Динамическое управление спектром

Динамическое управление спектром ( DSM ), также называемое динамическим доступом к спектру ( DSA ), представляет собой набор методов, основанных на теоретических концепциях теории сетевой информации и теории игр , которые исследуются и разрабатываются для улучшения производительности сети связи как весь. ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]} Концепция DSM также опирается на принципы из области межуровневой оптимизации , искусственного интеллекта , машинного обучения и т. д. Недавно это стало возможным благодаря наличию программной радиосвязи благодаря разработке достаточно быстрых процессоров как на серверах, так и на терминалах. Это методы совместной оптимизации. Это также можно сравнить или связать с оптимизацией одного канала в сети из-за потери производительности на многих ссылках, на которые отрицательно влияет эта единственная оптимизация.

Чаще всего он применяется для оптимизации производительности цифровой абонентской линии ( DSL ) в сети . Еще одно потенциальное применение DSM – когнитивное радио .

Важные и общие принципы DSM включают в себя:

DSM в кольце цифровых подписчиков

DSM может быть достигнут в сети обычных медных телефонных линий за счет уменьшения или устранения перекрестных помех , помех и проблем ближнего и дальнего радиуса действия в сети DSL, особенно влияющих на телефонные линии DSL, которые расположены близко друг к другу в переплете . ^{[ 3 ]}^{[ 4 ]}

Технология включает в себя несколько методов:

Непрерывный мониторинг состояния уровней мешающего сигнала с использованием текущей битовой нагрузки по сравнению с максимально достижимой скоростью передачи данных , количеством секунд с ошибками, количеством секунд с серьезными ошибками, количеством прямых исправлений ошибок (FEC), а также принятием решений о причине неэффективного сценария и принудительном ссылка на обучение определенным образом.
Выявление соседних кабелей в связках, которые могут вызывать нежелательные перекрестные помехи, и снижение мощности их восходящей передачи до тех пор, пока скорость передачи данных не будет оптимизирована для сети.
Увеличение или уменьшение количества накладных расходов на прямое исправление ошибок, применяемых к сигналу, распространяющемуся по кабелю, в зависимости от серьезности коррелированных источников помех или глушителей.
Изменение пределов уровней мощности, разрешенных в кабеле, масок тонов, в которые можно загружать биты, или масок спектральной плотности мощности, чтобы минимизировать помехи, вызванные избыточным отношением сигнал/шум (SNR), вызывающим деградация SNR по другим линиям.
Модемное оборудование ( бытовое оборудование ) регулирует настройки передачи для достижения оптимизированного сигнала дискретной многотональной модуляции (DMT) (это не совсем DSM и может быть достигнуто даже без DSM). Эта аппаратная настройка осуществляется из центра центрального мониторинга и применяется к сети оборудования потребительских помещений в целом для оптимизации производительности сети в целом.

DSM в беспроводных сетях

Важным применением динамического доступа к спектру являются беспроводные сети. Спектр, как ключевой ресурс беспроводной связи, играет важную роль в ключевых показателях производительности сети, таких как покрытие, качество обслуживания, энергоэффективность и надежность. Большинство услуг беспроводной связи предоставляются в рамках фиксированного распределения спектра, заранее определенного регулирующими органами и распределяемого между операторами на аукционах. Этот процесс распределения спектра крайне неэффективен и приводит к значительному недоиспользованию спектра. Несмотря на постоянное улучшение спектральной эффективности беспроводных технологий, спрос на полосу пропускания превышает доступность спектра для новых коммуникационных услуг и сетей. Парадоксально, но несколько исследований спектра показывают, что пространственное и временное использование спектра ниже 3 ГГц составляет менее 20% во всем мире. ^{[ 5 ]} и менее 11% в сельской местности. ^{[ 6 ]} В этом контексте сети динамического доступа к спектру (DSA) позволяют произвольно использовать неиспользуемый или недостаточно используемый спектр в определенных областях или в определенное время. Более высокая эффективность использования спектра может быть достигнута путем использования лицензированного, но неиспользуемого спектра или путем более эффективного распределения спектра в соответствии с динамичным спросом на услуги. ^{[ 7 ]}

Некоторые методы и методы динамического доступа к спектру и управления им включают:

Совместное зондирование спектра, при котором несколько узлов когнитивного радио используют модели искусственного интеллекта для обнаружения неиспользуемого спектра путем совместной идентификации основных пользовательских сигналов. ^{[ 8 ]} и самообнаружение скрытых узлов, что позволяет избежать помех. ^{[ 9 ]}
Прогнозирование спектра: модели машинного обучения прогнозируют доступность спектра в будущем, используя исторические данные об использовании, что повышает эффективность использования спектра.
Решение и распределение спектра — это когда оптимальная полоса спектра динамически выбирается для определенной услуги, зоны и периода времени на основе текущей доступности, потребностей пользователей, условий сети и качества спектра.
Управление помехами в реальном времени с помощью алгоритмов обучения с подкреплением, позволяющих когнитивным радиоприемникам адаптивно управлять и смягчать помехи от других устройств в режиме реального времени.

См. также

Прерываемый спектр

Ссылки

^ «На пути к динамическому регулированию радиоспектра: техническая мечта или экономический кошмар?» (PDF) . Alcatel-lucent.com . Проверено 22 декабря 2015 г.
^ «Программное обеспечение для радиосвязи, обеспечивающее динамическое управление спектром» . Fcc.gov . Архивировано из оригинала 9 мая 2009 г. Проверено 22 декабря 2015 г.
^ «Динамическое управление спектром — методология предоставления пользователям значительно более высокой пропускной способности широкополосной связи» (PDF) . Теленор.com . Архивировано из оригинала (PDF) 8 января 2010 г. Проверено 22 декабря 2015 г.
^ «Динамическое управление спектром для цифровых абонентских линий» (PDF) . Alcatel-lucent.com . Проверено 22 декабря 2015 г.
^ Мартинес Алонсо, Родни; Плетс, Дэвид; Дерюик, Марго; Мартенс, Люк; Гильен Ньето, Глауко; Джозеф, Ваут (01 марта 2018 г.). «Оптимизация ТВ-пространства и сети LTE для повышения энергоэффективности в пригородных и сельских сценариях» . Транзакции IEEE в области вещания . 64 (1): 164–171. arXiv : 2405.02693 . дои : 10.1109/TBC.2017.2731043 . hdl : 1854/LU-8556874 . ISSN 0018-9316 .
^ Алонсо, Родни Мартинес; Герра, Арли Кото; Пупо, Эрнесто Фонтес; Плетс, Дэвид; Ньето, Глауко Гильен; Мартенс, Люк; Джозеф, Ваут (27 октября 2020 г.). «Оценка качества пустых пространств в сельской местности: крупномасштабное исследование спектра» . Международный симпозиум IEEE по широкополосным мультимедийным системам и радиовещанию (BMSB) 2020 года . IEEE. стр. 1–5. дои : 10.1109/BMSB49480.2020.9379402 . hdl : 1854/LU-8733571 . ISBN 978-1-7281-5784-9 .
^ Мартинес Алонсо, Родни; Плетс, Дэвид; Дерюик, Марго; Мартенс, Люк; Гильен Ньето, Глауко; Джозеф, Ваут (9 мая 2020 г.). «Оптимизация динамических помех в сетях когнитивного радио для сельской и пригородной местности» . Беспроводная связь и мобильные вычисления . 2020 : 1–16. дои : 10.1155/2020/2850528 . hdl : 1854/LU-8672730 . ISSN 1530-8669 .
^ Мартинес Алонсо, Родни; Плетс, Дэвид; Дерюик, Марго; Мартенс, Люк; Гильен Ньето, Глауко; Джозеф, Ваут (1 января 2021 г.). «Многокритериальная оптимизация сетей когнитивного радио» . Компьютерные сети . 184 : 107651. arXiv : 2405.02694 . дои : 10.1016/j.comnet.2020.107651 . ISSN 1389-1286 .
^ Мартинес Алонсо, Родни; Плетс, Дэвид; Поллин, Софи; Мартенс, Люк; Джозеф, Ваут (28 мая 2023 г.). «Обнаружение выбросов и извлечение спектральных признаков на основе корреляции ближайших соседей и алгоритма случайного леса» . ICC 2023 — Международная конференция IEEE по коммуникациям . IEEE. стр. 4615–4620. дои : 10.1109/ICC45041.2023.10279819 . ISBN 978-1-5386-7462-8 .

Внешние ссылки

Повышение скорости Интернета без оптоволокна
ECI Telecom намерена удвоить скорость DSL
Проект DSM — профессор Джон Чиоффи
Проект быстрой меди — Принстонский университет
Публикации по динамическому управлению использованием спектра - Рафаэль Сендрильон

[1] «На пути к динамическому регулированию радиоспектра: техническая мечта или экономический кошмар?» (PDF) . Alcatel-lucent.com . Проверено 22 декабря 2015 г.

[2] «Программное обеспечение для радиосвязи, обеспечивающее динамическое управление спектром» . Fcc.gov . Архивировано из оригинала 9 мая 2009 г. Проверено 22 декабря 2015 г.

[3] «Динамическое управление спектром — методология предоставления пользователям значительно более высокой пропускной способности широкополосной связи» (PDF) . Теленор.com . Архивировано из оригинала (PDF) 8 января 2010 г. Проверено 22 декабря 2015 г.

[4] «Динамическое управление спектром для цифровых абонентских линий» (PDF) . Alcatel-lucent.com . Проверено 22 декабря 2015 г.

[5] Мартинес Алонсо, Родни; Плетс, Дэвид; Дерюик, Марго; Мартенс, Люк; Гильен Ньето, Глауко; Джозеф, Ваут (01 марта 2018 г.). «Оптимизация ТВ-пространства и сети LTE для повышения энергоэффективности в пригородных и сельских сценариях» . Транзакции IEEE в области вещания . 64 (1): 164–171. arXiv : 2405.02693 . дои : 10.1109/TBC.2017.2731043 . hdl : 1854/LU-8556874 . ISSN 0018-9316 .

[6] Алонсо, Родни Мартинес; Герра, Арли Кото; Пупо, Эрнесто Фонтес; Плетс, Дэвид; Ньето, Глауко Гильен; Мартенс, Люк; Джозеф, Ваут (27 октября 2020 г.). «Оценка качества пустых пространств в сельской местности: крупномасштабное исследование спектра» . Международный симпозиум IEEE по широкополосным мультимедийным системам и радиовещанию (BMSB) 2020 года . IEEE. стр. 1–5. дои : 10.1109/BMSB49480.2020.9379402 . hdl : 1854/LU-8733571 . ISBN 978-1-7281-5784-9 .

[7] Мартинес Алонсо, Родни; Плетс, Дэвид; Дерюик, Марго; Мартенс, Люк; Гильен Ньето, Глауко; Джозеф, Ваут (9 мая 2020 г.). «Оптимизация динамических помех в сетях когнитивного радио для сельской и пригородной местности» . Беспроводная связь и мобильные вычисления . 2020 : 1–16. дои : 10.1155/2020/2850528 . hdl : 1854/LU-8672730 . ISSN 1530-8669 .

[8] Мартинес Алонсо, Родни; Плетс, Дэвид; Дерюик, Марго; Мартенс, Люк; Гильен Ньето, Глауко; Джозеф, Ваут (1 января 2021 г.). «Многокритериальная оптимизация сетей когнитивного радио» . Компьютерные сети . 184 : 107651. arXiv : 2405.02694 . дои : 10.1016/j.comnet.2020.107651 . ISSN 1389-1286 .

[9] Мартинес Алонсо, Родни; Плетс, Дэвид; Поллин, Софи; Мартенс, Люк; Джозеф, Ваут (28 мая 2023 г.). «Обнаружение выбросов и извлечение спектральных признаков на основе корреляции ближайших соседей и алгоритма случайного леса» . ICC 2023 — Международная конференция IEEE по коммуникациям . IEEE. стр. 4615–4620. дои : 10.1109/ICC45041.2023.10279819 . ISBN 978-1-5386-7462-8 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]