanıcı, diğer kullanıcılar üzerinde girişim yaratmaktadır. Yarattığı girişim, kullandığı güç seviyesiyle doğru orantılıdır. Dolayısıyla, bilişsel ağlarda güç yayılımının kontrolünü sağlamak, servis sağlayıcıların en önemli amaçlarından biri olmalıdır. Modellenilen bilişsel ağda, birden fazla Birincil Servis Sağlayıcı (BSS) olduğu varsayılmıştır. Birçok pazarda, özellikle telekomünikasyon pazarında, müşteriler gittikçe daha talepkâr bir hale gelmektedirler. Bununla birlikte, rekabetin sürekli artması, kullanıcılara servis sağlayıcılarını her an değiştirebilme özgürlüğü vermiştir. Verilen problemde birden fazla satıcı olduğundan ve her bir satıcının kendi kârını ençoklamak istemesinden dolayı, klasik eniyileme yöntemleri yetersiz kalmaktadır. Bu yüzden önerilen fiyat belirleme modelleri, oyun teorisi temellerine dayandırılarak, işbirliksiz bir oyun biçiminde çözülmüştür.