Resource allocation for underlay cognitive radio networks

Abstract

Cognitive Radio (CR) has appeared as one of the solutions to mitigate the spectrum scarcity problem. One of areas that has suffered from spectrum scarcity is Wireless Body Area Networks (WBAN). It is possible to use CR with an adaptive power control and transmit scheme over the same channel as a licensed user. This is called the underlay approach. Since the number of applications that use the unlicensed bands is rapidly increasing, it is important to devise methods that utilize licensed bands without causing problems to the licensed user. Utilizing underlay CR in WBAN applications may help resource constrained sensors to operate even in cases where unlicensed bands are full. Another problem is the limited lifetime of sensors. Recently, energy harvesting has emerged as a topic of much attention to increase the lifetime of sensors. CR-WBANs can help us to build a healthcare system that is more reliable and efficient than traditional WBANs; however, many challenges still need to be investigated. In this thesis, we examine the minimum required power that must be transmitted from a specialized device called the hybrid access point (HAP) to have the network running indefinitely. A HAP is used both to transfer energy to the sensors and to gather sensor data and forward it to the higher layer in the WBAN.

Bilişsel radyo, radyo tayfındaki doluluk sorununa cevap olarak ortaya çıkmıştır. Bu sorunun yaşandığı alanlardan biri de kablosuz vücut alan ağlarıdır. Bilişsel radyolarda güç kontrolü yaparak lisanslı kullanıcının performansını etkilemeden onunla aynı bantta iletişim yapmak mümkün olmaktadır. Buna taban yaklaşımı denilmektedir. Lisans gerektirmeyen bantları kullanan uygulama sayısı hızla artmakta olduğundan, lisanslı kullanıcıyı etkilemeden lisanslı bantları kullanabilecek yöntemler geliştirmek önem kazanmıştır. Taban yaklaşımlı bilişsel radyoyu kablosuz vücut alan ağlarında kullanmak, kaynak sıkıntısı olan bu cihazların lisanssız bantların dolu olduğu bölgelerde bile işlevsel olmasını sağlayacaktır. Diğer bir sorun da sensörlerin sınırlı pil ömürleridir. Son zamanlarda, enerji harmanı sensörlerin pil ömürlerini artıracak bir çözüm olarak ortaya çıkmıştır. Bilişsel radyo kablosuz vücut ağları geleneksel yöntemlere kıyasla daha güvenilir ve daha verimli sağlık sistemleri yaratmamıza yardımcı olacaktır; ancak hala incelenmesi gereken pek çok zorluk bulunmaktadır. Bu tezde hibrit erişim noktası adı verilen özel bir cihazdan gönderilmesi gereken minimum enerji miktarı incelenmiştir. Hibrit erişim noktası hem sensörlere enerji transferi, hem de sensörlerden veri toplayıp sistemdeki daha üst birimlere iletme amacı ile kullanılmaktadır.