UTBRA-Uydu ile Bütünleşik ve İçerik-Merkezli Çalışan Bilişsel Ağlar

    Bu projede uydu ile bütünleşik bilişsel radyo ağlarında içerik merkezli işleyişin enerji verimli ve servis kalitesi yüksek şekilde çalışması için gerekli yöntem, algoritma ve analitik modeller geliştirilecektir. Bu kapsamda çoklu ortam (multimedya)servislerine odaklanılarak heterojen ağ yapıları ve Cihazdan Cihaza (Device-to-Device) iletişimin bu yeni ağ yapısındaki etkileri incelenecektir. Bu amaçlar için içerik ve enerji modelleri geliştirilerek yapılacak benzetim ve analitik altyapıya entegre edilecektir. Önerilen yöntem ve yaklaşımlar (analitik modeller, kaynak atama algoritmaları, çoklu ortam iletim yöntemleri) benzetim ve en iyileme araçaları kullanılarak test edilecektir.

       Kablosuz ağlar üzerinden sağlanan yeni servisler ve zengin içerikler yüksek bant genişlikleri ve daha fazla kapasiteye olan gereksinimi her geçen gün artırmaktadırlar. 5G ağların yayılımı ve kullanıma girmesi ile ortaya çıkacak yeni kullanım şekilleri ile bu gereksinimlerin daha da önem kazanması beklenmektedir. Bunu karşılamak için radyo spektrumunun verimli kullanımı kritik bir öneme sahiptir. Spektrum sınırlı ve değerli bir kaynak olmasına rağmen, çeşitli bölgelerdeki bazı frekans bantlarında kullanımının oldukça düşük olduğu gözlemlenmiştir [1]. Yetersiz kullanım ve verimsizlik sebebiyle, son dönemde bilişsel radyo (BR) kavramı ortaya atılmış ve geliştirilmiştir. BR paradigması lisanslı bantların birincil kullanıcının aktivitelerine zarar verilmediği müddetçe ikincil bir ağ tarafından kullanılmasına izin verir [2,3]. Yüksek kapasite ve kapsama artışı getiren bir diğer yaklaşım ise Cihazdan Cihaza (CC) iletişimdir (Device-to-Device communications). Bu yöntemde trafik yakındaki düğümlerden sağlanırken çekirdek ağdaki yük hafifletilmekte, kapasite artışı sağlanmaktadır [4]. CC operasyonda mobil cihazlar veri için radyo erişim ağı üzerinden yol atamasına ihtiyaç duymadan birbirleri ile direk bağlantı kurabilmekte, bu sayede ağ kaynak verimliliği artmakta, düşük iletim gücü ve daha düşük gecikme gibi faydalar sağlanmaktadır [5]. Bu teknik IMT-2020 vizyonunu gerçekleştirmek adına 5G tanımlamalarına entegre edilmiştir [6]. Benzer şekilde BR kavramı da 5G ve ötesi sistemler için önerilmiştir.

      Uygulama katmanında, içerik ağırlıklı servisler ve de özellikle çoklu ortam servisleri (video-on-Demand, streaming live video) trafik kaynaklarının büyük bir kısmını oluşturmaktadırlar. Cisco VNI 2015’in raporuna göre 2014 yılında global mobil veri trafiği yüzde 69 büyüyerek aylık 2.5 exabaytlar seviyesine ulaşmıştır [7]. 2014 yılında mobil veri trafiği 2000 yılındaki toplam global internet trafiğinin neredeyse 30 katı olmuştur. Ayrıca, mobil video trafiği toplam mobil veri trafiğinin yüzde 50’sini ilk kez 2012 yılında geçmiş bulunmaktadır. Fakat, içerik teslimi ve iletimiyle alakalı servislerin çeşitli zorlukları vardır [8]. Video servisleri için sınırlı bant genişliğine sahip kablosuz sistemler daha az akıcı görüntü geçişlerine sebep olmakta ve bu da kullanıcıların deneyim kalitesini olumsuz etkilemektedir. Ayrıca, Ölçeklenebilir Video Kodlaması gibi gelişmiş kodlama teknikleri ve çokluyol yönlendirmesi gibi ağ katmanı teknikleri ve uygulama ve ağ katmanlarındaki karışıklıkla beraber durum oldukça kompleks bir hal almaktadır. Kablosuz ağlarla ilgili temel araştırma konularından biri de enerji verimliliğidir (EV). Kablosuz sistemlerde EV yi gerekli kılan faktörler şu şekilde sıralanır:

·    Daha küçük cihazlar

·    Artan hareketlilik ve tasarsız (ad hoc) ayarlar

·    Yeşil iletişim konseptinin ve enerji tüketimi, sürdürülebilir gelişmeyle alakalı çevresel sorunların ortaya çıkması

·    Enerji maliyetlerinin azaltılmasıyla işletme harcamalarının azalması

·    Enerji depolama kapasitesi ve gelişmiş devre tasarımı arasında giderek artan boşluk

      Bu çalışma, UTBRA’da içerik-merkezli işleyiş üzerine olacaktır. CC iletişim modundan yararlanan ve çoklu ortam servisleri sunan altyapı tabanlı bir BRA sistemi üzerinde çalışılacaktır. Bu tarz sistemlerde üretilen iş daha iyi servis kalitesi için geliştirilirken enerji tüketimi de göz önünde bulundurulmalıdır. Eş zamanlı olarak servis kalitesinden de ödün verilmemelidir. Enerji verimliliği hedefi, geniş kapsama alanı ve kontrol optimizasyonu sebebiyle uydu kullanımı umut vaad etmektedir. Bunun sebebi, gelecekteki uyduların daha geniş kapsama olanakları sağlayıp, daha fazla bant genişliğinden yararlanıp, daha az karasal ağ bileşenleri içererek; yeşil ağ paradiğmasını desteklemelerinden kaynaklanmaktadır [9]. Uydu ve BRA’ların bir arada bulunmaları ve bu durumun yorumlanması önemli bir araştırma konusudur [10,11].Katmanlı içerik teslimi ve hibrit BR’lerin kesişimi özellikle muhtemel 5G sistemleri için henüz keşfedilmeyi beklemektedir [12]. Benzer şekilde, uydu sistemleri niş uygulamalarda geleneksel kablosuz sistemler için çalışılmaktadır ve bu çalışmalarda genellikle EV dışındaki metrikler üzerine yoğunlaşılmaktadır.

      Projemizde ayrıca bahsedilen UTBRA hibrit ağında katmanlı içerik modeli çalışılacak, servis kalitesine bakılarak kaynak ataması problemi için çözüm sunulacaktır. Bu tarz hibrit ağlarda içerik modelleme üzerine çalışılacak daha sonra bu model servis/deneyim kalitesi için bakılmak üzere katmanlı model olarak genişletilecektir. Birçok etkeni bir arada barındıran sistemimiz için özellikle enerji açısından bilişsel radyoda karşılaşılabilecek zorluklara karşı çeşitli çözümler geliştirilecektir. Enerji tüketimini azaltmak ve servis kalitesini arttırmak sistemin iki mihenk taşlarıdır. Bunun için cihazdan cihaza iletim yönteminden faydalanılacaktır. Ayrıca, bu tarz hibit bir ağda enerji bilinçli önbellekleme üzerine çalışmalar yapılacaktır. Çalışmalarımızda analitik çözümler geliştirilmeye çalışılacak ve en iyileme yaklaşımları önerilecektir. Matematiksel olarak kompleksliğin yüksek olduğu durumlarda benzetim çalışmaları üzerinden sistemimiz irdelenecektir.  Deneyim kalitesini maksimum seviyeye getirecek ve enerji tüketimini azaltacak bilgi merkezli ağlar üzerinde yenilikçi bir duraksız iletim algortiması geliştirilecektir. 

 

Meeting 3 fotosu 

Kaynakça

 [1] Ghasemi, A. and E. Sousa, “Spectrum sensing in cognitive radio networks: requirements, challenges and design trade-offs", Communications Magazine, IEEE, Vol. 46, No. 4, pp. 32-39, April 2008.

[2] Wang, C.-X., F. Haider, X. Gao, X.-H. You, Y. Yang, D. Yuan, H. Aggoune, H. Haas, S. Fletcher, and E. Hepsaydir, “Cellular architecture and key technologies for 5G wireless communication networks", Communications Magazine, IEEE, Vol. 52, No. 2, pp. 122-130, February 2014.

[3] Adigun, O., M. Pirmoradian, and C. Politis, Cognitive Radio for 5G Wireless Networks, pp. 149-163, John Wiley & Sons, Ltd, 2015.

[4] Asadi, A., Q. Wang, and V. Mancuso, “A Survey on Device-to-Device Communication in Cellular Networks", Communications Surveys Tutorials, IEEE, Vol. 16, No. 4, pp. 1801-1819, Fourthquarter 2014.

[5] Sambo, Y., M. Shakir, K. Qaraqe, E. Serpedin, M. Imran, and B. Ahmed, “Energy efficiency improvements in HetNets by exploiting device-to-device communications", Signal Processing Conference (EUSIPCO), 2014 Proceedings of the 22nd European, pp. 151-155, Sept 2014.

[6] ITU-R SG05, “M.2320 Future technology trends of terrestrial IMT systems", Technical report, International Telecommunication Union (ITU), Geneva, 2014.

[7] Paper, C. W., “Cisco Visual Networking Index: Global Mobile Data Traffic Forecast Update, 2014-2019", February 2015.

[8] Gür, G., “Energy-aware cache management at the wireless network edge for information-centric operation", Journal of Network and Computer Applications, Vol. 57, pp. 33 - 42, 2015.

[9] Alagoz, F. and G. Gur, “Energy Efficiency and Satellite Networking: A Holistic Overview", Proceedings of the IEEE, Vol. 99, No. 11, pp. 1954-1979, Nov 2011.

[10] Evans, B., “The role of satellites in 5G", Advanced Satellite Multimedia Systems Conference and the 13th Signal Processing for Space Communications Workshop (ASMS/SPSC), 2014 7th, pp. 197-202, Sept 2014.

[11] Bayhan, S., G. Gur, and F. Alagoz, “High Altitude Platform (HAP) Driven Smart Radios: A Novel Concept", Satellite and Space Communications, 2007. IWSSC '07. International Workshop on, pp. 201-205, Sept 2007.

[12] Gur, G. and F. Alagoz, “Energy-efficient layered content dissemination for multimode mobile devices", Communications and Networking (BlackSeaCom), 2013 First International Black Sea Conference on, pp. 243-246, July 2013.

Subscribe to Uydu ile Bütünleşik ve İçerik-Merkezli Çalışan Bilişsel Ağlar (UTBRA) RSS