无线运营商应该准备移动数据增长1000倍在未来10年内( 1, 2]。这种增长给政府压力频谱用户,很少利用频谱,释放他们的频率作为商业用途。在美国,500 MHz频段的联邦和非联邦应用程序将被完全释放或通过商业移动无线电频谱共享系统到2020年( 3]。这可能是方向也在欧洲。频谱共享的主要兴趣在美国是频谱接入系统(SAS) ( 3]。在欧洲频谱共享,共享访问许可(LSA) [ 4- - - - - - 7)已获得利益,因为LSA系统可以具体经营商。更具体地说,每个国家的运营商可以达成自己的可能的二次用户之间的频谱利用率。LSA已被建议作为一个选择与PS(共享频谱 8]。

这工作扩展了我们的工作 9),首先概述的特殊应用,如公共安全、PS以后不久,和其他政府用户适应频谱共享和LSA的可能性如何准备它。PS有各种不同的用户和应用程序需要频谱。例如,用户第一反应者,警察、消防员、边境控制,为社会和军事,这是至关重要的。部署商业技术的关键问题之一,这类特殊应用光谱的所有权。例如,通过PS LSA被许可方,它可以获得合法权利时利用额外的LSA频谱资源是可用的。请注意,PS也可以其他预定的频率以保证资源的现任总统。虽然有多个选择PS利用频谱共享,这也是一个政治决定频谱将如何被共享。频谱共享公共安全已经在五个不同的分类原则共享模型( 10)和频谱共享进一步被广泛研究[ 11]。也有持续的用例之间协同效应的商业,军事、和公共安全域( 12]。我们检查共享方法意味着拥有的频谱资源及其优点和缺点。据我们所知,这个问题还没有考虑此前虽然可能是其中的一个步骤,需要频谱和LSA的发布系统开发。

这部小说主题的评论之后,我们的第二个贡献是规划一个更具体的系统在PS LSA被许可方为LSA频谱资源。重要的是,如果PS利用LSA频谱资源,PS需要健壮的分享过程对连接问题。补救措施LSA系统通常只在一个高水平( 7他们仍在计划阶段。LSA系统已经实现和演示项目( 4),试验还没有包括任何连接LSA系统内部。我们的目标是计划一个系统,可以在现场环境下进行测试。更具体地说,我们设计一个高度健壮的LSA系统实现与当前商业技术和设备。通过稳健意味着该系统弹性连接了LSA现实系统,可能在现实生活中由于电休息,等等,也就是说,在情况下,PS服务通常是必要的。

通过模拟验证我们提出的频谱预订方法。我们研究的持续时间之间的时间间隔连接检查发现连接休息和做资源的影响保留预定的时间现任传输。这些是主要的系统设计参数,目的是给他们选择正确的指导方针。

本文组织如下。节 2,我们通过不同的频谱共享的可能性与商业领域和PS,节 3LSA系统,我们提出一个系统模型在现场PS网络和系统的关键功能组件来克服连接中断。节 4,我们现在LSA系统的验证仿真结果。我们在部分总结本文 5。

在本节中,我们概述替代品的频谱共享的PS和商业系统(CS)。事实是,PS可能不会总是使用他们的全谱和它可能大部分时间保持可用,至少在本地。例子是警察巡逻,只是一个小声音服务频谱的一部分需要保留和军事用户,通常,在和平时期,需要很大程度的频谱只有在练习和特殊运动区域。自然,在威胁他们需要增加巡逻在城市,等等。暂时和可用空间谱可以用于其他目的的时候未使用PS的假设将会在需要的时候立即释放回到PS。例如,不使用光谱可以用来加快CS传输,例如,缓解高峰时段数据流量;自然,这是兴趣的领域有很高的手机流量并不是在偏远地区。

此外,PS可能还需要补充或额外资源的事件,因此它将有利于他们从CSs频谱。例如,当有一个大在一个城市,PS用户可以大幅增长的需求尤其如果他们愿意使用新服务,如视频直播流,连接数据库收集信息区域,和社交媒体警报。在这种情况下,PS需要全谱,甚至可能更多。与频谱共享,获得的额外频谱最好可以从沉默的商业设备。目标谱带被认为是任何可以利用PS的乐队,例如,移动运营商的乐队和无线摄像头和麦克风系统。

在图 1频谱共享的情节,我们不同的选择意味着拥有的频谱资源。不同的选项,允许其他实体使用频谱进行描述与箭头。所有的方法都可以分组如下。首先,共享框架是这样设计的,CS用户LSA许可。这种方式,现任总是允许使用频谱和CS获得额外的频谱。其次,CS是现任光谱和补充了LSA被许可方如PS。第三个选择是所有用户使用CS。注意,这些想法也可以用于在不同的情况下并行和地区。我们简要列出上述频谱共享系统的可能性和其优缺点如下。

PS拥有相对广泛(见图 1(一)) (1)

现任PS允许CS使用频谱。在一些地区,现任通常没有活动,自然允许或多或少是永久性的。在城市,现任活动可以更频繁,允许在更短的时间内发生。

CS或其他应用程序的大部分频谱(见图 1 (b)和 1 (c)) (1)

CS给PS(图的可用频谱 1 (c))。

计算机科学有一个完整的系统(见图 1 (d);用户、PS等利用计算机网络) (1)

所有的用户、PS和CS,可以漫游用户的CS网络。

该事件的当前状态是PS和CS有自己的频谱和他们不合作。这里,获得类似的功能CS, PS CS需要等量的频谱。这个设置是合作的第一步,如图 1(一)。自然,共享规则必须同意;CS, PS,或者两者都允许他们的频谱使用另一个。在接下来的部分,我们通过选择为LSA详细频谱共享系统。

接下来,我们更具体地专注于开发LSA系统PS,它充当LSA获许可的人访问的LSA频谱资源部分中讨论 2.2。PS用例被认为是只对非关键应用程序。提出的资源分配方法建立在先前的LSA工作( 15, 16]。

我们认为LSA系统与LSA库,LSA控制器,LSA被许可方,一个现任的用户。这些系统元素及其连接如图 2。现任LSA的主用户频谱资源。例如,我们认为现任总统是节目制作和特殊事件的员工服务,定义在[ 17, 18]。LSA库收集、维护和管理的最新数据频谱使用。LSA被许可方是一个二级用户的许可利用频谱,当现任用户是沉默。LSA被许可方有多个接入点(APs),利用资源。LSA被许可方有一个网络连接APs在一起。与[ 15)与一个救生设备控制器,每个AP PS的都有自己的分布式LSA控制器。因此,没有一个设备是单独负责频谱分配。

我们还将介绍LSA服务器系统。LSA服务器是LSA库之间的中介和LSA控制器。通过使用一个中介,PS网络可以保持封闭的IP网络,它提供了保障。这里,LSA PS网络的服务器是唯一的设备,可以从外部连接。LSA服务器只报告必要的网络信息从LSA被许可方网络LSA库。

用户之间的频谱共享操作如下。现任用户储备频谱使用至少一个预定的时间,相反LSA频谱资源预订的随需应变的操作模式( 6]。因此,在连接打破最近信息预定的时间仍然有效。现任储备的资源通过连接LSA库与现任经理。然后,光谱的存储库发送通知预订LSA服务器。LSA服务器获得频谱预订信息后,将信息转发到影响APs的LSA控制器。最后,LSA控制器计算现任的保护标准和控制APs的频谱使用情况。

在图 3更精确地,我们现在如何实现该系统在实际长期演进(LTE)网络。我们描述的组件和它们的连接。这里LTE APs (eNodeBs) PS利用光谱作为LSA被许可方。PS有自己的封闭LTE网络,回程是建立战术路由器。除了连接链接,这些路由器也支持无线电连接( 19]。他们还可以自动重新路由任何数据从源到目的地通过替代路线,考虑到主路线失败。每个AP连接到关闭网络通过路由器lite-EPC和战术。lite-EPCs提供LTE网络热点和模仿进化了LTE网络的核心功能。访问点是与lite-EPC S1接口。计算机与lite-EPC作品也为分布式LSA控制器。LSA系统组件相互通信使用http (s)与具象状态传输的建筑物。数据格式使用JavaScript对象。我们经历的主要功能主要组件下面。

在本节中,我们提出我们的仿真设置和结果LSA系统。我们用仿真来验证频谱预订方法设置在IP网络连接断开的情况下。我们假设PS网络是建立可靠地关闭。这意味着没有PS网络内部的连接断开。现任也认为利用LSA频谱资源只预订成功后。这是现有的常规方法,如项目和特别活动服务,必须告知其频谱利用率国家电信监管机构。LSA的连接断开系统发生在文理学院之间的IP网络存储库和LSA控制器。我们假设PS具有相同频率的APs是彼此在很长一段距离。我们还假设APs,相互接近,利用不同的频率。因此,没有模拟动态频谱共享。

我们使用频谱利用率和 有效的光谱知识LSA被许可方来衡量LSA系统的性能。后者测量告诉我们时间的比值光谱的预订信息是有效的对总仿真时间。例如,当它的价值为0.5,频谱预订信息有效期为50%的时间。回想一下,LSA被许可方利用空闲频谱只有当光谱知识是有效的。因此,现任和LSA被许可方共享LSA资源完美只有在这段时间。因此,有效的光谱知识的数量反映了LSA系统性能。它还直接关系LSA系统的可靠性,可以利用频谱的LSA被许可方在连接断开如果光谱知识是有效的。

我们展示了LSA系统设计参数, T c h e c k 和 T 我 在不同的网络场景中,影响性能不同的现任活动水平。我们模拟每一个场景与不同的连接优惠和现有1000多个迭代的平均结果。在每一个场景中,我们画现任传输和连接中断的持续时间从泊松分布。我们画现任传输和连接中断的数量从正态分布,负的值设置为0。现任用户传输和连接中断的开始时间是均匀分布的。使用这些简化分布的基本原理是获得一级洞察我们的协议的行为在不同的场景中使用不同的设计参数。仿真总时间是12小时。时间空频谱的订单延迟性肌肉酸痛, T e 米 p t y ,30秒。延迟传输数据从LSA库LSA控制器是三秒当连接是有效的。

我们模型的IP网络连接为不同的场景如下。我们模型三种类型的网络连接。他们是 可靠的, 平庸的,和 可怜的和模拟的参数如表所示 1。最后一列, 连接好了显示连接的质量,也就是说,时间的比率,LSA库之间的连接工作和LSA控制器对整个模拟时间。这些比率也是一个的参考点 有效的光谱知识在当前可用的LSA系统。更具体地说,在当前的LSA系统频谱共享完美只有在连接工作。模拟低连接可靠性的基本原理来自这样一个事实:PS应该保持功能当商业IP网络有严重的连接问题。

同样的,我们现任活动模型三种类型的在职者。现任类型是 罕见的, 偶尔,和 活跃的和模拟的参数如表所示 2。最后一列, 频谱利用率显示时间的比率,现任利用频谱对仿真总时间。

在接下来的模拟,研究了LSA对系统性能 T c h e c k 。回忆的价值 T c h e c k 是心跳信号之间的时间要求。

在图 4,现任通知本身 15 分钟前它的传播;也就是说, T 我 = 15 分钟。从图 4,我们观察到的光谱知识 可靠的, 平庸的,和 可怜的网络质量高于99%、73%、和29%,相应的时间百分比网络连接工作。因此,可以利用频谱LSA被许可方即使在连接中断与我们的预订的一些方法。此外,我们可以看到,网络连接的质量是很重要的,当现任通知在短期内对其频谱利用率。

从图 4,我们也看到,光谱知识的LSA被许可方时更高 T c h e c k 很低,也就是说,当连接到LSA库经常检查。这是因为它更有可能得到一个答案验证存储库的连接。因此,一个不可靠的互联网连接的价值 T c h e c k 应尽可能低最有效的光谱知识。然而,从图中我们也看到,更重要的是有一个好的网络连接比的值 T c h e c k 尽可能的低。

在图 5,现任通知本身 60 分钟前它的传播;也就是说, T 我 = 60 分钟,当这个数字比较图 4,我们看到整个光谱知识更好的对任何类型的网络质量的更大的价值 T 我 。我们也可以看到设置 T 我 大更重要的光谱知识集 T c h e c k 低。此外,我们观察到光谱以超过50%的时候,网络质量 可怜的,也就是说,当网络连接工作29%的时间。因此, T 我 应该大如果网络质量很低。从图 5,我们看到 平庸的网络质量是允许在这个设置;即频谱可以利用100%的时间,当 T c h e c k 低于3分钟。因此,鉴于互联网连接到PS网络可以平庸,PS应该利用现有的频率能够可靠地报告他们的频率。此外,如果网络连接很差,PS需要额外的方法利用所有的自由光谱或现任报告其频谱利用率更早。

在接下来的模拟,研究了LSA对系统性能 T 我 ,不同类型的公司和互联网的特质。回忆的价值 T 我 表明现任的预定时间需要发送其频谱预订LSA库。

在图 6,现任 罕见的和 T c h e c k 将 15 分钟。从图 6,我们看到一个上升的光谱知识的函数 T 我 。这意味着当互联网质量差,现任应该尽可能早地储备频谱。这是适用于现有事先知道其频谱需求或很少改变其频率分配和静态操作。这种现任的一个例子是一个组织者计划制造的特殊事件。

在图 7研究不同活动水平的现任如何影响LSA系统性能。我们观察到的结果,高光谱知识是在任时更加活跃。这是因为现任储备多光谱,和预订包括光谱知识。然而,如果现任非常活跃,这可能是所有现任应用程序很难报告计划在预定的时间利用频谱。因此,PS和糟糕的网络连接应该使用不同的方法,如遥感、与一个活跃的现任获得LSA资源。

在图 8,我们画出频谱利用率的LSA被许可方。在这个图中,我们比较了频谱利用率由LSA被许可方使用两个措施。首先,我们利用频谱资源除以 所有的资源。第二,我们画出除以利用频谱资源 可用的资源,LSA可用资源的时候,现任不传送。从图中,我们看到,LSA被许可方可以利用光谱少当现任更活跃,而LSA的可用频谱被许可人是利用相对更好。因此,作为自然的,它总是更可取的LSA被许可人,现任不传送。此外,整个频谱时更有效地利用现有多。

在图 9,我们研究完整的LSA系统的频谱利用率。这是频谱的利用率LSA被许可方或现任。我们将利用频谱资源除以总频谱资源。我们看到,频谱利用率与光谱知识内联的LSA被许可方如图 7。频谱利用的大约100%的时候 T 我 超过80。我们可以看到,该LSA系统 平庸的互联网连接LSA被许可方是理想的共享频谱在职者,如移动运营商,如果他们能可靠地估计其频谱需求提前80分钟。

在图 10情节,我们利用频谱资源除以总频谱资源为不同的值 T c h e c k 与一个 偶尔现任和 平庸的互联网。注意的价值 T c h e c k 只影响频谱利用率的LSA被许可方。因此,从图 10,我们注意到LSA被许可人获得更多的资源和更小的值 T c h e c k 。这是因为LSA被许可人知道更多有效的光谱信息时,经常检查连接。然而,有效的光谱信息的数量没有显著增长,当 T c h e c k 变得小于15秒。从图中,我们也看到,有效信息为不同的值没有发生显著的变化 T c h e c k 如果 T 我 超过80分钟。因此,的价值 T c h e c k 可以自适应地根据设置的价值 T 我 根据预定的时间,也就是说,现任发送其频谱预订LSA库。

我们给的概述频谱共享的可能性以来PS和CS之间可能会有可能找到更多的频谱在未来他们的用户。虽然有多个选择PS利用频谱共享,这也是一个政治决定频谱将如何被共享。因此,PS应该准备每个场景。如果PS拥有的频谱,它可以租自由光谱通过LSA CS / SAS系统。提供高质量的PS性能的另一个选择是这样的。我们保留只有一小部分的光谱为PS语音服务。我们让CS网络利用剩下的光谱与CS的条件是必须在需要的时候释放频谱PS为关键应用程序。我们给多个选项自动储备PS CS资源使用。此外,PS可以在CS网络漫游用户。此外,PS可以LSA被许可方的现任CS。

此外,如果使用LSA共享安排,需要有一个可靠的频谱分配方法在连接断开PS。我们开发了一个特定的LSA系统鲁棒性来克服短期的连接断开。在此系统中,PS LSA被许可方和CS是现任总统可以,例如,当PS和LSA需要额外的资源。在我们的系统中,现任保留光谱事先预定的一段时间,而不是在此预定的时间传输。我们确认预订系统,研究如何选择合适的时间之间的时间间隔预定时间和连接检查。连接之间的时间间隔检查可以选择自适应基于网络质量和现任的时间发送其谱保留。仿真表明,该系统能够减少可能的连接中断的影响在LSA系统。

但是,这种方法并非只有充分利用所有LSA频谱资源在所有连接中断。可能有一个长连接,没有互联网连接的可能性。此外,现任可能并不总是有一个互联网连接但仍然可以利用频谱。因此,如果PS LSA被许可方,并且需要LSA可用频谱资源,它需要发展其他方法来保证自己的无误传输和现任的保护。

保护现任没有互联网连接,可能会有额外的信号,告诉一个连接打破,现任使用,如为LSA许可错误积累,人工干预基站,本地预订与单独的控制信号通道和传感方法。在接下来的工作中,我们将开发LSA系统共存与现有传感方法,使频谱共享和利用也在主要连接中断。