Predicción en línea basada en expertos para mercados secundarios de radio cognitiva
Juan Martín Vanerio
Master thesis from Universidad de la República (Uruguay). Facultad de Ingeniería. IIE - Dec. 2017
Advisor: Federico Larroca
Co-advisor: Federico Larroca
Research Group(s): Analisis de Redes, Trafico y Estadisticas de Servi (art)
Department(s): Telecomunicaciones
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Resumen

Actualmente los sistemas de telecomunicaciones inalámbricas son de gran importancia para la sociedad moderna, influyendo en el desarrollo de diversos sectores como la economía, la cultura, la salud y la educación, entre otros. Con la aparición de servicios y conceptos como movilidad, ubicuidad, convergencia y tecnologías de la información se produce una demanda aún mayor por el acceso a recursos del espectro radioeléctrico, pero los históricos modelos de gestión administrativa y asignación del escaso recurso resultan subóptimos a estos efectos. El problema fundamental en el caso de la asignación de frecuencias del espectro radioeléctrico radica en la existencia de interferencias potenciales entre las diferentes bandas y usuarios, lo cual motiva la intervención de algún ente regulador (generalmente estatal) que determina las asignaciones de uso y precio de las frecuencias.El fuerte dinamismo actual en la competencia del sector de las telecomunicaciones ha impulsado a explorar métodos de gestión alternativos que se basan en facilitar un acceso dinámico u oportunista al espectro, permitiendo así la utilización del mismo por parte de usuarios que no posean licencia de uso exclusivo (denominados “secundarios”) y coexistiendo con usuarios tradicionales que sí poseen dichas licencias (denominados “primarios”). De esta forma las partes inutilizadas del espectro podrían ser empleadas a demanda y con mayor agilidad que actualmente. El requerimiento fundamental para alcanzar este escenario es asegurar que no ocurra interferencia alguna de los usuarios secundarios sobre los primarios, de modo que no exista degradación en la calidad de la comunicación de estos últimos a causa de las operaciones los secundarios. La viabilidad técnica de estas propuestas es alcanzable mediante la utilización de las denominadas Tecnologías de Radio Cognitiva, donde los dispositivos de radio y el sistema todo en su conjunto son capaces de aprender y ser conscientes de las condiciones de su entorno radioeléctrico, y en consecuencia interactuar constantemente con éste mediante el ajuste de sus parámetros de operación como ser frecuencia, esquema y potencia de transmisión entre otros elementos y el monitoreo constante del espectro. Esto se consigue al poder realizar estas funciones mediante software en los dispositivos, y con componentes de hardware que puedan ser controlados por el primero. No obstante, la viabilidad técnica por si misma no garantiza que el sistema se lleve a la práctica. En vista que la sociedad toda se beneficiaría de una mejor utilización del espectro, solo resta considerar los aspectos económicos de estas propuestas. En este último sentido, resulta claro que si se puede obtener la cooperación de los actuales poseedores de los derechos de uso del espectro en el funcionamiento del nuevo sistema entonces las probabilidades de que éste sea realizable en la práctica serían mucho mayores, y se eliminarían varios problemas. Para conseguir esto, es necesario proporcionarles un estímulo económico a los poseedores de las licencias, el cual provendría de los usuarios secundarios dispuestos a pagar un cierto monto por el arrendamiento temporal de canales (con determinadas garantías o nivel de servicio) conformando así un mercado secundario del espectro radioeléctrico. Esto en teoría resolvería la asignación eficiente de los recursos escasos, pero está sujeto a que exista alguna tecnología que le permita ser viable. Es necesario determinar si una vez en funcionamiento el poseedor de los derechos de uso es capaz de obtener ganancias en las diferentes circunstancias y niveles de utilización del espectro. Generalmente no es posible aceptar indiscriminadamente usuarios secundarios en el afán de obtener mayores ganancias ya que de alguna forma si fuese necesario interrumpir la operación de algún usuario secundario para garantizar los derechos de los primarios, entonces se incurriría en una penalidad para indemnizarlo por los daños. Por lo tanto, sería ideal poder determinar algún o algunos algoritmos relativamente simples que faciliten obtener reglas de decisión robustas para que los poseedores de las licencias puedan emplearlos, y probar estos algoritmos en simulaciones de las más variadas condiciones a los efectos de verificar sus resultados. En este trabajo se presenta pues un estudio de la tecnología de radio cognitiva, desde sus componentes físicas y funcionales hasta las arquitecturas de red de este tipo de sistemas. A nivel económico, se presentan y estudian múltiples propuestas sobre los mecanismos de asignación de canales a los usuarios secundarios a los efectos de tener argumentos teóricos que puedan apoyar la viabilidad de una realización. A continuación se proponen, comparan y justifican teóricamente un conjunto de varias familias de algoritmos aplicables para el objetivo de obtener ganancias para el arrendador de espectro. También se definen las características del sistema del mercado secundario de radio cognitiva y se construyen diferentes tipos de simuladores de dicho sistema. Finalmente, se utilizan los simuladores construidos para evaluar el desempeño de los diferentes algoritmos frente a varios tipos de comportamiento de los usuarios licenciados y de los no licenciados, en la búsqueda de aquellos algoritmos más convenientes a los efectos de ser utilizados para tomar las decisiones de arrendar o no un canal cada vez que la ocasión se presenta maximizando la oportunidad de obtener ganancias.

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