BR102012030516A2

BR102012030516A2 - COGNITIVE RADIO SYSTEM AND ADAPTIVE CHANNEL CHANNEL SELECTION METHOD

Info

Publication number: BR102012030516A2
Application number: BRBR102012030516-0A
Authority: BR
Inventors: Ricardo Seiti Yoshimura; Juliano Joao Bazzo; Dick Carrillo Melgarejo; Fabiano Silva Mathilde; Fabricio Lira Figueiredo
Original assignee: Fundacao Cpqd Ct Pesquisa E Desenvolvimento Em Telecomunicacoes
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2014-09-16

Abstract

SISTEMA DE RÁDIO COGNITIVO E MÉTODO DE SELEÇÃO ADAPTATIVA DE CANAL EM RÁDIO COGNITIVO. A presente invenção provê um sistema de rádio cognitivo (10) com meios para: transmitir e receber dados entre seus usuários via radiofrequência; sensoriar o espectro nos canais vizinhos (adjacentes) ao canal alocado por um usuário e coletar os dados estatísticos; processar os dados estatíesticos coletados por cada usuário; e tomar a decisão sobre qual o melhor canal para um determinado usuário. A presente invenção também provê um método de seleção adaptativa de canal em rádio cognitivo (100), o qual gera um vetor ranking com a classificação dos melhores canais a serem utilizados pelos usurários cognitivos (12). Tal resultado é baseado na utilização de um conjunto de métricas de caracterização estatística dos canais, cuja coleta dos dados é feita por meio do sensoriamento de espectroCOGNITIVE RADIO SYSTEM AND ADAPTIVE CHANNEL SELECTION METHOD IN COGNITIVE RADIO. The present invention provides a cognitive radio system (10) with the means to: transmit and receive data between its users via radio frequency; sensing the spectrum on neighboring channels (adjacent) to the channel allocated by a user and collecting statistical data; process the statistical data collected by each user; and make the decision about which channel is best for a given user. The present invention also provides an adaptive channel selection method on cognitive radio (100), which generates a ranking vector with the classification of the best channels to be used by cognitive users (12). This result is based on the use of a set of metrics for the statistical characterization of channels, whose data collection is done through spectrum sensing.

Description

Relatório Descritivo do Pedido de Patente de Invenção do Sistema de rádio cognitivo e Método de seleção adaptativa de canal em rádio cognitivo.Descriptive Report of the Cognitive Radio System Invention Patent Application and Cognitive Radio Channel Adaptive Selection Method.

Campo de aplicação:Application field:

A presente invenção situa-se no campo da tecnologia da informaçãoThe present invention is in the field of information technology.

aplicada às telecomunicações através de uma plataforma de rádio definido por software (RDS). Mais especificamente, refere-se a um sistema de rádios cognitivos e a um método de seleção de canal de radiofreqüência mais apropriado entre dispositivos de comunicação sem fio, proporcionando um uso mais efetivo da faixa de espectro.applied to telecommunications through a software-defined radio platform (RDS). More specifically, it refers to a cognitive radio system and a more appropriate radio frequency channel selection method between wireless communication devices, providing more effective use of the spectrum band.

Para um melhor entendimento do presente relatório descritivo, são apresentados a seguir alguns termos, jargões, siglas e expressões utilizados:For a better understanding of this descriptive report, the following are some terms, jargon, acronyms and expressions used:

Banda ISM: Industrial, Scientific and Medicai (Industrial, científico e medico) refere-se a porções do espectro (bandas) de rádio inicialmente reservadas is para o uso de radiofreqüências em aplicações industriais, científicas e médicas com propósitos distintos da telecomunicação em si. No início dos anos 1990, a FCC permitiu o uso de três dessas bandas para o uso em equipamentos de comunicação sem fio não licenciado, a saber: 902-928 MHz, 2,4-2,4835 GHz e 5,725-5,875 GHz.ISM Band: Industrial, Scientific and Medical refers to portions of the radio spectrum (bands) initially reserved for the use of radio frequencies in industrial, scientific and medical applications for purposes other than telecommunication itself. In the early 1990s, the FCC allowed the use of three of these bands for use in unlicensed wireless communication equipment, namely: 902-928 MHz, 2.4-2.4835 GHz, and 5.725-5.875 GHz.

CSMA/CA: Carrier sense multipie access with co/iision avoidanceCSMA / CA: Carrier Sense Multipie Access with Co / Iision Avoidance

(Acesso múltiplo com verificação de portadora com prevenção de colisão) é um método de transmissão usado em redes sem fio em que os nós da rede tentam evitar a colisão de pacotes de dados, transmitindo-os apenas quando o canal está ocioso.(Collision Prevention Carrier Verification Multiple Access) is a transmission method used in wireless networks where network nodes attempt to avoid data packet collision by transmitting them only when the channel is idle.

FCC: Federai Communications Commission; órgão que regula e fiscalizaFCC: Federai Communications Commission; body that regulates and supervises

as telecomunicações e a radiodifusão nos Estados Unidos.telecommunications and broadcasting in the United States.

IEEE 802.11: conjunto de normas/padrões para a implementação de WLAN (Wireiess Local Area NetworR), ou redes de acesso local sem fio, que utilizam radiofreqüência para estabelecer canais de comunicação de dados entre seus nós.NTP: Network Time Protocol, protocolo para sincronização dos relógios dos computadores (ou outros dispositivos) em uma rede. OoS: Quality of Service (qualidade de serviço) refere-se a um conjunto de requisitos específicos que possibilitem a garantia de sucesso em se estabelecer a ligação/comunicação entre dois pontos de uma rede, seja ela uma rede de telefonia (comutação de circuitos) ou uma rede de computadores (comutação de pacotes).IEEE 802.11: A set of standards for the implementation of Wireiess Local Area NetworR (WLAN), or wireless local access networks, that use radio frequency to establish data communication channels between their nodes.NTP: Network Time Protocol synchronization of computer clocks (or other devices) on a network. Quality of Service (OoS) refers to a set of specific requirements that make it possible to successfully establish the connection / communication between two points of a network, whether it is a telephone network (circuit switching). or a computer network (packet switching).

RDS: Rádio definido por software (do inglês: Software defined radio) é um rádio que utiliza dispositivos digitais programáveis, de tal modo que o processamento dos sinais é feito digitalmente através de software (e não por hardware, como nos rádios convencionais), que permite alto grau de flexibilidade 10 e o suporte a múltiplas interfaces aéreas (atualizadas mais facilmente através do software).RDS: Software defined radio is a radio that uses programmable digital devices, so that signal processing is done digitally through software (not hardware, as in conventional radios), which allows for a high degree of flexibility 10 and support for multiple air interfaces (most easily updated via software).

TDMA: Time Division Muitiple Access (Acesso múltiplo por divisão de tempo) é um meio de acesso usado em rede celular digital que permite o compartilhamento de um mesmo canal de frequência através da divisão do sinal is em diferentes intervalos (slots) de tempo.TDMA: Time Division Multiple Access is a means of access used in a digital cellular network that allows the sharing of the same frequency channel by dividing the is signal into different time slots.

UHF: Uitra High Frequency (Frequência Ultra Alta) corresponde à faixa de radiofreqüência entre 300 MHz e 3 GHz (3000 MHz), comumente usada para sinais de televisão, rádio, redes sem fio, entre outras aplicações.UHF: Uitra High Frequency is the radiofrequency range between 300 MHz and 3 GHz (3000 MHz), commonly used for television, radio, wireless, and other applications.

White spacer. no campo das telecomunicações, refere-se a frequências 20 atribuídas ao serviço de radiodifusão mas que por alguma razão não estão sendo ' utilizadas, por exemplo para banda de guarda (espaço entre os canais para evitar interferências mútuas) ou frequências que se tornaram "livres" (sem uso ou com ausência de sinal) em decorrência de mudanças tecnológicas, alterações de regulamentação ou mesmo falta de cobertura de um serviço.White spacer. in the telecommunications field, it refers to frequencies assigned to the broadcasting service but which for some reason are not being used, for example for guard band (space between channels to avoid mutual interference) or frequencies that have become "free". "(no use or no signal) as a result of technological changes, regulatory changes or even lack of coverage of a service.

WLAN: Wireless Locai Area Network (Rede de acesso local sem fio)WLAN: Wireless Locai Area Network

refere-se à rede de acesso baseada no padrão IEEE 802.11, disponibilizando mobilidade sob uma área de cobertura local, cuja conectividade normalmente é feita por meio de pontos de acesso sem fio.refers to the IEEE 802.11-based access network, providing mobility under a local coverage area, which is typically connected via wireless access points.

Descrição do Estado da Técnica:Description of the prior art:

A escassez do espectro de frequência e seu conseqüente custo elevadoThe shortage of the frequency spectrum and its consequent high cost

têm motivado diversos trabalhos de pesquisa com o objetivo de maximizar a eficiência espectral. Porém, apesar de todo o esforço, sabe-se que medições realizadas em diferentes centros urbanos mostram um baixo percentual de utilização do espectos nas faixas de frequência licenciadas, conforme pode ser observado por exemplo através do artigo "Muiti-band, multi-location spectrum 5 occupancy measurementé' (de M.A. McHenry, D. McCIoskey, In: Proc. 2006ISART Conference, Boulder, CO, USA, March 2006).have motivated a number of research efforts to maximize spectral efficiency. However, despite all the effort, it is known that measurements made in different urban centers show a low percentage of spectrum utilization in the licensed frequency bands, as can be observed for example through the article "Muiti-band, multi-location spectrum". 5 Occupancy Measurement '(by MA McHenry, D. McCIoskey, In: Proc. 2006 ISART Conference, Boulder, CO, USA, March 2006).

Por isso, o uso oportuno e otimizado do espectro licenciado por outros usuários tornou-se foco e interesse de muitas agências reguladoras de telecomunicações, como é o caso da FCC para a faixa de frequências UHF nos ío Estados Unidos, com o uso de um paradigma comumente referenciado como white space. Segundo esse paradigma de white space, outros usuários (também chamados de usuários secundários) podem transmitir em um canal licenciado que esteja desocupado em termos de ausência do sinal. Caso seja detectada a presença de um usuário que detém a licença do espectro (também chamado de 15 usuário primário), um eventual usuário secundário alocado neste mesmo canal deve selecionar outro canal mais apropriado. Ou seja, usuários secundários não podem transmitir quando for detectada uma atividade (transmissão) do usuário primário daquele canal.Therefore, the timely and optimal use of spectrum licensed by other users has become the focus and interest of many telecommunications regulatory agencies, such as the FCC for UHF frequency bands in the United States, using a paradigm. commonly referred to as white space. Under this white space paradigm, other users (also referred to as secondary users) can stream on a licensed channel that is idle in terms of no signal. If a spectrum license user (also referred to as a primary user) is detected, any secondary user allocated to this same channel must select another more appropriate channel. That is, secondary users cannot transmit when an activity (transmission) of the primary user of that channel is detected.

Outro problema conhecido refere-se ao gerenciamento do acesso ao 20 próprio espectro por um provedor de serviços ou operadora de telecomunicações, pelo fato de que não é simples decidir qual a melhor faixa de frequência para ocupação. Uma maneira de diminuir o grau de incerteza sobre essa decisão e de otimizar a ocupação da faixa de frequência seria conhecer as características de tráfego, ocupação e potência nos referidos canais.Another known issue concerns the management of access to one's own spectrum by a service provider or telecommunications operator, since it is not simple to decide which frequency band is best for occupancy. One way to reduce the degree of uncertainty about this decision and to optimize frequency band occupancy would be to know the characteristics of traffic, occupancy and power in those channels.

Esses dois desafios existentes (uso dos white spaces e obtenção deThese two existing challenges (using white spaces and

informações que permitam otimizar a ocupação do espectro) podem ser mitigados ou solucionados através de sistemas de rádio cognitivo.information to optimize spectrum occupancy) can be mitigated or resolved through cognitive radio systems.

Sistemas de rádio cognitivo são capazes de capturar, analisar e aprender características do ambiente operacional externo e de se adaptar ao mesmo de forma dinâmica e autônoma. Nesses sistemas, os mecanismos de transmissão e recepção podem ser implementados e controlados por meio de plataformas de rádio definido por software (RDS). Para que um sistema de rádio cognitivo possa se adaptar ao ambiente dinâmico do espectro, há a necessidade de que sejam realizadas operações para se obter conhecimento do espectro, os quais formam um ciclo cognitivo, consistindo de quatro funções de gerenciamento do espectro: sensoriamento do 5 espectro, decisão do espectro, compartilhamento do espectro e mobilidade espectral.Cognitive radio systems are able to capture, analyze and learn characteristics of the external operating environment and to adapt to it dynamically and autonomously. In such systems, the transmission and reception mechanisms may be implemented and controlled through software defined radio (RDS) platforms. In order for a cognitive radio system to adapt to the dynamic spectrum environment, there is a need for operations to gain knowledge of the spectrum, which form a cognitive cycle consisting of four spectrum management functions: spectrum, spectrum decision, spectrum sharing and spectral mobility.

Devido ao comportamento dinâmico das atividades (ocupação e desocupação) do usuário primário em cada canal, não há garantia de que um determinado canal estará disponível durante todo o período de comunicação do usuário secundário.Due to the dynamic behavior of the primary user's activities (occupation and vacancy) on each channel, there is no guarantee that a particular channel will be available throughout the secondary user's communication period.

Por isso, é necessário estabelecer critérios de classificação que possibilitem a estimação das atividades dos usuários e a decisão de escolha dos canais mais apropriados a esses usuários. Tais critérios podem se basear, a exemplo de trabalhos anteriores, em estatísticas de ocupação do canal por 15 usuários primários, no tipo de serviço do usuário secundário e/ou primário, em predições de atividade dos usuários primários, etc.Therefore, it is necessary to establish classification criteria that allow the estimation of users' activities and the decision to choose the most appropriate channels for these users. Such criteria may be based, for example, on previous work, on channel occupancy statistics by 15 primary users, secondary and / or primary user service type, primary user activity predictions, etc.

O artigo nA Spectrum Decision Framework for Cognitive Radio Networks (de Won-Yeol Lee, Ian F. Akyildiz; In: IEEE Transaetions on Mobiie Computing, vol. 10, no. 2, pp. 161-174, February 2011) propõe um conjunto de 20 métodos para decisão do espectro, considerando os requisitos de QoS e a natureza dinâmica das faixas do espectro. Nesse sentido, uma metodologia baseada na mínima variância é proposta para aplicações em tempo real, levando em consideração as estatísticas de atividade do usuário primário em cada canal e a alocação de recursos. Para aplicações de serviço best-effort (aplicações em cuja 25 classificação de tráfego na rede é de baixa prioridade, tolerante a atrasos na entrega dos pacotes) é apresentada uma solução de maximização da capacidade. Os resultados de simulação mostraram que as soluções propostas disponibilizam uma utilização eficiente das faixas do espectro e atendem os requisitos de serviço.The article on The Spectrum Decision Framework for Cognitive Radio Networks (by Won-Yeol Lee, Ian F. Akyildiz; In: IEEE Transaetions on Mobility Computing, vol. 10, no. 2, pp. 161-174, February 2011) proposes a set of 20 spectrum decision methods, considering QoS requirements and the dynamic nature of spectrum bands. In this sense, a methodology based on the minimum variance is proposed for real time applications, taking into account the primary user activity statistics on each channel and the resource allocation. For best-effort service applications (applications whose network traffic rating is low priority, tolerant of delay in packet delivery) a capacity maximization solution is presented. Simulation results showed that the proposed solutions provide efficient use of spectrum bands and meet service requirements.

Já o artigo nCognitive Radio for Next-Generation Wireiess Networks: An Approaeh to Opportunistic Channei Seieetion in IEEE 802.11-based Wireiess MesH' (de Dusit Niyato, Ekram Hossain; In: IEEE Wireless Communications, Volume 16 Issue 1, pp. 46-54, February 2009) propõe uma aproximação em rádio cognitivo para seleção dinâmica de canais em redes mesh (em malha) compostas por roteadores IEEE 802.11. A proposta integra estimação em lógica fuzzy (difusa) com um algoritmo de treinamento usado para seleção dinâmica dos canais, além de comparar com diferentes condições de carga de tráfego na rede.Already the article nCognitive Radio for Next-Generation Wireiess Networks: An Approaeh to Opportunistic Channei Seieetion in IEEE 802.11-based Wireiess MesH '(by Dusit Niyato, Ekram Hossain; In: IEEE Wireless Communications, Volume 16 Issue 1, pp. 46-54 , February 2009) proposes a cognitive radio approach for dynamic channel selection in mesh networks composed of IEEE 802.11 routers. The proposal integrates fuzzy logic estimation with a training algorithm used for dynamic channel selection, as well as comparing with different network traffic load conditions.

Em "Dynamic Channel Selection in Cognitive Radio Network withIn "Dynamic Channel Selection in Cognitive Radio Network with

Channei Heterogeneity (de Fen Hou, Jianwei Huang; In: IEEE Global Telecommunications Conferenee 2010 (GLOBECOM 2010), pp. 1-6, December 2010), a seleção de canal é formulada como um problema de otimização não linear, com o objetivo de maximizar a utilização do canal para todos os usuários ío secundários.Channei Heterogeneity (by Fen Hou, Jianwei Huang; In: IEEE Global Telecommunications Conferenee 2010 (GLOBECOM 2010), pp. 1-6, December 2010), channel selection is formulated as a nonlinear optimization problem, with the aim of maximize channel utilization for all secondary users.

O artigo "Automatic Channel Selection for Cognitive Radio Systems" (de M. Bennai, J. Sydor, M. Rahman; In: Proceedings of the IEEE 21st International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications (PIMRC 2010), pp. 1831-1835, Istanbul, Turkey, September 2010) propõe um algoritmo que is considera tanto a equidade quanto a vazão para selecionar o canal operacional em um conjunto de usuários cognitivos espalhados espacialmente na banda ISM, em coexistência com usuários da rede WI_AN. Embora sejam considerados requisitos de QoS, apenas o percentual de ocupação é considerado para usuários WLAN. Além disso, o controle de acesso ao meio consiste de um esquema TDMA para 20 gerenciamento dos recursos entre os usuários cognitivos, adicionado ao esquema CSMA/CA para se evitar a presença dos usuários WLAN.The article "Automatic Channel Selection for Cognitive Radio Systems" (by M. Bennai, J. Sydor, M. Rahman; In: Proceedings of the IEEE 21st International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications (PIMRC 2010), pp. 1831 -1835, Istanbul, Turkey, September 2010) proposes an algorithm that considers both equity and flow to select the operating channel in a set of cognitive users spatially spread in the ISM band, in coexistence with WI_AN network users. Although QoS requirements are considered, only occupancy percentage is considered for WLAN users. In addition, media access control consists of a TDMA scheme for resource management among cognitive users, added to the CSMA / CA scheme to prevent WLAN users from being present.

Em " Opportunistic channe! se/eetion approach under coilision probability constraint in cognitive radio systemé' (de Qinghai Xiao, Yunzhou Li, Ming Zhao, Shidong Zhou, Jing Wang; In: Computer Communications, Volume 32 Issue 18, 25 pp. 1914-1922, December 2009), são propostos esquemas que podem otimizar a vazão de um usuário secundário sob a restrição de um nível tolerável de colisão de cada canal primário. Assim, dois algoritmos de seleção oportunística de canal foram apresentados: o primeiro baseado na mínima taxa de colisão e o segundo baseado na taxa de mínima troca de canal.In 'Opportunistic channe! Se / eetion approach under coilision probability constraint in cognitive radio system' (Qinghai Xiao, Yunzhou Li, Ming Zhao, Shidong Zhou, Jing Wang; In: Computer Communications, Volume 32 Issue 18, 25 pp. 1914- 1922, December 2009), schemes are proposed that can optimize the flow of a secondary user under the constraint of a tolerable level of collision of each primary channel, thus presenting two opportunistic channel selection algorithms: the first based on the minimum rate. of collision and the second based on the minimum channel change rate.

Na solução proposta em 'sAdaptive Spectrum Selection for CognitiveIn the solution proposed in 'sAdaptive Spectrum Selection for Cognitive

Radio Networks (de Xiaoyan Yang, Zhen Yang, Ding Liao; IN: IEEE 2008 International Conference on Computer Science and Software Engineering (CSSE 5), Vol. 5, pp. 67-72, December 2008) cada usuário secundário obtém a classificação do melhor canal a partir da observação do tempo sem ocupação dos usuários primários em até três períodos de tempo, ponderados por um fator. Para uma melhor precisão nos resultados da rede como um todo, a dita seleção 5 adaptativa constitui-se de um simples método de sensoriamento colaborativo para troca de informação sobre a atividade dos usuários primários.Radio Networks (from Xiaoyan Yang, Zhen Yang, Ding Liao; IN: IEEE 2008 International Conference on Computer Science and Software Engineering (CSSE 5), Vol. 5, pp. 67-72, December 2008) each secondary user gets the rating of the best channel from observing primary user unoccupied time over up to three time periods, weighted by one factor. For better accuracy in the overall network results, said adaptive selection 5 is a simple collaborative sensing method for exchanging information about the activity of primary users.

A patente US 7,818,011 CMethod and apparatus for channel selectiorf), os canais são escolhidos em função das perdas por atenuação de um ambiente de rádio frequência e não por meio das características estatísticas do ío canal.In U.S. Patent No. 7,818,011 (Channel and Apparatus for Channel Select), channels are chosen over the attenuation losses of a radio frequency environment rather than through the statistical characteristics of the first channel.

A patente US 7,206,840, também publicada como WO 2002/093839 ("Dynamic frequency selection scheme for IEEE 802.11 WLANgr), propõe um método para selecionar o melhor canal de comunicação entre um ponto de acesso {access point, AP) e múltiplas estações em uma rede sem fio IEEE 802.11 WLAN. 15 O dito método estabelece como critério a qualidade dos canais, em termos de indicador de intensidade de sinal recebido (RSSI, received signal strength indication), avaliação de canais livres (CCA, cfear channel assessmenf) e períodos de ocupação.US 7,206,840, also published as WO 2002/093839 ("Dynamic frequency selection scheme for IEEE 802.11 WLANgr"), proposes a method for selecting the best communication channel between an access point (AP) and multiple stations on one IEEE 802.11 WLAN wireless network 15 This method establishes as a criterion the quality of the channels, in terms of received signal strength indication (RSSI), free channel evaluation (CCA) and time periods. of occupation.

O documento de patente US 2010/0330919 CMethod for database 20 driven channel qua/ity estimation in a cognitive radio Hetworfdr) propõe um método de otimização de seleção do canal baseado na estimação da potencial interferência causada por outros dispositivos, e para tanto o método se utiliza de bases de dados sobre a geolocalização e a faixa de frequência dos possíveis interferentes.US Patent Document 2010/0330919 CMethod for database 20 driven channel w / ity estimation in a cognitive radio Hetworfdr) proposes a channel selection optimization method based on the estimation of the potential interference caused by other devices, and for this method the uses databases on geolocation and frequency range of possible interferers.

Como é possível observar, as referidas publicações acima fazem uso deAs can be seen, the above publications make use of

apenas uma ou nenhuma métrica de caracterização do canal. Ou seja, nenhuma das soluções descritas anteriormente é baseada em um método estatístico que leva em consideração um conjunto de métricas de caracterização do canal para encontrar o melhor canal. Adicionalmente, nenhuma das publicações encontradas 30 no estado da técnica descreve um método capaz de, a partir de dados previamente coletados (seqüências históricas), se adaptar à melhor entre essas métricas de caracterização do canal e estabelecer as condições para que um ou mais usuários troquem de canal com base nesses dados estatísticos e históricos de caracterização do referido canal.only one or no channel characterization metrics. That is, none of the solutions described above is based on a statistical method that takes into account a set of channel characterization metrics to find the best channel. Additionally, none of the publications found in the state of the art describe a method capable of, from previously collected data (historical sequences), adapt to the best of these channel characterization metrics and establish the conditions for one or more users to exchange based on these statistical and historical characterization data of said channel.

Objetivos da Invenção:Objectives of the Invention:

Em vista do acima exposto, é objetivo da presente invenção prover um 5 sistema de rádio cognitivo com meios para: transmitir e receber dados entre seus usuários via radiofreqüência; sensoriar o espectro nos canais vizinhos (adjacentes) ao canal alocado por um usuário e coletar os dados estatísticos; processar os dados estatísticos coletados por cada usuário; e tomar a decisão sobre qual o melhor canal para um determinado usuário.In view of the above, it is an object of the present invention to provide a cognitive radio system with means for: transmitting and receiving data between its users via radio frequency; sensing the spectrum in channels adjacent (adjacent) to the channel allocated by a user and collecting statistical data; process the statistical data collected by each user; and make the decision on which channel is best for a particular user.

É também objetivo da presente invenção prover um método queIt is also an object of the present invention to provide a method which

permita a seleção adaptativa dos melhores em um sistema de rádio cognitivo e a troca de usuários aos canais mais adequados, dito método baseado em estatísticas de dados previamente coletados (seqüências históricas) como métricas de caracterização do canal.allow adaptive selection of the best in a cognitive radio system and switch users to the most appropriate channels, a method based on previously collected data statistics (historical sequences) as channel characterization metrics.

Descrição Simplificada da Invenção:Simplified Description of the Invention:

Os objetivos propostos nesta invenção são alcançados por meio do Sistema de rádio cognitivo (10) constituído por:The objectives proposed in this invention are achieved through the cognitive radio system (10) consisting of:

- um controlador (11), responsável pela configuração de usuários cognitivos (12) do dito sistema, processamento das estatísticas coletadas por cada- a controller (11) responsible for configuring cognitive users (12) of said system, processing the statistics collected by each

um deles e pela tomada de decisão do melhor canal; eone of them and the decision making of the best channel; and

- uma pluralidade de usuários cognitivos (12), composto pelos seguintes equipamentos: um transceptor Tx/Rx (13) dedicado à transmissão (Tx) e recepção (Rx) de dados (2) entre os usuários cognitivos (12) via radiofreqüência; um sensor (14) capaz de realizar via radiofreqüência oa plurality of cognitive users (12), comprising the following equipment: a Tx / Rx transceiver (13) dedicated to transmitting (Tx) and receiving (Rx) data (2) between cognitive users (12) via radio frequency; a sensor (14) capable of performing via radio frequency the

sensoriamento (3) do espectro em todos os demais canais vizinhos ao canal alocado pelo usuário cognitivo (12); e um processador (15) responsável por estabelecer a comunicação (1) com o controlador (11) e realizar tarefas solicitadas por ele, processar (4) os dados recebidos e transmitidos (2) entre os usuários cognitivos (12) e processar (5) os dados de sensoriamento de espectro obtidosspectrum sensing (3) in all other channels neighboring the channel allocated by the cognitive user (12); and a processor (15) responsible for communicating (1) with the controller (11) and performing tasks requested by it, processing (4) the received and transmitted data (2) between cognitive users (12) and processing (5) ) the spectrum sensing data obtained from

pelo sensor (14). Os objetivos propostos nesta invenção também são alcançados através do Método de seleção adaptativa de canal em rádio cognitivo (100) que compreende as etapas de: sensoriamento e coleta de dados em todos os canais (110); processamento das estatísticas de cada canal e decisão do canal a ser 5 utilizado (120); troca de canal pelos usuários (130); sensoriamento com conhecimento prévio dos melhores canais (140); processamento das estatísticas de cada canal e classificação dos melhores canais (150); análise de condições para troca de canal (160).by the sensor (14). The objectives proposed in this invention are also achieved through the Cognitive Radio Adaptive Channel Selection Method (100) comprising the steps of: sensing and data collection on all channels (110); statistics processing of each channel and decision of the channel to be used (120); channel switching by users (130); sensing with prior knowledge of the best channels (140); processing statistics for each channel and ranking of the best channels (150); channel change condition analysis (160).

Descrição das Figuras:Description of Figures:

ío A invenção será mais bem compreendida a partir da descriçãoThe invention will be better understood from the description

detalhada e das figuras que a ela se referem, das quais:and the related figures, of which:

A Figura 1 mostra um diagrama representativo do sistema de rádio cognitivo (10), objeto da presente invenção.Figure 1 shows a representative diagram of the cognitive radio system (10) object of the present invention.

A Figura 2 apresenta um fluxograma simplificado com a seqüência de is etapas do método de seleção adaptativa de canal em rádio cognitivo (100), objeto da presente invenção.Figure 2 shows a simplified flowchart with the one-step sequence of the cognitive radio channel adaptive channel selection method (100) object of the present invention.

As Figuras 3a e 3b ilustra a possibilidade de haver um grau de similaridade entre as métricas do canal, conforme uma das etapas do método da presente invenção. A Figura 3a indica grau de similaridade em dois canais distintos 20 com relação ao indicador de intensidade de tráfego; já a Figura 3b apresenta grau de similaridade em dois canais distintos com relação ao indicador de período médio de desocupação.Figures 3a and 3b illustrate the possibility of a degree of similarity between channel metrics as per one of the method steps of the present invention. Figure 3a indicates degree of similarity in two distinct channels 20 with respect to the traffic intensity indicator; Figure 3b shows a similarity degree in two distinct channels with respect to the mean period of unemployment.

A Figura 4 exemplifica a função custo usada em uma das etapas do método da presente invenção.Figure 4 exemplifies the cost function used in one of the method steps of the present invention.

A Figura 5 esboça uma análise da métrica de sensoriamento porFigure 5 outlines an analysis of the sensing metric by

tempo contínuo, conforme uma das etapas do método da presente invenção.continuous time according to one of the method steps of the present invention.

A Figura 6 mostra uma análise da métrica de sensoriamento por tempo contínuo em modo cooperativo, conforme uma das etapas do método da presente invenção.Figure 6 shows an analysis of the cooperative mode continuous time sensing metric according to one of the method steps of the present invention.

A Figura 7 ilustra uma análise da métrica de sensoriamento porFigure 7 illustrates an analysis of the sensing metric by

amostragem rápida, conforme uma das etapas do método da presente invenção. Descrição Detalhada da Invenção:rapid sampling according to one of the method steps of the present invention. Detailed Description of the Invention:

Conforme a breve apresentação feita sobre sistemas de rádio cognitivo na Descrição do Estado da Técnica, convém nesse momento relembrar duas características principais desse tipo de sistema:According to the brief presentation on cognitive radio systems in the Description of the State of the Art, it is appropriate to recall two main characteristics of this type of system:

1) Capacidade cognitiva: refere-se à habilidade do rádio capturar ou1) Cognitive ability: refers to the ability of the radio to capture or

sensoriar a informação a partir de seu ambiente de rádio. Essa capacidade não está relacionada tão somente ao monitoramento da potência em algumas faixas de frequência de interesse, mas sim ao aprendizado autônomo e à decisão de ações, a fim de capturar as variações temporais e espaciais de um ambiente de ío rádio e de evitar interferência a outros usuários. Por meio dessa capacidade, as faixas de espectro não utilizadas podem ser caracterizadas estatisticamente e consequentemente a melhor faixa de espectro pode ser selecionada a um usuário cognitivo.sensing information from your radio environment. This capability is not only related to power monitoring in certain frequency ranges of interest, but to autonomous learning and action decision-making in order to capture the temporal and spatial variations of a radio environment and to prevent interference to other users. Through this capability, unused spectrum bands can be statistically characterized and consequently the best spectrum range can be selected for a cognitive user.

2) Capacidade de configuração: o rádio cognitivo pode ser programado is dinamicamente para transmitir e receber dados em diferentes frequências e utilizar-se de diferentes tecnologias de acesso.2) Configurability: Cognitive radio can be dynamically programmed to transmit and receive data at different frequencies and to use different access technologies.

Conforme Figura 1, o Sistema de rádio cognitivo (10) da presente invenção é constituído por um controlador (11) e uma pluralidade de usuários cognitivos (12). O controlador (11) é responsável pela configuração de usuários cognitivos (12) do dito sistema, processamento das estatísticas coletadas por cada um desses usuários e pela tomada de decisão do melhor canal.As shown in Figure 1, the cognitive radio system (10) of the present invention is comprised of a controller (11) and a plurality of cognitive users (12). The controller (11) is responsible for configuring cognitive users (12) of said system, processing the statistics collected by each of these users and for making the best channel decision.

Cada um dos usuários cognitivos (12) é composto pelos seguintes equipamentos: um transceptor Tx/Rx (13) dedicado à transmissão (Tx) e recepção (Rx) de dados (2) entre os usuários cognitivos (12) via radiofreqüência; um sensor 25 (14) capaz de realizar via radiofreqüência o sensoriamento (3) do espectro em todos os demais canais vizinhos ao canal alocado pelo próprio usuário cognitivo (12); e um processador (15) responsável por estabelecer a comunicação (1) com o controlador (11) e realizar tarefas solicitadas por ele, processar (4) os dados recebidos e transmitidos (2) entre os usuários cognitivos (12) e processar (5) os 30 dados de sensoriamento de espectro obtidos pelo sensor (14).Each of the cognitive users (12) consists of the following equipment: a Tx / Rx transceiver (13) dedicated to transmitting (Tx) and receiving (Rx) data (2) between cognitive users (12) via radio frequency; a sensor 25 (14) capable of conducting via radio frequency the sensing (3) of the spectrum in all other channels neighboring the channel allocated by the cognitive user himself (12); and a processor (15) responsible for communicating (1) with the controller (11) and performing tasks requested by it, processing (4) the received and transmitted data (2) between cognitive users (12) and processing (5) ) the 30 spectrum sensing data obtained by the sensor (14).

Considerando a arquitetura funcional desse sistema de rádio cognitivo, a presente invenção também propõe um Método de seleção adaptativa de canal em rádio cognitivo (100), conforme Figura 2. O método compreende, no mínimo, as seguintes etapas:Considering the functional architecture of this cognitive radio system, the present invention also proposes a method of adaptive channel selection in cognitive radio (100), as shown in Figure 2. The method comprises at least the following steps:

Sensoriamento e coleta dos dados em todos os canais (110):Sensing and data collection on all channels (110):

Inicialmente, o controlador (11) informa aos usuários cognitivos (12) 5 para realizarem (3) o sensoriamento em todos os canais por um período de tempo Tmax, suficiente para se extrair as estatísticas de ocupação de um dado canal. O tempo de sensoriamento é igualmente distribuído entre os canais e corresponde a TCh = Tmax/Nch, onde NCh é o número de canais. Os dados com o estado da atividade (ocupado ou desocupado) para todos os canais do espectro são ío armazenados e acumulados em uma tabela em função do tempo.Initially, controller (11) informs cognitive users (12) 5 to perform (3) sensing on all channels for a period of time Tmax sufficient to extract occupancy statistics for a given channel. The sensing time is equally distributed among the channels and corresponds to TCh = Tmax / Nch, where NCh is the number of channels. Activity state data (busy or unoccupied) for all spectrum channels is stored and accumulated in a table as a function of time.

Processamento das estatísticas de cada canal e decisão do canal a ser utilizado (120):Processing of each channel statistics and channel decision to be used (120):

Em seguida, ao final da primeira etapa de sensoriamento (110), cada usuário cognitivo (12) envia (1) ao controlador (11) os dados coletados, o qual is será responsável por concatenar os resultados de cada usuário cognitivo (12) e em seguida processar as estatísticas de cada canal, conforme os critérios, indicadores e equações apresentados a seguir.Then, at the end of the first sensing step (110), each cognitive user (12) sends (1) to the controller (11) the collected data, which is responsible for concatenating the results of each cognitive user (12) and then process the statistics for each channel according to the criteria, indicators and equations presented below.

Uma vez que as faixas de espectro disponíveis são caracterizadas, o canal mais apropriado ao usuário cognitivo (12) pode ser obtido, segundo a função custo dada porOnce the available spectrum bands are characterized, the most appropriate channel for the cognitive user (12) can be obtained according to the cost function given by

NN

Dch=YwJJMJDch = YwJJMJ

(Equação 1), com: Σ - 1(Equation 1), with: Σ - 1

n=l n=ln = l n = l

2525

onde os coeficientes Wi ... wn são os fatores de ponderação para cada uma das medidas Mi ... Mn. A função fCh() é uma função de normalização dos canais, responsável por mapear as medidas Mi em valores entre 0 e 1.where the coefficients Wi ... wn are the weighting factors for each of the measures Mi ... Mn. The fCh () function is a channel normalization function, responsible for mapping Mi measurements to values between 0 and 1.

É de interesse que o usuário cognitivo (12) esteja alocado em um canal pelo maior tempo possível, evitando-se trocas de canal. Neste sentido, após a coleta do comportamento da atividade de estados do canal, os possíveis indicadores podem ser utilizados: ίοIt is of interest that the cognitive user (12) is allocated to a channel as long as possible, avoiding channel changes. In this sense, after collecting the behavior of channel state activity, the possible indicators can be used:

1515

2020

2525

3030

Parâmetro Indicador Definição WM1) Intensidade de Define o percentual de desocupação em um determinado tráfego no canal canal, durante certo período de tempo, normalizado em relação aos demais canais. fch(M2) Período médio de Define o período médio sem ocupar um determinado canal desocupação a ele destinado, normalizado em relação aos demais canais Observe, de acordo com os exemplos das Figuras 3a e 3b, a possibilidade de haver um grau de similaridade entre essas métricas (intensidade de tráfego na Figura 3a e período médio de desocupação na Figura 3b), mesmo considerando dois canais distintos.Parameter Indicator Definition WM1) Intensity of Defines the percentage of unoccupied traffic in a given channel channel over a certain period of time, normalized to other channels. fch (M2) Average period of Defines the average period without occupying a particular vacancy channel assigned to it, normalized to the other channels Note, according to the examples in Figures 3a and 3b, that there may be a degree of similarity between these channels. metrics (traffic intensity in Figure 3a and average period of vacancy in Figure 3b), even considering two distinct channels.

Portanto, faz-se necessário identificar essas duas situações e ponderar adequadamente os pesos wn de forma adaptativa. Assim, a proposta do presente método é obter o desvio padrão (σΜι e σΜ2) em cada um dos indicadores (Mi e M2) para todos os canais, e o resultado com o menor desvio padrão recebe a menor ponderação wn. Desse modo, a função custo DCh pode ser descrita da seguinte forma:Therefore, it is necessary to identify these two situations and adequately weight the wn weights in an adaptive manner. Thus, the purpose of the present method is to obtain the standard deviation (σΜι and σΜ2) in each of the indicators (Mi and M2) for all channels, and the result with the lowest standard deviation receives the lowest weight wn. Thus, the DCh cost function can be described as follows:

Se σΜ >σΜ7, então:If σΜ> σΜ7, then:

Dch =Dch =

σσ

íí

M7M7

1-1-

M7M7

JJM2)JJM2)

(Equação 2)(Equation 2)

Do contrário:Otherwise:

Dch =Dch =

'M'M

M7M7

1-1-

M1M1

MM

(Equação 3)(Equation 3)

A Figura 4 exemplifica a função custo em questão. O usuário cognitivo (12) aplica a função custo DCh a cada um dos canais, obtendo-se assim um vetor ranking com a classificação dos canais, ordenado a partir do maior valor de Ddl (melhor canal) ao menor valor de Dch (pior canal).Figure 4 exemplifies the cost function in question. The cognitive user (12) applies the DCh cost function to each channel, thus obtaining a ranking vector with the channel classification, ordered from the highest value of Ddl (best channel) to the lowest value of Dch (worst channel). ).

O controlador (11) compartilha (1) com os usuários cognitivos (12) o melhor canal a ser utilizado.Controller (11) shares (1) with cognitive users (12) the best channel to use.

Troca de canal pelos usuários (130):Channel Swapping by Users (130):

Cada usuário cognitivo (12) então efetua a comutação para o melhor canal indicado pelo controlador (11). Se o canal estiver livre, então pode ser estabelecida uma comunicação (2) entre os usuários cognitivos (12), de modo que todos tenham o mesmo canal em comum. Sensoriamento com conhecimento prévio dos melhores canais (140): Enquanto os usuários cognitivos (12) estão conectados entre si através de um mesmo canal comum, os ditos usuários (12) continuam efetuando o sensoriamento (3) dos canais adjacentes ao canal em que estão atualmente alocados, a fim de se obter maior conhecimento sobre a atividade dos demais canais. Nesse caso, como já existe um conhecimento prévio sobre o comportamento dos canais, é realizado um procedimento de sensoriamento em canais adjacentes, e não um sensoriamento completo como feito na primeira etapa (110) do presente método (100). ío A eficácia desse método (100) é dependente do quão caracterizadoEach cognitive user (12) then switches to the best channel indicated by the controller (11). If the channel is free, then communication (2) can be established between cognitive users (12) so that they all have the same channel in common. Sensing with prior knowledge of the best channels (140): While cognitive users (12) are connected to one another through the same common channel, said users (12) continue to sensing (3) the channels adjacent to the channel they are on. currently allocated in order to gain greater insight into the activity of the other channels. In this case, as there is already a previous knowledge about the behavior of the channels, a sensing procedure is performed in adjacent channels, not a complete sensing as done in the first step (110) of the present method (100). The effectiveness of this method (100) depends on how well characterized

estão os canais fora da faixa de frequência alocada pelos usuários cognitivos (12). Todavia, na ocasião em que é feito o sensoriamento em um dado canal, é evidente que não será obtida informação sobre os demais canais, o que aumenta a incerteza na decisão dos melhores canais. Assim, baseado no fato de que a 15 maior quantidade de informação deve ser destinada aos canais mais desejáveis, duas métricas podem ser utilizadas para o sensoriamento:channels outside the frequency range allocated by cognitive users (12). However, when sensing on a given channel, it is evident that no information will be obtained on the other channels, which increases the uncertainty in deciding the best channels. Thus, based on the fact that the largest amount of information should be destined for the most desirable channels, two metrics can be used for sensing:

1) Métrica por tempo contínuo de sensoriamento: nessa métrica, os canais mais desejáveis do vetor ranking obterão um tempo de sensoriamento contínuo Ts maior em relação aos demais canais, segundo a seguinte equação:1) Continuous sensing time metric: In this metric, the most desirable channels of the ranking vector will obtain a longer continuous sensing time Ts compared to the other channels, according to the following equation:

2020

2525

T,(n) =T, (n) =

N - ranking ( n ) + 1N - ranking (n) + 1

NN

^ ranking ( x )^ ranking (x)

X = JX = J

.T.T

maxmax

(Equação 4)(Equation 4)

onde n é o número do canal entre todos os N canais do espectro que o usuário cognitivo (12) poderia utilizar, e Tmax é o período total de sensoriamento em um ciclo.where n is the channel number among all N spectrum channels that the cognitive user (12) could use, and Tmax is the total sensing period in a cycle.

A fim de exemplificar a métrica, suponha que o vetor ranking seja igual a [ 09 02 01 04 03 05 07 08 06 ]. A Figura 5 esboça os canais em função do tempo de sensoriamento destinado a cada um deles, de modo que o melhor canal tenha maior tempo de sensoriamento. Essa métrica é recomendada a canais com reduzido período médio de ocupação, inferior ao maior tempo de sensoriamento Ts entre os canais. Além disso, é necessário o sincronismo entre os dispositivos, que pode ser obtido via NTP (,Network Vme Protocol) ou outro similar.In order to exemplify the metric, suppose that the ranking vector is equal to [09 02 01 04 03 05 07 08 06]. Figure 5 outlines the channels as a function of the sensing time allocated to each channel so that the best channel has the longest sensing time. This metric is recommended for channels with reduced average occupancy, lower than the longest Ts sensing time between channels. In addition, synchronization between devices is required, which can be achieved via NTP (Network Vme Protocol) or the like.

Observe na Figura 6 que, caso haja a presença de vários usuários cognitivos (12) na rede, é útil e desejável evitar que um canal seja sensoriado por 5 mais de uma vez num mesmo instante de tempo. Para isso, pode ser feito um sensoriamento cooperativo, em que o controlador (11) distribui (1) a solicitação de sensoriamento de cada canal a um usuário cognitivo (12) diferente, num determinado período de tempo.Note in Figure 6 that if multiple cognitive users (12) are present in the network, it is useful and desirable to prevent a channel from being sensed for 5 more than once at the same time. For this, a cooperative sensing can be made, wherein the controller (11) distributes (1) the sensing request of each channel to a different cognitive user (12) over a given period of time.

2) Métrica por sensoriamento de amostragem rápida: nessa métrica, os ío canais mais desejáveis do vetor ranking serão sensoriados por um número maior de vezes em relação aos demais canais, conforme esboçado pela Figura 7. A cada vez que um ciclo de sensoriamento é completado, o último canal (o pior deles) desse ciclo deixará de ser sensoriado no próximo ciclo. Dessa forma, haverá N ciclos, onde N é o número total de canais, sendo que o canal mais desejável is será sensoriado N vezes, o segundo melhor canal N-I vezes, e assim por diante (o pior canal será sensoriado uma única vez, no primeiro ciclo). O período de sensoriamento em cada canal é o menor tempo possível para se identificar o estado de um canal (ocupado ou desocupado), e deve ser grande o suficiente em relação ao tempo de comutação de canal, a fim de que o sensoriamento seja mais eficiente. Essa métrica é recomendada a canais com grandes períodos de ocupação e desocupação. No caso em que há presença de vários usuários cognitivos (12) em uma mesma região, o sensoriamento cooperativo pode ser realizado para melhorar a precisão de detecção e/ou minimizar a probabilidade de falsa detecção de usuários, por meio da combinação de resultados de sensoriamento de cada usuário cognitivo (12) no controlador (11), para um mesmo instante de tempo.2) Fast sampling sensing metric: In this metric, the most desirable í channels of the ranking vector will be sensed more often than the other channels, as outlined in Figure 7. Each time a sensing cycle is completed , the last (worst) channel of this cycle will no longer be sensed in the next cycle. Thus, there will be N cycles, where N is the total number of channels, with the most desirable channel is being sensed N times, the second best channel NI times, and so on (the worst channel will be sensed only once, at first Cicle). The sensing period on each channel is the shortest possible time to identify the state of a channel (busy or unoccupied), and should be large enough relative to the channel switching time for sensing to be more efficient. . This metric is recommended for channels with long periods of occupancy and vacancy. In the event that multiple cognitive users (12) are present in the same region, cooperative sensing can be performed to improve detection accuracy and / or minimize the likelihood of false user detection by combining sensing results. each cognitive user (12) in the controller (11) for the same instant of time.

Processamento das estatísticas de cada canal e classificação dos melhores canais (150):Processing statistics for each channel and ranking of the best channels (150):

Ao final da etapa anterior de sensoriamento (140), o controlador (11) é realimentado (1) com os dados da coleta (3) feita pelos usuários cognitivos (12). Novamente, será realizado o processamento das estatísticas de cada canal, conforme os critérios, indicadores e equações já apresentados na etapa (120). E, do mesmo modo que no processamento inicial (120), nessa etapa de processamento (150) também será calculada uma função de custo adaptativa e definido um vetor ranking com a classificação ordenada dos melhores canais a serem utilizados pelos usuários cognitivos (12). O controlador (11) compartilha (1) com os ditos usuários (12) o melhor canal a ser utilizado.At the end of the previous sensing step (140), the controller (11) is fed back (1) with data from the collection (3) made by the cognitive users (12). Again, the statistics processing of each channel will be performed, according to the criteria, indicators and equations already presented in step (120). And, as in the initial processing (120), in this processing step (150) an adaptive cost function will also be calculated and a ranking vector will be defined with the ordered ranking of the best channels to be used by cognitive users (12). The controller (11) shares (1) with said users (12) the best channel to use.

Análise de condicões para troca de canal (160):Channel change condition analysis (160):

Para sistemas que se utilizam do uso oportuno do espectro em canais licenciados, na ocasião em que for detectado um sinal do usuário primário no mesmo canal de dados do usuário secundário, esse último migrará imediatamente ío ao melhor canal seguinte (segundo maior valor de DCh, e assim por diante), desde que o mesmo esteja desocupado. A informação sobre o estado de desocupação dos usuários primários é resgatada da tabela de estados de atividade do usuário primário, referida anteriormente. Observe que na presença do usuário primário, não necessariamente os usuários secundários deverão trocar de canal. Desde que 15 não seja transmitido nenhum tipo de sinal, é possível a permanência no canal até que o usuário primário não seja mais detectado, caso os seguintes critérios sejam satisfeitos:For systems that make use of timely spectrum on licensed channels, when a primary user signal is detected on the same secondary user data channel, the latter will immediately migrate to the next best channel (second highest DCh value, and so on) as long as it is unoccupied. Information about the idle state of primary users is retrieved from the primary user activity state table above. Note that in the presence of the primary user, not necessarily secondary users should change channels. As long as no signal type is transmitted, it is possible to remain in the channel until the primary user is no longer detected if the following criteria are met:

Timdo < Tc.NX1 (Equação 5)Timdo <Tc.NX1 (Equation 5)

onde Ti;0cupado é o tempo médio de ocupação do usuário primário, Tc é o tempo médio de comutação, N é o total de usuários cognitivos (12) e Ki é o fator de acomodação da rede ao novo canal. Por exemplo, Ki pode ser igual a 2 em uma topologia em cadeia e igual a 1,5 em uma rede mista.where Ti; 0 is the average occupancy time of the primary user, Tc is the average switching time, N is the total cognitive users (12) and Ki is the network accommodation factor to the new channel. For example, Ki can be 2 in a chain topology and 1.5 in a mixed network.

Já em sistemas que utilizam o método para gerenciamento do acesso ao próprio espectro, a troca de frequência pode ser desencadeada, por exemplo, se limiares de congestionamento de tráfego, qualidade do canal (interferência, vazão, taxa de colisão) e ocupação forem ultrapassados. Tais limiares podem ser definidos pelos provedores de acesso ou infraestrutura.In systems using the method for managing access to the spectrum itself, frequency switching can be triggered, for example, if traffic congestion, channel quality (interference, flow rate, collision rate) and occupancy thresholds are exceeded. Such thresholds may be set by the ISP or infrastructure provider.

Se as condições estabelecidas para troca de canal forem verdadeiras, o fluxo do método (100) é direcionado para a etapa de Troca de canal pelos usuários (130). Caso contrário (não é necessário efetuar troca de canal), o método (100) deverá continuar com a etapa de Sensoriamento com conhecimento prévio dos melhores canais (140).If the conditions set for channel switching are true, the flow of method (100) is directed to the Channel Switching step by users (130). Otherwise (no channel change is required), method (100) should continue with the Sensing step with prior knowledge of the best channels (140).

Embora a presente invenção tenha sido descrita em conexão com certas modalidades preferenciais de realização, deve ser entendido que não se pretende limitar a invenção àquelas modalidades particulares. Ao contrário, pretende-se cobrir todas as alternativas, modificações e equivalentes possíveis dentro do espírito e do escopo da invenção.While the present invention has been described in connection with certain preferred embodiments, it should be understood that it is not intended to be limited to those particular embodiments. Rather, it is intended to cover all possible alternatives, modifications and equivalents within the spirit and scope of the invention.

Claims

1. A cognitive radio system (10) comprising: - a controller (11) responsible for configuring cognitive users (12) of said system, processing the statistics collected by each of them and making the best channel decision; and - a plurality of cognitive users (12), comprising the following equipment: a Tx / Rx transceiver (13) dedicated to transmitting (Tx) and receiving (Rx) data (2) between cognitive users (12) via radio frequency; a sensor (14) capable of radiofrequency sensing (3) spectrum in all other channels adjacent to the channel allocated by the cognitive user (12); and a processor (15) responsible for communicating (1) with the controller (11) and performing tasks requested by it, processing (4) the received and transmitted data (2) between cognitive users (12) and processing (5) ) the spectrum sensing data (3) obtained by the sensor (14).

2. Cognitive radio adaptive selection method (100) comprising the following steps: - Sensing and data collection on all channels (110), in which cognitive users (12) perform sensing (3) on all channels over a period of time Tmax, evenly distributed among the channels, such that the collected data and activity status (busy or unoccupied) for all spectrum channels are stored and accumulated in a table as a function of time; - Statistics processing of each channel and decision of the channel to be used (120), wherein the controller (11) receives the data collected by the cognitive users (12) in the previous step (110) and processes the statistics of each channel as determined. criteria, indicators and cost functions, thus generating a ranking vector with the channel classification, so that the controller (11) can inform (1) all cognitive users (12) the best channel to use; - Channel switching by users (130), wherein each cognitive user (12) switches to the best channel indicated by controller (11) in the previous step (120), and if the channel is free, then a communication (2) between cognitive users (12), so that they all have the same channel in common; - Sensing with prior knowledge of the best channels (140), where cognitive users (12), connected to one another through the same common channel, continue to sensing (3) the channels adjacent to the channel in which they are currently allocated, in order to gain more knowledge about the activity of other channels; - Statistics processing for each channel and ranking of the best channels (150), similar to step (120), where the controller (11) receives the data collected by cognitive users (12) in the previous step (110) and processes the statistics. of each channel according to certain criteria, indicators and cost functions, thus generating a ranking vector with the channel classification, so that the controller (11) can inform (1) to all cognitive users (12) the best channel to be used; - Channel change condition analysis (160), in which it is verified whether there is a primary user transmitting a signal on the chosen channel or if certain thresholds are exceeded, conditions that determine the need for channel change; in this case, the flow of said method (100) continues in the channel swap step by users (130); otherwise, the flow of said method (100) continues in the Sensing step with prior knowledge of the best channels (140).

Cognitive radio adaptive selection method (100) according to claim 2, characterized in that said steps Processing each channel's statistics and channel decision to be used (120) and Processing each channel's statistics and rating the best channels (150) calculate the standard deviation (oMi and oM2) of the "channel traffic intensity" (Mi) and "average idle period" (M2) indicators to determine which cost function (Dch) to apply to each one of the channels, such that if σΜι> Om the cost function (Dch) equals Equation 2, otherwise the cost function (DCh) equates Equation 3; and the application of said cost function (DCh) to each of the channels generates said ranking vector with the classification of the channels.

Cognitive radio adaptive selection method (100) according to claim 2, characterized in that said Sensing step with prior knowledge of the best channels (140) uses two metrics for sensing: - Continuous sensing time metric, where the more desirable channels of the ranking vector obtain a longer continuous sensing time Ts than the other channels, according to Equation 4; - Fast sampling sensing metric, where the most desirable channels of the ranking vector are sensed more often than the other channels.

Cognitive radio adaptive selection method (100) according to claim 2, characterized in that the said Channel change condition analysis step (160) considers the following thresholds as channel change conditions: - average user occupancy time primary (Tj, busy), which indicates the need for channel change if this threshold does not satisfy Equation 5; - traffic congestion, occupancy and channel quality (interference, flow rate, collision rate), which indicate the need for channel change if these thresholds exceed values previously set by the ISP or infrastructure.