دانلود رایگان ترجمه مقاله شبکه های رادیو شناختی (آی تریپل ای ۲۰۱۴)

مبتدی (مناسب برای درک مفهوم کلی مطلب) 

به‌منظور کاهش زمان پاسخ‌دهی و کاهش بار ترافیک به یک کنترلر SDWN، یک معماری لایه‌ای ابر برای استقرار کنترلر با دو نوع از کنترلر پیشنهاد می‌کنیم: کنترلر محلی (LC) و کنترلر جهانی (GC). LC یک اتفاق را در یک دامنه RAN پردازش می‌کند و GC با حوادث بین دامنه و اطراف S سروکار دارد. همانطور که در شکل ۱ نشان داده شده است، LC1، RAN1 را مدیریت می‌کند، به‌عنوان‌مثال LTE femtocell و LC2، RAN2 را کنترل می‌کند، به‌عنوان‌مثال شبکه Wi-Fi. مدل GC با حوادث رادیو شناختی از شبکه‌های ناهمگن، به‌عنوان‌مثال، LTE و Wi-Fi سروکار دارد، که یک ورود از دسترسی اینترنت است. به‌عنوان‌مثال، LC2، یک کنترلر شبکه Wi-Fi است که می‌تواند طیف با فرکانس ۲٫۴GHz، ۵٫۸GHz و UHF فضای سفید تلویزیون را اسکن کند و سپس تصمیم به انتقال از فرکانس ۲٫۴GHz، یک گروه متراکم، به باند UHF فضای سفید تلویزیون براساس ترافیک شبکه و با نظارت بار کند. اگر هیچ طیف خالی نیافت، LC2 این درخواست را به GC ارسال می‌کند، GC می‌داند که یک LTE HeNB در دسترس برای معاشرت با STA وجود دارد. به‌این ترتیب، STA می‌تواند به هر باند طیف دسترسی پیدا کند و در میان هر نوع RAN در اطراف آن بدون هیچ دانش قبلی رومینگ کند.
مدیریت منابع رادیویی شناختی یک عملکرد اساسی در GC و LC است، همانطور که در شکل ۱ نشان داده شده است. تفاوت موجود تنها در رویداد پردازش وجود دارد. پردازش رویداد در کنترلر SDWN نقش مهمی ایفا می‌کند. ابتدا، LC می‌تواند آمار تمام AP ها در یک شبکه‌ی پایگاه‌داده را جمع‌آوری کند. این مورد به عنوان نظارت شناخته شده است، که در بخش بعدی ارائه خواهد شد. ثانیا، LC تجزیه و اعزام خواهد کرد و حوادث آینده را از نظارت سرور و مشتریان تلفن‌همراه رسیدگی خواهد کرد. با توجه به نوع رویداد، LC آن را بر روی خط پردازش تراکنش (OLTP)، بر روی بلوک خط پردازش تحلیلی (OLAP) ارائه خواهد کرد، و یا آن را به GC تغییر مسیرخواهد داد. این مولفه از OLTP و همچنین دسته OLAP با رویدادهای الگوریتم‌های از پیش تعریف شده و شناخته شده به‌عنوان یک پلت‌فرم در نمونه‌ی اولیه سروکار دارند. به‌طور‌معمول، OLTP محدودیت زمان و حوادث سطح پایین با اندازه‌گیری زمان واقعی، به‌عنوان مثال دسترسی طیف را به‌کار می‌گیرند. OLAP رویدادهای سطح بالا را با توجه به تغییرات در شبکه، به‌عنوان‌مثال، تعادل بار در تحویل طیف به‌کار می‌گیرند. ثالثا، LC همیشه برخی از تصمیم‌ها مربوط به موضوع خاصی را در شبکه با کمک تجزیه و تحلیل آمار تهیه می‌کند. به‌عنوان‌مثال، LC یک دستور کنترل به AP برای به‌روزرسانی استفاده از طیف می‌فرستد. ماژول مدیریت منابع رادیویی شناختی و کنترل رویداد برای رادیو شناختی می‌تواند با نرم‌افزار و برنامه‌ریزی تعریف شود.
به‌علاوه، وقتی SDWN با تکنیک NFV در طیف رادیویی ملاقات می‌کند، ما معتقدیم که NFV یک سهم مهمی در رادیو شناختی در فضای سفید تلویزیون و G5 براساس رادیو شناختی خواهد داشت. NFV شاید عامل منطقی را از مجوز فیزیکی و یا به‌اشتراک‌گذاری طیف جدا کند. برخی از پارادایم‌های استفاده از طیف جدید مانند طیف برش و تجارت فعال خواهد شد. هر تکه از طیف می‌تواند در فضای نام تعریف شده خود با توجه به برخی از برچسب‌های ویژگی مشترک، سیاست و غیره تعریف شود. طیف در یک ابر مجازی از RANS که اجازه دسترسی طیف پویا در تقاضا برای مشتریان را می‌دهد، درست مثل نوشیدن آب روزانه ما و شلیک گاز تقسیم شده است. مشتری‌های تلفن‌همراه می‌تواند به اینترنت و اطلاعات اطراف آن بدون مراقبت از منابع طیف دسترسی داشته باشند، هر نوع شبکه و هر اپراتوری می‌تواند باشد. مدیریت شبکه به صاحب فیزیکی شبکه واگذار خواهد شد.

B) مدیریت شبکه با نظارت برای رادیو شناختی
نظارت بر وضعیت شبکه یک جزء اساسی و منبع شبکه‌های اطلاعاتی برای شبکه‌های رادیویی شناختی است. مانیتورینگ شبکه شامل دو پروتکل جمع‌آوری و آمار شبکه است. در اینجا، نظارت را در کنترلر تعریف شده تعریف می‌کنیم، به‌عنوان مثال، در داخل دامنه CL و داخل حوزه GC، با رویداد نوع کنترلر، به‌عنوان‌مثال OLTP و OLAP. ما آمار بالقوه و تجزیه و تحلیل را در جدول ۱ خلاصه کرده‌ایم.

معماری SDN عملکرد سنجش عمومی در رادیو شناختی برای نظارت بر هوش شبکه را افزایش می‌دهد. کنترلر منابع طیف را به شیوه‌ی کاربر محور، از جمله نرخ استفاده از طیف، تعدادی از مشتریان در ارتباط، بار ترافیک هر AP را می‌تواند مدیریت و هماهنگ کند، SINR و RSSI هر مشتری تمام آمارهای بالقوه در اجزای نظارت را دارد. ازسوی‌دیگر، طراحی پروتکل مجموعه پتانسیل نیز از مسائل مهم در نظارت بر شبکه است. پروتکل SNMP یک طراحی اولیه از نمونه اولیه به‌دلیل سادگی و محبوبیت آن در میان محصولات صنعتی است. Snmp_agent در هر AP آمار اندازه‌گیری شده از محیط رادیویی و ویژگی‌های سیگنال‌های رادیویی براساس مشخصات رابط هوا، ۳GPP یا IEEE802 را جمع‌آوری می‌کند. Snmp_manager آمار اندازه‌گیری شده از AP های OpenFlow را از طریق SNMP جمع‌آوری می‌کند. پلت‌فرم الگوریتم، اطلاعات را از پایگاه‌داده با یک دوره تنظیم از طریق جیسون، XML و غیره پرس‌وجو می‌کند.

C) طرح جداسازی داده/کنترل برای رادیو شناختی
مدیریت تحرک و مدیریت منابع رادیویی، دو تا از مهم‌ترین نهادهای عملکرد در تعریف معماری GPP3 هستند. جداسازی طرح کنترل از طرح داده در زیرساخت‌های اصلی به کنترلر SDWN مهاجرت خواهد کرد، به‌طوری‌که HeNB و Wi-Fi AP زیرساخت خالصی با انتقال لایه فیزیکی هستند. همانطور که در شکل ۲ نشان داده شده است، مسیر داده به رنگ خاکستری کشیده شده است، درحالی که مسیر کنترل سفید است. ما فرض می‌کنیم انتقال لایه فیزیکی برای LTE/Wi-Fi یک پیکربندی مجدد با نرم‌افزار تعریف شده با تکنیک‌های رادیویی است.
طرح داده، تابع حمل بسته از طریق مسیر داده OpenFlow را کامل می‌کند. پروتکل OpenFlow مدیریت حمل‎‌و‌نقل انعطاف‌پذیر مبتنی بر جریان برای اجازه دادن به اپراتورها برای توزیع طرح‌های داده خود بر روی سوئیچ‌های ارزان‌تر و رسیدگی به کنترل ترافیک بیش از طیف، به‌عنوان‌مثال، فضای سفید تلویزیون فراهم می‌کند. بااین‌حال، انتزاع دستور عملیات داده‌ها برای رادیو شناختی هنوز برای گسترش پروتکل OpenFlow باز است. زیرساخت‌های شبکه شامل سوئیچ‌های OpenFlow و AP ها بی‌سیم است. هر نقطه دسترسی را می‌توان با دو نوع رابط رادیویی، به‌عنوان‌مثال، LTE و Wi-Fi پیکربندی کرد. کارت اترنت سیمی باید دو رابط منطقی، به‌عنوان‌مثال SSLبرای گزارش رویداد و SNMP برای نظارت را پشتیبانی کند. عامل سنجش برای جمع‌آوری اطلاعات MIB به‌عنوان‌مثال SNMP استفاده می‌شود. از هر لایه‌ی پروتکل، به‌عنوان‌مثال، عامل SNMP، تعریف شده در نمونه اولیه، کانال‌های خالی در ماژول‌های فیزیکی و رادیویی و نرخ استفاده از کانال در ثبات پردازنده را فراهم می‌کند. یک عامل کنترل، که به‌عنوان یک CtrlActor در نمونه اولیه تعریف شده است، برای تصمیم‌گیری در مدیریت شبکه استفاده شده است. کنترل سیگنال از انتقال داده‌ها برای فعال کردن Cloud MAC از طریق لینک امنیتی (SSL) برای کنترلر جدا خواهد شد. این معماری یک طیف برش شفاف فراهم می‌کند و اجازه می‌دهد تا هر تکه رادیوی جدا شده‌ی خود و پیکربندی پایه را از آن خود کند. پروتکل لایه بالاتر یک انتزاع از یک رادیو باریک است. برای مثال، پروتکل جلسه می‌تواند ثبت‌نام پویای PU/SU و طرح مدیریت عضو برای یک مشتری شبکه را فراهم کند.

۴٫ نمونه‌ی SDN برای رادیو شناختی
نمونه اولیه فعلی از یک کنترلر ابر، سوئیچ باز جریان و یک شبیه‌ساز شبکه تشکیل شده است. یک GC و دو EC تعریف شده است و به‌عنوان یک کنترلر ابر در این نمونه با تکنیک‌های مجازی‌سازی تعریف شده است، همان‌گونه که در شکل ۳ نشان داده شده است.
معماری نرم‌افزار برای کنترلر و OpenFlow ، شبیه‌ساز شبکه را همانطور که در شکل ۴ (الف) و (ب) نشان داده شده است، فعال می‌کند. دو سناریو از رادیو شناختی پشتیبانی می‌شود: دسترسی طیف بر اساس تقاضا و تحویل طیف فعال. دسترسی طیف یک رویداد در زمان واقعی است و تحویل طیف فعال برای حفظ تعادل بار یک رویداد در زمان غیر واقعی است.

A) اجرای مجازی‌سازی کنترلر ابر
در پلت‌فرم مجازی کنترلر ابر، KVM و QEMU برای اجرای پلت‌فرم ابر مجازی استفاده می‌شود. پروژه KVM گسستگی QEMU را به‌عنوان QEMU-KVM حفظ می‌کند. درحال‌حاضر هنوز هم بهترین عملکرد و ویژگی‌های اضافی برای استفاده از KVM با QEMU در x86 فراهم می‌کند [۱۴]. در نمونه اولیه، دو EC با GC از طریق “پل” مجازی ارتباط برقرار می‌کند. کنترلر ابر دو southinterfaces برای شبکه فیزیکی فراهم می‌کند ، به‌عنوان‌مثال، LTE، WLAN با NIC ها. با محدودیت‌های OpenFlow زیرساختها فعال می‌شود، ما یک نرم‌افزار شبیه‌ساز شبکه بر روی یک کامپیوتر برای تقلید رفتارها در سناریوهای شبکه‌های رادیویی شناختی با یک رابط OpenFlow و یک رابط SNMP پیاده‌سازی می‌کنیم.

B) معماری کنترلر برای رادیو شناختی
لایه‌ی ارتباطی مسئول تبادل پیام با زیرساخت‌های حمل‌ونقل به‌عنوان یک رابط از کنترل‌کننده است. در این سیستم، لایه‌های ارتباطی توابع SNMP_Mgr و SSLServ را فراهم می‌کند. SNMP_Mgr برای توابع Get ، Set و Trap از SNMP. S فراهم می‌کند. SLL_Serv یک کانال SSL برای تعامل با شبیه‌ساز شبکه به‌عنوان یک سرور SSL کامل می‌کند. پیام کنترل در OpenFlow محصور قاب می‌شود. لایه کنترل منطق مسئول توابع کنترل منطق بی‌سیم مرتبط است. براساس پیکربندی خاص تعریف شده توسط الگوریتم، ماژول نظارت آمار و دارایی دستگاه‌های بی سیم در فواصل معین را جمع‌آوری می‌کند و اطلاعات لایه‌های ارتباطی را به پایگاه داده می‌فرستد. ماژول الگوریتم پیام‌های زمان واقعی را برای نظارت بر ماژول‌ها می‌کشد، به‌عنوان‌مثال، تحویل فعال و تصمیم‌گیری باعث می‌شود تا، اطلاع مجموعه دستورالعمل ماژول، عمل خاصی را انجام دهد. مطابق با الزامات، ماژول الگوریتم اطلاعات مربوط به پایگاه داده را درخواست می‌کند و با تحویل الگوریتم محاسبه می‌کند. بنا به نتیجه محاسبه، فرمانی برای تنظیم ماژول دستورالعمل برای کنترل شبکه از طریق رابط‌های برنامه کاربردی مناسب صادر می‌کند. لایه تداوم اطلاعات عملیات را کامل می‌کند، که همچنان در پایگاه داده ادامه دارد و API کاربر پسند برای کاربران پایگاه داده فراهم می‌کند. لایه ارائه برای کاربران، اطلاعات مدیریت رادیو تصویری و یک برنامه تعریف شده سمت کاربر فراهم می‌کند.