МАРКІВСЬКА МОДЕЛЬ ОПТИМІЗАЦІЇ РОЗПОДІЛУ СПЕКТРА У КОГНІТИВНИХ РАДІОМЕРЕЖАХ

Abstract

Актуальність. В сучасних бездротових телекомунікаційних системах стрімко зростають обсяги трафіку та виникає дефіцит радіочастотного спектра, особливо в діапазонах нижче 6 ГГц. Статичні моделі розподілу частотних ресурсів призводять до неефективного використання спектра. Вони не відповідають вимогам високодинамічних мереж 5G/6G та систем IoT. Когнітивні радіомережі забезпечують динамічний доступ вторинних користувачів до вільних частотних каналів. Проте ефективність такого доступу визначається коректністю, враховується стохастична поведінка первинних користувачів. Виникає необхідність розробки математично обґрунтованих моделей для оптимізації спектрального доступу, що базуються на основі ймовірнісних процесів. Об’єкт дослідження: процеси управління розподілом спектра у когнітивних радіомережах з випадковою появою та зникненням первинних користувачів. Мета статті: розробка та дослідження марковської моделі оптимізації спектрального доступу, що основана на процесі прийняття рішень Маркова (MDP). Вона забезпечує збільшення ефективності використання спектра при зменшенні інтерференції з первинними системами. Результати дослідження. У статті представлено формалізовану модель управління спектром у вигляді MDP. Модель враховує переходи між станами зайнятості каналів та багатоканальну структуру радіосередовища. Враховані також інтенсивності зміни станів, параметри SINR і характеристики радіоканалу. Оптимальна політика доступу визначається функцією винагороди, яка балансує між покращенням спектральної ефективності та зменшенням ризику конфлікту з первинним користувачем. Результати моделювання показали приріст ефективності використання спектра на 13–15% у порівнянні з базовими підходами. Зменшення частоти конфліктів не перевищує 1,8% та збільшення середньої пропускної здатності вторинного користувача на 15–25%. Отримані характеристики залишаються постійними у широкому діапазоні інтенсивностей появи та зникнення первинних користувачів, що свідчить про адаптивність моделі. Висновки. Продемонстровано, що використання марковських процесів прийняття рішень дозволяє досягти оптимального балансу між ефективністю використання спектра та інтерференцією в когнітивних радіомережах. Запропонована система перевершує статичну та жадібну стратегії доступу. При цьому покращена спектральна продуктивність та стабільність роботи у динамічному радіосередовищі. Сфера використання отриманих результатів: когнітивні радіомережі, системи динамічного доступу до спектра, бездротові мережі 5G/6G, інфраструктури IoT, завдання оптимізації радіоресурсів, інтелектуальні алгоритми управління спектром.