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Interference graph-based scheduling and power allocation for infrastructure-based cognitive radio networks = 인프라스트럭쳐 기반 무선 인지 네트워크에서의 간섭 그래프 기반 스케줄링 및 전력할당 방안
서명 / 저자 Interference graph-based scheduling and power allocation for infrastructure-based cognitive radio networks = 인프라스트럭쳐 기반 무선 인지 네트워크에서의 간섭 그래프 기반 스케줄링 및 전력할당 방안 / Minh Viet Nguyen.
저자명 Nguyen, Minh Viet
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2011].
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초록정보

In recent years, a large portion of the licensed spectrum is used sporadically. With the dramatically increasing demands of the scarce radio spectrum for wireless services, cognitive radio (CR) has drawn great attention in the world for its ability of operating in licensed bands without a license. In a cognitive radio network (CRN), secondary (unlicensed) users (SUs) may coexist with active primary (licensed) users (PUs) of a primary radio network (PRN) as long as the served SUs do not cause excessive interference to active PUs. In fact, CR has been standardized by both recent FCC policy initiatives and IEEE 802.22 activities. A CRN can be deployed either as an infrastructure based network or an ad-hoc network, coexisting with a PRN. However, in this work, we limit the study in investigating a joint scheduling and transmit-power control problem of down-link transmissions for an infrastructure-based CRN in coexistence with a cellular PRN. Cellular PRN uses a set of licensed non-overlapping orthogonal frequency channels for communication between primary base stations (P-BSs) and PUs. This set of channels is also accessed in an opportunistic manner by a set of cognitive radio base stations (CR-BSs) to support SUs. The problem is formulated to maximize the spectrum utilization of SUs without causing excessive interference to active PUs of PRN. Specifically, the total interference power received at each PU should not exceed a preselected interference temperature limit (ITL). In addition, all the serviced SUs must meet a certain Quality of Service (QoS) requirement, such as satisfying a predefined signal to interference noise ratio (SINR). A centralized solution of joint scheduling and power control for the constrained optimization problem is derived to make the global accessing decision for all unserved SUs. With the assumption that the location knowledge of all subscribers is available, a coordinator of CRN can use the joint scheduling and power control algorithm to maximize the spectrum utilization of serviced SUs by solving a mixed-integer linear programming (MILP) with an NP-hard complexity. To avoid the NP-hard complexity, we propose a sub-optimal heuristic greedy algorithm that can be obtained at a much lower complexity based on the coloring interference graph among unserved SUs affected by serviced SUs and active PUs. The coloring interference graph shows us the influence of reciprocal interference among unserved SUs on each channel when multiple transmissions occur simultaneously on the corresponding channel. From there, the set of SUs using minimum total down-link transmit power and causing minimum interference shall be selected for serving. Its superior performance over the existing algorithms is demonstrated through simulations. Moreover, numerical results also show that performance of the proposed algorithm is close to optimal solution.

본 연구에서는 셀룰러 프라이머리 무선망(cellular primary radio network: PRN)이 존재할 때, 인프라 스트럭쳐 기반 인지 무선 망(cognitive radio network: CRN)에 서의 스케줄링 및 전송 전력 동시 제어에 관해 다룬다. PRN은 데이터 전송을 위 해 겹치지 않는 직교 주파수 채널들로 이루어진 주파수 집합을 사용한다. 이 채널 집합은 세컨더리 사용자(secondary user: SU)들을 지원해 주기 위해 무선 인지 기지국(cognitive radio base station: CR-BS)들에 의해 기회적으로 접근이 허용된다. 이를 위해, PRN의 동작중인 프라이머리 사용자(primary user: PU)들에 과도한 간섭 영향을 미치지 않으면서, SU들의 주파수 사용효율을 최대화할 수 있도록 문제를 구성한다. 동시에 모든 SU들의 서비스 품질(quality of service: QoS)을 제어할 수 있도록 하기 위해, 어떤 정해진 신호 대 잡음 비(signal to interference and noise ratio: SINR)를 만족 시킬 수 있도록 해야 한다. 이를 통해, 서비스 받고자 하는 모든 SU들의 서비스 지원 결정을 위해 스케줄링 및 전송 전력을 동시에 고려한 집중형 솔루션(centralized solution)이 제안되었다. 모든 가입자의 정보를 알고 있다는 가정하에, CRN의 중재 노드(coordinator)는 SU들의 사용 주파수 효율을 최대화 하기 위해, NP-hard 복잡도를 가진 mixed-integer 선형 계획법(mixed-integer linear programming: MILP)을 활용한 스케줄링 및 전송 전력 동시 제어 알고리즘을 사용할 수 있다. 우리는 NP-hard 복잡도를 피하기 위해, 훨씬 적은 복잡도를 가진 sub-optimal 알고리즘을 제안한다. 이 알고리즘은 서비스 되고 있는 SU들과 PU들에 의해 영향을 받고 있는 서비스 고려 대상 SU들간의 컬러링 간섭 그래프(coloring interference graph)에 기반한다. 모의 성능 평가를 통해 제안 방법은 기존의 알고리즘들보다 우수한 성능을 보임을 알 수 있었다. 또한 수치해석 결과를 통해 제안방안이 최적 해에 근접함을 보였다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {DEE 11033
형태사항 vii, 59 p. : 삽도 ; 26 cm
언어 영어
일반주기 지도교수의 영문표기 : Hwang-Soo Lee
지도교수의 한글표기 : 이황수
수록잡지명 : "Effective Scheduling in in Infrastructure-based Cognitive Radio Network". IEEE Transaction on Mobile Computing, (2011)
수록잡지명 : "A New Scheme to Predict Erasures for Reed-Solomon Decoder in T-DMB Receiver". IEEE Transaction on Broadcasting, vol. 53/no. 2, 530-538(2007)
학위논문 학위논문(박사) - 한국과학기술원 : 전기 및 전자공학과,
서지주기 References : p. 55-58
주제 Cognitive radio
scheduling
power control
interference graph
spectrum allocation
무선 인지
스케줄링
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