コグニティブ無線通信網における二次通信利用帯域幅の変動を考慮した動的周波数割当方式の性能解析

摘要

In cognitive-radio (CR) networks, available sub-channels are dynamically assigned to the secondary users (SUs). However, when a primary user accesses a primary channel consisting of multiple sub-channels, data transmissions of the SUs already using the sub-channels may be terminated. In this paper, we analyze the performance of dynamic spectrum allocation with channel bonding, in which the number of sub-channels used by SUs are variable. We model the system with a continuous-time Markov chain, deriving the blocking probability, forced termination probability, and throughput for SUs. In terms of the way of forced termination, we consider two policies; one is that SUs using the largest number of sub-channels are forced to terminate their transmissions, and the other is that SUs using the smallest number of sub-channels are chosen for termination. Numerical examples show that in both forced-termination policies, the throughput of SUs that are forced to terminate their transmissions degrades as the offered load to the system increases.%コグニティブ無線通信網では，二次利用端末に空きサブチャネルを動的に割り当てることで，時間的・空間的に周波数資源の高効率な利用を実現する．しかしながら，一次利用端末の利用要求が到着すると二次利用端末は強制切断される可能性があるため，二次利用端末のスループット向上に効果的な周波数管理・割当方策が重要な課題となっている．そのような周波数割当方策の一つに，二次利用端末に複数のサブチャネルを結合して高速なデータ転送を行うチャネル結合（Channel Bonding ）がある．本稿では二次利用端末に対して割り当てるサブチャネル数を複数種類用意したチャネル結合法における性能特性についてマルコフ解析による検討を行う．具体的には対象システムを連続時間マルコフ連鎖で定式化し，二次利用端末の呼損率，強制切断確率，スループットを導出する．二次利用端末の強制切断方式については，利用サブチャネル数の多い端末から強制切断を行う方式と，利用サブチャネル数の少ない端末から強制切断を行う方式の二種類を検討する．数値例より，システムの負荷が増大すると強制切断される低優先二次利用端末のスループットが劣化することが判明した．