UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE EDUARDO PAGANI JULIO <TÍTULO DO TRABALHO>

UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE

EDUARDO PAGANI JULIO

<TÍTULO DO TRABALHO>

NITERÓI 2014

UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE

EDUARDO PAGANI JULIO

<TÍTULO DO TRABALHO>

Tese de Doutorado apresentada ao Pro-grama de Pós-Graduação em Computa-ção da Universidade Federal Fluminense como requisito parcial para a obtenção do Grau de Doutor em Computação. Área de concentração: Redes e Sistemas Distribuídos e Paralelos

Orientador:

CÉLIO VINICIUS NEVES DE ALBUQUERQUE

NITERÓI 2014

EDUARDO PAGANI JULIO

<TÍTULO DO TRABALHO>

Tese de Doutorado apresentada ao Pro-grama de Pós-Graduação em Computa-ção da Universidade Federal Fluminense como requisito parcial para a obten-ção do Grau de <Doutor ou Mestre> em Computação. Área de concentração: Redes e Sistemas Distribuídos e Paralelos

Aprovada em Março de 2014.

BANCA EXAMINADORA

Prof. CÉLIO VINICIUS NEVES DE ALBUQUERQUE -Orientador, UFF

Prof. <NOME DO AVALIADOR>, <INSTITUIÇÃO>

Prof. <NOME DO AVALIADOR>, <INSTITUIÇÃO>

Niterói 2014

Dedicatoria(s): Elemento opcional onde o autor presta homenagem ou dedica seu trabalho (ABNT, 2005).

Agradecimentos

Resumo

Esse trabalho propoe o desenvolvimento de um algoritmo distribuido para tratar o pro-blema de coexistencia heterogenea para redes cognitivas, considerando as diretrizes do padrao IEEE 802.19.1.

Abstract

This work proposes the development of a distributed algorithm to address the problem of coexistence for heterogeneous cognitive networks, considering the guidelines of IEEE 802.19.1 standard.

Lista de Figuras

Lista de Abreviaturas e Siglas

CDIS : Coexistence Discovery and Information Server; CM : Coexistence Manager;

Sumário

1 Denição de Tema 1

Capítulo 1

Denição de Tema

ˆ Datas importantes:

 21/2 Limite para Pedido de Banca

ˆ Argumento:

 Multiplos dispositivos utilizando mesma faixa de frequência (ex.: Wi e blue-tooth)

 Faixas ISM muito congestionadas

 Utilizacao (disputa) de canais compartilhados minimiza a eciência global  Mecanismos mais ecientes precisam ser desenvolvidos

 Liberação das faixas de frequência de TV (TVWS)

 IEEE cria grupo de trabalho para tratar a Coexistência em TVWS (802.19.1)  Alocação de canais é uma peça chave na coexistência

 Controle de potência de transmissão reduz a interferência

 Coexistencia heterogênea é complexa, pois cada tecnologia usa um tipo de canal diferente

 Mecanismos com visao global auxiliam na resolucao de conitos

 o padrao aponta para todo o trabalho ser feito pelo CM. CDIS somente como apoio

Padrão 802.19.1 dene alguns componentes chave:

1 Denição de Tema 2

 busca e mantem informações do TVWS Database. Sabe os canais disponíveis em cada área

 Google ja disponibilizou o Spectrum Database (EUA)  IETF PAWS (Protocol to Access WS database)  coleta e agrega as informações dos CMs

 armazena e pode processar dados  visao global dos componentes

 no padrao, parece ser uma entidade so de registro e descoberta mesmo, sem executar nada

 "pode vericar se existem conitos entre canais usados em 2 CEs vizinhas, por exemplo, registradas em CMs diferentes"

 canais podem ser diferentes para cada tipo de tecnologia (usar unidade de medida minima)

ˆ CMs

 toma decisão de coexistência (hierárquicas ou P2P)  Troca informações com outros CMs

 Algoritmos de tomada de decisão aqui

 Alocacao de canais e controle de potencia executados aqui

 Pelo padrão, faz todo o trabalho de distribuição de canais, e resolve conitos, ate mesmo com outro CMs

ˆ CEs

 ligação dos WSOs (White Space Objects) com a coexistência

 recebe comandos de reconguração de canal e envia dados de monitoramento do/para o CM associado

ˆ WSOs

 Equipamentos (ou rede) que trabalham na TVWS

1 Denição de Tema 3

ˆ Proposta:

 Algoritmo distribuído que visa prover coexistência (homogênea e) heterogênea entre redes utilizando o padrao 802.19.1. Envolve um mecanismo implementado no CDIS para analizar e identicar possiveis interferências entre redes e um mecanismo de decisão, com base em informacoes locais, do CDIS e de outros CMs, para alocacao de canais executados nos CMs. Alem disso, o controle de potencia dos CEs pode ser decisivo para a coexistencia, visto que a area de cobertura em canais de TV é maior que em outras tecnologias.

 Desenvolver mecanimos de alocação de canais usados nos CMs, com auxilio do CDIS, minimizando a interferência entre CMs vizinhos

 Desenvolver mecanismos de controle de potência para minimizar interferência de vizinhos

 Desenvolver mecanismos de agregacao e processamento de dados no CDIS para vericacao de conitos de canais

ˆ Implementação:

 CE se registra no CM (localização, area de cobertura, tipo (tecnologia))  CM se registra no CDIS (localização, CEs registrados)

 CDIS sabe quais CEs existentes, e pode montar um "mapa de interferên-cia"(grade de interferência)

 CM recebe periodicamente a lista de canais disponiveis na regiao, e toma suas decisões de alocação de canal, repassando aos CEs os canais denidos

 CDIS recebe periodicamente lista de canais utilizados em cada CM

ˆ Questões:

 Como validar a proposta? * Simulador próprio * ns-2, ns-3

* MATLAB

 Pré-requisitos necessários para a proposta?

* entender as caracteristicas dos canais em TVWS (frequências, largura de banda, alcance)

1 Denição de Tema 4

* tecnologias que usam TVWS (802.22, 802.11af, 802.15.4m, etc...)

* mecanismos de coexistência já existentes (802.11 e Bluetooth, 802.22 Co-existence Beacon Protocol)

Figura 1.1: exemplo de grid - proposta

ˆ Algoritmo:  CDIS  CM

1 Denição de Tema 5

Algoritmo 1 Basic Operation of Channel Selection Algorithm of CDIS.

1: procedure AllocateChannels(CEsDataList[], P ossibleChannelsList[]) 2: Graph ← BuildInterf erenceGraph(CEsDataList[])

3: DiscoloredV ertexesList[] ← ListDiscoloredV ertexes(Graph)

4: while sizeofDiscoloredV ertexesList[] > 0 do

5: OrderedV ertexesList[] ← OrderV ertexesByP riority(DiscoloredV ertexesList[])

6: SelectedV ertex ← OrderedV ertexesList[0]

7: ColoringV ertex(SelectedV ertex, P ossibleChannelsList[])

8: DiscoloredV ertexesList[] ← RemoveV ertex(SelectedV ertex, DiscoloredV ertexesList[])

9: end while

10: SetChannelsOnCEs()

11: end procedure

Algoritmo 2 Basic Operation of the Function that chooses the channel to be assigned to a vertex

1: procedure ColoringV ertex(SelectedV ertex, P ossibleChannelsList[]) 2: EdgesList[] ← ListEdgesOf V etex(SelectedV ertex)

3: ListOf F reeChannels[] ← RemoveU sedChannels(EdgesList[], P ossibleChannelsList[])

4: if sizeofListOfF reeChannels[] > 0 then 5: ChosenColor ← ListOf F reeChannels[0]

6: Def ineV ertexColor(SelectedV ertex, ChosenColor)

7: return 8: else

9: ChosenColor ← ChooseChannel(EdgesList[], P ossibleChannelsList[])

10: Def ineV ertexColor(SelectedV ertex, ChosenColor)

11: return 12: end if 13: end procedure

1 Denição de Tema 6

Algoritmo 3 Basic Operation of the Power Control

1: procedure P erformP owerControl(ControlledAP sList[], InterferenceDataList[])

2: while sizeOfControlledAP sList[] > 0 do

3: Interf erentsAP sList[] ← ReturnsInterf eringAP s(CurrentAP, ControlledAP sList[], Interf erenceDataList[])

4: end while

5: while InterferentsAP sList[] > 0 do

6: ReduceP owerInOneLevel(CurrentAP )

7: end while

8: while sizeOfControlledAP sList[] > 0 do

9: if CurrentAP 6∈ InterferentsAP sList[] then 10: if CurrentAP isAloneInChannel then 11: Conf igureM axP ower(CurrentAP )

12: else 13: IncreaseP owerInOneLevel(CurrentAP ) 14: end if 15: end if 16: end while 17: end procedure