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Computación y Sistemas

Print version ISSN 1405-5546

Comp. y Sist. vol.19 n.2 México Apr./Jun. 2015

http://dx.doi.org/10.13053/CyS-19-2-1940 

Artículos

 

Control de admisión y asignación de canal para acceso dinámico de espectro usando cómputo multi-objetivo

 

Admission Control and Channel Allocation for Dynamic Spectrum Access using Multi-objective Optimization

 

Anabel Martínez-Vargas1, Ángel G. Andrade2, Roberto Sepúlveda1, Oscar Montiel-Ross1

 

1 Instituto Politécnico Nacional, Centro de Investigación y Desarrollo de Tecnología Digital (CITEDI-IPN), Tijuana, México. anmartinezv@ipn.mx, rsepulvedac@ipn.mx, oross@ipn.mx

2 Universidad Autónoma de Baja California (UABC), Mexicali, México. aandrade@uabc.edu.mx

Autor de correspondencia es Anabel Martínez Vargas.

 

Artículo recibido el 07/02/2014.
Aceptado el 17/04/2015.

 

Resumen

El incremento en el desarrollo de aplicaciones y su tiempo de uso, así como de nuevas tecnologías, han generado una mayor cantidad de transmisión de datos y demanda de los recursos finitos espectrales. Ello ha formado una idea errónea de que existe una escasez de espectro, sin embargo; diversos estudios han concluido que se trata de un problema de acceso al espectro ya que se ha observado que mientras ciertas bandas se encuentran saturadas otras presentan un uso escaso. En este contexto, el Acceso Dinámico de Espectro (DSA, por sus siglas en inglés Dynamic Spectrum Access) se propone como una solución para reciclar el espectro, compartiendo bandas de frecuencia entre las tecnologías y servicios inalámbricos que así lo requieran. El principal reto de la tecnología DSA, radica en que se les debe garantizar a los usuarios primarios (PU, usuarios con prioridad alta de acceso a un canal) protección contra la interferencia que pudieran generar los usuarios secundarios (SU, usuarios con prioridad baja de acceso a un canal). Una de las estrategias del DSA es la explotación simultánea de un canal tanto por el PU y por uno o más SU's, siempre y cuando, estos últimos no sobrepasen un umbral de la potencia de interferencia impuesto por el PU. Lo anterior limita el acceso a una cantidad excesiva de SU's a la red, de forma tal que se logre una coexistencia pacífica con los PU's presentes en el área de cobertura. Este trabajo propone un algoritmo multi-objetivo (MO) de control de admisión y asignación de canal para establecer el compromiso entre la máxima tasa de datos y el número máximo de SU's que pueden compartir concurrentemente un canal primario bajo restricciones de Calidad de Servicio (QoS, por sus siglas en inglés Quality of Service). Para resolver el problema de optimización se utiliza una estrategia híbrida consistente en la Optimización por Cúmulo de Partículas (PSO, por sus siglas en inglés Particle Swarm Optimization) y el Método MO de Suma Ponderada.

Palabras clave: Optimización multi-objetivo, acceso dinámico de espectro, optimización por cúmulo de partículas, método de suma ponderada.

 

Abstract

The growing development of applications, utilization time, technologies, and data rates are increasing the demands for and value of the finite spectral resources. It creates an idea of spectrum scarcity; however, several studies concluded that the shortage of the spectrum is a spectrum access problem since certain bands are used sporadically while in others the spectrum resource is scarce. In this context, dynamic spectrum access (DSA) is proposed as a solution to reuse spectrum sharing spectrum bands. Its main challenge is to guarantee protection against interference to primary users (PU, users with high priority to access a channel), when a frequency band is shared with secondary users (SU, users with low priority to access a channel). To achieve this, a DSA strategy is that a SU transmits simultaneously with the PU as long as the resulting interference is constrained. The aforementioned involves controlling the number of selected SUs to the network to assure a peaceful coexistence with the PUs in the area. This work proposes a multi-objective admission control and channel allocation algorithm to determine the tradeoff between the maximum data rate and the maximum number of selected SUs to concurrently share a spectral resource considering Quality of Service (QoS) constraints. To figure out the solution that considers the two conflicting objectives, Particle Swarm Optimization (PSO) and the Weighted Sum Method are applied.

Keywords: Multi-objective optimization, dynamic spectrum access, particle swarm optimization, weighted sum method.

 

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Agradecimientos

Los autores agradecen al Instituto Politécnico Nacional (IPN) y al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT) por su apoyo.

 

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