Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/11527/392
Title: Bilişsel Radyo Ağlarında Ip Üzerinden Ses İleten İkincil Kullanıcılara Hizmet Kalitesi Oluşturulması
Other Titles: Providing Qos To Secondary Users Employing Voip Applications In Cognitive Radio Networks
Authors: Oktuğ, Sema Fatma
Demirtaş, Esra Hatice
424560
Bilgisayar Mühendisliği
Computer Engineering
Keywords: Bilişsel Radyo
IP Üzerinden Ses İletimi
Ses Kalitesi
Cognitive Radio
Voice Over IP
QoS
Issue Date: 2-Mar-2012
Publisher: Fen Bilimleri Enstitüsü
Institute of Science and Technology
Abstract: Yüksek bant genişliği ihtiyacı duyan teknolojilerin kullanımının artması ile birlikte, frekans ihtiyacı gün geçtikçe artmaktadır. Fakat, kullanıcılar bulundukları konumdaki frekansta boş alan olmadığı için, her frekans ihtiyacı doğduğunda, servis alamayabilirler. Günümüzdeki kablosuz ağlarda, frekanslar statik olarak atandıkları için, başka bir frekansta o anda boş yer olmasına rağmen kullanıcılar boş frekansı kullanamamaktadır. Bu problemin bilişsel radyo ile çözülmesi amaçlanmıştır. Bilişsel radyoda iki tip kullanıcı bulunmaktadır: frekansın sahibi olan lisanslı kullanıcılar ya da başka bir deyişle birincil kullanıcılar ile hattın sahibi olmayan lisanssız ya da diğer bir deyişle ikincil kullanıcılar. Bilişsel Radyo da, ikincil kullanıcıların, birincil kullanıcılar hattı kullanmazken, o frekansı kullanmasına izin verilmektedir. Bu şekilde artan bant genişliği ihtiyacına cevap verebilmek amaçlanmaktadır. Bilişsel Radyo şu anda araştırma aşamasında olup, herhangi bir kurulmuş ortamı bulunmamaktadır. Her yeni teknolojide olduğu gibi, bilişsel radyolarında, kullanıcılar tarafından kabul görebilmesi için, belirli bir hizmet kalitesini kullanıcılara sağlayabiliyor olması gerekmektedir. Fakat, bilişsel radyo hakkında kaynak taraması yaparken, hizmet kalitesi alanında çok az çalışma olduğu gözlenmiştir. Bu da bizi bilişsel radyolardaki ikincil kullanıcılara hizmet kalitesi alanında çalışmaya motive etmiştir. İlk olarak Bilişsel Radyo hizmet kalitesi alanında kaynak taraması yapılmıştır. Bu çalışmaları üç ana gruba ayırabiliriz: Güç kontrollü algoritmalar, sistem kaynaklarını ayıran algoritmalar, ya da yeni “ortam erişim kontrolü” (Media Access Control - MAC) geliştirmeleri. Bu çalışmalarda sistemdeki kullanıcıların hepsinin ortak frekans paylaşma algoritmaları kullandığı, aynı MAC protokolünü kullandığı ya da sistemdeki tüm ağ düğümlerinin birbirini bildiği vb. önkoşullar kabul edilmiştir. Bu alanda alt katmanlardan bağımsız, uygulama seviyesinde çalışan, bir araştırma bulunamamıştır. Bu da bizi üst katmanda çalışma konusunda teşvik etmiştir. Bu amaçla yaygın olarak kullanılan ve kullanımı gelecekte daha da artması beklenen IP üzerinden ses iletimi (VoIP) uygulaması seçilmiştir. VoIP uygulamasının nasıl çalıştığı ve kabul edilmiş standartları incelenmiştir. Daha sonra Netaş ağ ortamında gerçek bir uygulama sunucusu (Genband) üzerinden değişik çözücüler ve değişik paket geliş sıklıkları kullanılarak aramalar yapılmış, bu aramadaki ses paketleri Ethereal programı ile toplanmıştır. Bu ses paketleri ile birlikte, IP üzerinden ses iletiminin ilk aşaması olan, iki kullanıcı arasında oturum kurulmasını sağlayan, oturum başlatma (Session Initialization Protocol – SIP) protokolü ve kullanıcıların hangi tip çözücüleri desteklediklerini birbirlerine iletmelerini sağlayan, medya tanım protokolü (Session Description Protocol – SDP) incelenmiştir. Bir arama da arayan ve aranan kişi oturum başlatırken o aramada kullanılacak çözücü ve paket geliş sıklığını belirlemektedir. Bu amaçla en çok kullanılan çözücüler ve paket sıklıkları araştırılmış ve bu çözücüler için toplam paket büyüklüğü, paket sıklığı hesaplanmıştır. Yapılan bu hesaplama sonuçları bu çalışma içerisinde sunulmuştur. Bir sonraki aşama olarak VoIP hizmet kalitesinin nasıl hesaplandığı incelenmiştir. Yapılan araştırmalarda, ortalama görüş puanı (OGP) kavramının kullanıldığı gözlenmiştir. OGP kişisel verilerden oluşan bir puandır. Kullanıcılara yaptıkları bir arama sonrası o aramanın kalitesini 1’den (en kötü) 5’e (en iyi) değerlendirmeleri istenip, tüm kullanıcıların düşünceleriyle OGP hesaplanmaktadır. OGP kişisel verilerle hesaplandığı için bunun servis sağlayıcı tarafında hesaplanabilmesini sağlayan bir formül ihtiyacı doğmuştur. Uluslararası Telekomünikasyon Birliği Telekomünikasyon Standartlaştırma Birimi (ITU-T - International Telecommunications Union Telecommunication Standardization Sector) 2005 yılında bir ağ sisteminin ve bu ağ sisteminde kullanılan ekipmanlara göre bir R değeri hesaplama formülünü tanımlamıştır. Bu R değeri ile OGP değerine nasıl ulaşılacağı da aynı standart içerisinde belirtilmiştir. Genel olarak OGP’yi sistemdeki gecikme, iki paket arasındaki gecikmelerin ağırlıklı ortalaması ve paket kaybı belirlemektedir. Tüm bu araştırmalar sonrasında, ikincil kullanılara IP üzerinden ses iletimi uygulamasında, yeterli bir servis kalitesini uygulama seviyesinde verebilen bir algoritma geliştirilmesi amaçlanmıştır. Daha önceden kaablolu ve kablosuz ağlarda yapılan VoIP hizmet kalitesi çalışmaları bilişsel radyo uygulamasına uyarlanmıştır. Önerilen algoritmayı kısaca özetlersek, ikincil kullanıcıların uygulamayı çalıştırdıkları istemcide periyodik olarak OGP puanını etkileyen kavramları hesaplanmaktadır. Bu maksatla istemcilerde periyodik olarak paketlerin gecikmeleri, iki paket arasındaki gecikmelerin ağırlıklı ortalaması ve paket kaybı hesaplanmaktadır. Bu değerlerden her periyotta R değeri hesaplanmakta, R değerinden o periyottaki OGP puanı bulunmaktadır. Sistem bir önceki periyottaki OGP puanını hatırlamakta ve iki periyot arasındaki OGP puan farkına bakarak sistemi gözlemektedir. Eğer iki periyot arası fark sıfırsa, OGP puanının değişmediği; eğer iki periyot arası fark sıfırdan küçükse, OGP puanının düştüğü; eğer iki periyot arası fark sıfırdan büyükse, OGP puanının yükseldiği anlaşılmaktadır. Amacımız OGP puanı düştüğünde bir sonraki periyotta yeniden OGP değerini yükseltmesini sağlayacak bir önlem almaktır. Burada OGP puanını kullanıcıların o aramada kullandıkları çözücü ve paket sıklıkları etkilemektedir. Önceden hesaplamalarını yaptığımız çözücü ve paket sıklıkları algoritmaya doğrudan eklenmiştir. OGP puanındaki düşüş oranına göre paket geliş sıklığı ya da çözücü değiştirerek OGP puanının bir sonraki periyotta yeniden yükselmesi amaçlanmıştır. Eğer OGP puanı arasındaki fark birse, bu durumda algoritma paket sıklığını artırmaktadır. Yani yeni bir paketin kendisine ulaştırılacağı aralığı artırmaktadır. Bu şekilde sistemdeki gecikmelerin OGP puanına etkisi azaltılmaktadır. Eğer OGP puanı arasındaki fark birden de büyükse bu durumda çözücü değiştirmeye gidilmektedir. Daha düşük bir çözücü seçilerek toplam paket boyu azaltılmaktadır. Önerilen algoritma ns-2 ağ similasyon programında modellenmiştir. Sistemde bir ikincil kullanıcı çifti kablosuz düğüm özelliği ile eklenmiştir. Simülasyonda NS-2 deki 250 m mesafeli anten kullanılmıştır. Birincil kullanıcıların sisteme gelişleri, ikincil kullanıcı çiftini, birbirleriyle konuşamayacakları kadar (kullanılan antenin yayın yapabildiği maksimum mesafenin üzerine) uzağa çekerek modellenmiştir. Birincil kullanıcıların sistemde farklı sürelerde kalışları durumunda ikincil kullanıcılardaki OGP değişimleri test edilmiştir. İlk olarak birincil kullanıcıların sistemde kalış süresinin sistemde olmadığı süreye eşit olduğu model test edilmiştir. Daha sonra birincil kullanıların sistemde kalış süresinin, sistemde olmadığı süreden daha küçük ve daha büyük olduğu modeller test edilmiştir. Daha sonra büyüklük kavramı incelenmiştir. Sistemde kalış süresinin sistemde olmayış süresinin 1.5 katı, 2 katı, 3 katı modelleri test edilmiş ve bu modellerde algoritmadaki bir sorun tespit edilmiştir. Algoritma bu hali ile sadece sistemdeki OGP düşüşlerini incelediği için, her zaman paket sıklığını artırma ya da çözücü düşürme şeklinde önlem almaktadır. Sistemde bu çözücüler sabit sayıda olduğu için, algoritma belli bir noktadan sonra OGP düşüşünü farkettiği halde bir önlem alamamaktadır. Fark edilen bu problem sonucunda algoritmada iyileştirmeye gidilmiştir. Algoritma artık sadece OGP düşüşlerini değil, OGP yükselişlerini de gözlemlemektedir. Bir OGP yükselişi olduğu zaman, bunu kaydetmekte ve sonraki periyotlarda yükseliş sonrası OGP değerinin korunup korunmadığı gözlemlenmektedir. Eğer sistem bir yükseliş sonrası, devam eden periyotlarda 3 kez üstüste OGP değerini koruyabilirse, sistemdeki sorunun ortadan kalktığı ve daha iyi bir çözücüye geçilebileceği kararlaştırılmaktadır. Sistemde bir düşüş olduğunda sistemin izlediği yol eski algoritma ile aynıdır, sadece yükselişin olmadığı bilgisinin kaydedilmesi eklenmiştir. Yapılan bu iyileştirme sonrası testler yeniden koşulmuş ve birincil kullanıcıların sistemde kalış süresinin, sistemde olmadığı süreden daha büyük olduğu durumlarda da iyileştirme yapılabildiği gözlenmiştir. Yapılan test sonuçları tez içerinde sunulmuştur. Daha sonra NS-2’de rastgele trafik modelleri oluşturulmuştur. Bu modellerden birincil kullanıcıların sistemde olup olmadığı hesaplanmış ve algoritma bu trafik modelleriyle de test edilmiştir. Elde edilen test sonuçları tezin ekler bölümünde sunulmuştur. Önceden belirli ve rastgele birincil kullanıcı trafik modelleriyle elde edilen sonuçlar, önerilen algoritmanın doğruluğunu kanıtlamıştır. Bu algoritma ile ikincil kullanıcıların belirli bir servis kalitesinde IP üzerinden ses iletim uygulamasını alabilecekleri gözlenmiştir. Bu algoritma sadece bilişsel radyo ağlarında değil, aynı zamanda tıkanıklık yaşanan ağlarda, tıkanıklık geçene kadar kullanıcıların hizmet kalitesini etkilememek adına da kullanılabilir.
In this study, providing sufficient quality of service (QoS) in voice over IP (VoIP) application to secondary users (SU) of cognitive radio network (CRN) is aimed. For that purpose, calls over a real application server (Genband) with different codec and different packetization intervals had been established, and voice packets are collected through Ethereal. Then, these collected packets, the Session Initialization Protocol (SIP), which is the protocol for call establishment, and the Session Description Protocol (SDP), which is the protocol for media negotiation, are analyzed. Existing research works about QoS for VoIP in other network types are reviewed and applied to CRN concepts. After these analysis, an algorithm, which is at application layer, has been proposed to provide an acceptable QoS for VoIP to SU of CRN. In this algorithm, mean opinion score (MOS) that is used for evaluating QoS in VoIP is used. Proposed algorithm is based on measuring MOS value periodically. In each period algorithm compares new MOS value with earlier period MOS value. Algorithm observes decrease and increases in MOS. For decreasing values, algorithm takes action to change either ptime or codec value according to decrease rate in MOS. For increasing values, algorithm puts an indicator that QoS has been increased. It uses this indicator to understand whether same QoS can be maintained in next 3 periods. If so, algorithm changes ptime and codec value again to use a better codec when there is no primary user (PU) around. With this way, algorithm adapts SU to current network conditions and suply a relevant QoS level. Then, proposed algorithm is simulated using ns-2 network simulator. MOS change of SU in deterministic and stochastic PU traffic models are tested. Results that we get from simulations confirmed the proposal. If cognitive devices include this algorithm, SUs of CRN can get VoIP in a particular service level. To the best of our knowledge, this is the first research for providing QoS to SUs of CRN at application layer.
Description: Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2012
Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2012
URI: http://hdl.handle.net/11527/392
Appears in Collections:Bilgisayar Mühendisliği Lisansüstü Programı - Yüksek Lisans

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
12385.pdf1.09 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.