Towards more reliable medium access control with data-driven spectrum allocation

Günümüzde kullanılan kablosuz ag teknolojilerinin çogu, IEEE 802.11 standardına baglı Wi-Fi iletisimine dayanır. IEEE 802.11, orta erisim kontrolü (MAC) ve fiziksel katman (PHY) iletisimleri için bir dizi protokolden olusur. IEEE 802.11'de bulunan Dagıtılmıs Koordinasyon Islevi (DCF), MAC katmanında tek bir kanal kullanır. Bununla birlikte, tek bir kanaldaki ag trafigi yükü, yüksek paket çarpısmasına ve performans bozulmasına yol açar. Tek Radyo Çok Kanallı (SRMC) Orta Erisim Kontrolü (MAC) protokolleri, donanım maliyetini düsürürken farklı kanallarda paralel olarak iletim yapmayı hedefler. Baslangıçta, bagımsız ve stokastik olarak özdes kanallarda dinamik çok kanallı erisim problemini ele alıyoruz. Sorunu Huzursuz Çoklu Kumar Makinası (RMAB) süreci olarak formüle ediyoruz ve optimum spektrum tahsisi ve verim maksimizasyonu amacıyla yeni bir yük uyarlamalı frekans atlama yöntemi, yani Indeks Tabanlı Kanal Atlama (IBCH) algoritması öneriyoruz. Önceki çabaları spektrum karar mekanizmaları ve bulusma özellikleriyle tek ve çok bulusma protokolleri olarak sınıflandırıyoruz. Çok bulusmalı protokoller farklı kanallarda eszamanlı tokalasmayı destekleme yetenegine sahipken, tek bulusmalı protokollerle sadece asenkron kanal görüsmelerine izin verilir. Daha sonra, IBCH'nin performansını degisen iletim aralıgında, ag boyutunda ve spektrum kullanılabilirliginde her iki bulusma sınıfından çesitli protokollerle karsılastırıyoruz. Simülasyon sonuçları IBCH'nin her iki bulus sınıfından diger spektrum atama yöntemlerinden önemli ölçüde daha iyi performans gösterdigini göstermektedir. Tezin ikinci bölümünde, IEEE 802.22 tabanlı Kablosuz Bölgesel Alan Aglarına (WRAN'lar) odaklanıyoruz. IEEE 802.22 WRAN standardı, kullanıcı etkilesimini ve tıkanıklıgını önlemek için bilissel radyo (CR) kullanmayı amaçlamaktadır. Bilissel Radyo (CR), frekans bantlarını verimli kullanması nedeniyle ortaya çıkan akıllı kablosuz iletisim sistemleri için umut verici bir teknolojidir. CR sisvi temleri, zamansal ve uzamsal verimliligi arttırır, bu nedenle spektrum delikleri olarak bilinen frekans kullanımında geçici bosta kalma sürelerinden yararlanarak spektrum kıtlıgını azaltır. Dinamik Spektrum Erisimi (DSA), ikincil kullanıcıların (SU) birincil kullanıcı (PU) kanallarındaki geçici bosta kalma sürelerine fırsatçı olarak erismesine izin vererek spektrum kullanımını gelistirir. Spektrum erisim stratejilerini en üst düzeye çıkarmaya yönelik daha önceki çalısmalar çogunlukla ag durumu bilgilerinin tamamını gerektirmektedir, bu nedenle pratik olmayabilir. Öte yandan, Q-ögrenme gibi modelsiz takviye ögrenme (RL) tabanlı yöntemler, tam ag bilgisi gerektirmeyen uyarlanabilir çözümler vaat ediyor. Iki bölümde, bu arastırma ikilemini ele alıyoruz ve ag fayda maksimizasyonu için sırasıyla Q-ögrenme kaynaklı spektrum erisimi (DQLS) tabanlı merkezi olmayan ve merkezi kanal seçim yöntemlerini, yani DEcentralized Spectrum Atama (DESA) ve Merkezi Spectrum Atama (CSA) öneriyoruz. Merkezi derin Q-agı (DQN) aracılıgıyla üretilen eylemler CSA'da kullanılırken, DESA spektrum kararlarında isbirlikçi olmayan bir yaklasım benimsemektedir. Degisen birincil ve ikincil ag boyutlarına yönelik önerilen yöntemlerimizin spektrum kullanımını arastırmak için kapsamlı simülasyonlar kullanıyoruz. Bulgularımız önerilen planların modele dayalı RL ve oluklu Aloha ve Whittle indeks politikası dahil geleneksel yaklasımlardan daha iyi performans gösterdigini ve en iyi kanal erisiminin % 87'sinin elde edildigini göstermektedir.