Ordem de Sensoreamento de Canais em Redes de Rádios Cognitivos Multi-Usuário

  • André Chaves Mendes UFRJ
  • Marcel William Rocha da Silva UFRJ
  • Raphael Melo Guedes UFRJ
  • José Ferreira de Rezende UFRJ

Resumo


Neste trabalho investigamos o problema da escolha da ordem de sensoreamento de canais em um ambiente multi-usuário, onde cada usuário é capaz de realizar o sensoreamento em apenas um canal por vez. Consideramos uma rede de rádios cognitivos multicanal onde a probabilidade de disponibilidade dos canais de comunicação, e sua capacidade, não são conhecidas a priori. Assim, faz-se necessária uma criteriosa ordenação da sequência de canais que será sensoreada a cada vez e um balanceamento entre maximizar a recompensa imediata dada pela escolha da melhor sequência e o refinamento das estatísticas de canal obtidas pela exploração de canais sub-ótimos. Com isso, propomos uma abordagem utilizando aprendizado por reforço para busca dinâmica da ordem de sensoreamento ótima e a avaliamos, comparando o seu desempenho com o de outros mecanismos, obtendo resultados superiores para a maioria dos cenários.

Referências

802.11b (1999). Wireless LAN MAC and PHY Specifications: Higher-Speed Physical Layer Extension in the 2.4GHz Band. IEEE Standard.

Auer, P., Cesa-Bianchi, N., and Fischer, P. (2002). Finite time analysis of the multi-armed bandit problem. Machine Learning, 47.

Berry, D. and Fristedt, B. (1985). Bandit problems: Sequential Allocation of Experiments. Chapman e Hall.

Chow, Y. S., Robbins, H., and Siegmund, D. (1971). Great Expectations: The Theory of Optimal Stopping. Houghton Mifflin Company.

FCC (2003). FCC-03-322 NOTICE OF PROPOSED RULE MAKING AND ORDER. Technical report, Federal Communications Commission.

H. Jiang, L. Lai, R. Fan, and H. V. Poor (2009). Optimal Selection of Channel Sensing Order in Cognitive Radio. IEEE Transactions in Wireless Communications.

Han Han, Jin-long Wang, Qi-hui Wu, and Yu-zhen Huang (2010). Optimal Wideband Spectrum Sensing Order Based on Decision-making Tree in Cognitive Radio. International Conference on Wireless Communications and Signal Processing (WCSP).

Ho Ting Cheng and Weihua Zhuang (2011). Simple Channel Sensing Order in Cognitive Radio Networks. IEEE Journal on Selected Areas in Communications.

J. Jia, Q.Z., and X. Shen (2008). HC-MAC: a Hardware Constrained Cognitive MAC for Efficient Spectrum Management. IEEE Journal on Selected Areas in Communications.

J. Mitola III and G. Q. Maguire Jr. (1999). Cognitive Radio: Making Software Radio more Personal. IEEE Personal Communications, 6(4):13–18.

Jelle R. Kok and Nikos Vlassis (2006). Collaborative Multiagent Reinforcement Learning by Payoff Propagation. J. Mach. Learn. Res., 7:1789–1828.

John Ousterhout (1988). Tcl Tool Command Language. [link].

K. A. Yau, P. Komisarczuk, and P. D. Teal (2010). Enhancing Network Performance in Distributed Cognitive Radio Networks using Single-agent and Multi-agent Reinforcement Learning. In IEEE Conference on Local Computer Networks (LCN).

L. Lai, H. El Gamal, H. Jiang, and H. V. Poor (2007). Cognitive Medium Access: Exploration, Exploitation and Competition. IEEE Transactions on Networking.

Liu, K. and Zhao, Q. (2010). Distributed learning in multi-armed bandit with multiple players. IEEE Transactions on Signal Processing.

Mendes, A. C., Augusto, C. H. P., Silva, M. W. R. d., Guedes, R. M., and Rezende, J. F. d. (2011). Seleção da Ordem de Sensoreamento de Canais em uma Rede Cognitiva Oportunista. In I Workshop de Redes de Acesso de Banda Larga WRA’11.

R. Fan and H. Jiang (2009). Channel sensing order setting in cognitive radio networks: a two user case. IEEE Transactions on Vehicular Technology.

Shu, T. and Krunz, M. (2009). Throughput efficient sequential channel sensing and probing in cognitive radio networks under sensing errors. In MobiCom.

Sutton, R. S. and Barto, A. G. (1998). Reinforcement Learning: an Introduction. MP.

Vu, H. L. and Sakurai, T. (2006). Collision probability in saturated ieee 802.11 networks. In Australian Telecommunication Networks and Applications Conference.
Publicado
16/07/2012
MENDES, André Chaves; SILVA, Marcel William Rocha da; GUEDES, Raphael Melo; REZENDE, José Ferreira de. Ordem de Sensoreamento de Canais em Redes de Rádios Cognitivos Multi-Usuário. In: WORKSHOP EM DESEMPENHO DE SISTEMAS COMPUTACIONAIS E DE COMUNICAÇÃO (WPERFORMANCE), 11. , 2012, Curitiba/PR. Anais [...]. Porto Alegre: Sociedade Brasileira de Computação, 2012 . p. 113-126. ISSN 2595-6167.