Un team di ricercatori della Yale University, Virginia Tech, La Temple University e la Peking University hanno recentemente sviluppato un nuovo approccio per consentire la coesistenza collaborativa di reti di radio cognitive (CR) sullo spazio bianco TV (TVWS). Il termine TVWS si riferisce ai canali TV inutilizzati tra i canali attivi negli spettri VHF e UHF. Questi canali inutilizzati, noto anche come 'canali buffer, ' sono stati originariamente collocati tra i canali attivi per ridurre al minimo le interferenze di trasmissione.

"TVWS ha il potenziale di fornire una larghezza di banda significativa in frequenze che hanno caratteristiche di propagazione molto favorevoli (cioè lunghe distanze di trasmissione e capacità superiore di penetrazione di oggetti), " hanno scritto i ricercatori nel loro articolo, pre-pubblicato su arXiv. "Negli Stati Uniti., Regno Unito e altri paesi, sono state apportate modifiche alle regole normative o sono state modificate per aprire il TVWS per operazioni opportunistiche di utenti senza licenza (o secondari) senza interferenza con utenti con licenza (a.k.a. utenti storici o primari)."

Alla luce delle imminenti normative associate all'uso di TVWS, le parti interessate del settore hanno cercato di sviluppare standard che potrebbero consentire l'uso di TVWS sfruttando la tecnologia CR. CR è una forma di comunicazione wireless che può essere programmata e configurata dinamicamente per rilevare canali di comunicazione liberi nelle vicinanze e ottimizzare l'uso dello spettro di frequenze radio (RF) disponibile.

Tutti gli standard di nuova concezione si basano sulla tecnologia CR per superare i problemi di interferenza tra le reti. La coesistenza di reti wireless secondarie in TVWS può essere raggruppata in due grandi categorie:coesistenza eterogenea e omogenea. La prima prevede la coesistenza di reti che impiegano diverse tecnologie wireless (es. wifi e bluetooth), mentre i secondi la coesistenza di reti che utilizzano la stessa tecnologia wireless.

Inoltre, gli schemi di coesistenza possono essere non collaborativi o collaborativi. Uno schema non collaborativo viene impiegato quando non c'è modo di coordinare le reti coesistenti. Uno schema collaborativo, d'altra parte, può essere impiegato nei casi in cui le reti coesistenti possono coordinare direttamente le loro operazioni. Sebbene gli schemi di coesistenza non collaborativa siano più economici e più facili da implementare, gli schemi collaborativi sono spesso molto più efficaci.

"In questo documento, presentiamo un'architettura per consentire la coesistenza collaborativa di reti CR eterogenee su TVWS, denominata architettura di coesistenza eterogenea simbiotica (SHARE), " hanno scritto i ricercatori nel loro articolo, pre-pubblicato su arXiv.

Come suggerisce il nome, il nuovo approccio ideato da questo team di ricercatori trae ispirazione dalle relazioni interspecie osservate negli ecosistemi biologici. In biologia, le relazioni simbiotiche implicano la coesistenza di specie diverse che formano relazioni attraverso il coordinamento indiretto.

"Imitando le relazioni simbiotiche tra organismi eterogenei nell'ecosistema stabile, SHARE stabilisce un meccanismo di coordinamento indiretto tra reti CR eterogenee tramite un sistema di mediatori, che evita gli inconvenienti del coordinamento diretto, " spiegano i ricercatori nel loro articolo.

L'architettura SHARE sviluppata dai ricercatori consente a due reti CR eterogenee di coesistere in TVWS, tramite un meccanismo di coordinamento indiretto basato sul mediatore. Questo meccanismo evita gli inconvenienti tipicamente associati ai meccanismi di coordinamento diretto. Ispirato dai modelli dell'ecologia teorica, i ricercatori hanno ideato due algoritmi SHARE che consentono a ciascuna rete CR coesistente di completare autonomamente due attività chiave di condivisione dello spettro.

"SHARE include due algoritmi di condivisione dello spettro i cui progetti sono stati ispirati da modelli e teorie ben noti dell'ecologia teorica, cioè, il modello di concorrenza interspecifica e il modello di distribuzione gratuita ideale, " hanno detto i ricercatori.

I due algoritmi SHARE sviluppati in questo studio consentono alle singole reti CR di determinare dinamicamente la loro quota di spettro, che è proporzionale ai loro requisiti di larghezza di banda, e selezionare i canali che migliorano l'idoneità del sistema. Nelle loro analisi e simulazioni, i ricercatori hanno scoperto che la loro architettura garantiva un equilibrio stabile di reti coesistenti, ottenere un'equa allocazione dello spettro e massimizzare l'idoneità del sistema.

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