Bu bölümde, tespit etme, belirleme ve iyileştirme(IDRP) mekanizmalarını içeren bilişsel radyo MAC’ in güvenilirliği konusu üzerinde duruluyor. Bu analiz için aşağıdaki şekilde belirtilen 1 BS ve 9 CPE’ den oluşan senaryo ele alınmıştır. Bu simülasyon için TSS (two-stage sensing) şemasının her iki aşamasında her zaman çalıştırılır. Simülasyonun rastgele bir anında, bir TV istasyonu 802.22 ağı ile ortak kanal isletmeye başlar. İşlemde iken TV istasyonu işaretindeki güç seviyesi yeterli enterferans oluşturur, böylece 1,2,6 ve 9 düğümleri BS’ den çok uzun süreli duyulamazlar.
TSS ve polling mekanizmaları vasıtasıyla BS TV istasyonunun gözükmesinin bu düğümlerin neden haberleşemediklerinin bir nedeni olduğunu anlar ve sonra ağ içindeki bütün düğümlere kanal anahtar komutunu ileterek iyileştirme işlemini başlatır. Özellikle aşağıdaki ikinci şekil 5. ve 6. düğümler için (CPE’ ler) anlık işlem hacmi eğrilerini gösterir. ekilde görüldüğü gibi koyu şekilde belirtilmiş çizgiler TV işaretinin görünmesi ve tespitini belirtir. Düğüm 5 ‘in işlem hacmi etkilenmemiş çünkü bu düğüm BS’ den doğru bir şekilde kanal anahtar komutunu alabilmiştir. Düğüm 6 ise BS’ den komutu almamış, fakat IDRP protokolü ile normal haberleşmesini yeniden kurabilmiştir. Bütün bir ağ için belirleme ve iyileştirme işlemi en fazla 2 MAC çerçevesi alır, bu da CMT (Channel Move Time) ve CCTT(Channel Closing Transmission Time) için gerekli olandan daha azdır.
Görüldüğü gibi ağ güvenilirliği zorunlu işaretler tarafından etkilenir, düzgün isleyen dizayn şemaları ikincil kullanıcılar tarafından sunulan ağdaki bozulmaları minimize eder ve operasyonun devam etmesini sağlar[11].
ekil 4.1:Simülasyon Senaryosu[11]
ekil 4.2:Ağ güvenilirliği mekanizmasının performansı[11]
4.1. Tek Alıcı Verici Protokolleri
Bu kategorinin MAC protokolleri kanalları dinamik olarak anahtarlayabilir, herhangi bir zamanda sadece bir kanalda iletim veya alım yapabilir. Bu kategorideki protokoller genellikle var olan çözümlere göre komplekstirler, fakat daha iyi işlem hacmi ve gecikme performansına ulaşırlar. Bazı protokol tasarımları düşük kontrol yüküyle saklı terminal sorununun, kanal anahtarlamanın nasıl minimize edileceğinin, yük dengelenmesinin nasıl yapılacağının üstesinden gelmeye çalışırlar.
Hop Reservation Multiple Access(HRMA) protokolü, yavaş FHSS kablosuz ad-hoc ağlar için çoklu kanallı MAC şemasıdır. Bir düğüm gönderecek bir paketi olduğu zaman, planlanan alıcıyla RTS/CTS (Request to Send / Clear to Send) paketlerinin değiş tokuşunu yapar ve her ikisi de bütün bir data iletimi için aynı düğümde kalır. Haberleşmede yer almayan diğer düğümler durmaz ve atlama sırasını takip ederek devam eder. Farklı düğüm çiftleri farklı atlamalarda iken eş zamanlı haberleşebildikleri için HRMA(Hop Reservation Multiple Access) çoklu kanal MAC’i olarak ele alınır. HRMA’de haberleşmeyi başlatan gönderici düğümdür, (Receiver Initiated Channel-Hopping with Dual Polling) PICHDP protokolünde bu sorumluluk alıcıya iletilmiştir. Bunların dışında bu iki protokol çok benzer şekilde davranırlar. Bu iki protokol FHSS için tasarlandığı için DHSS sistemlerine uygulanamazlar.
(Channel Hopping Multiple Access) CHMA ve (Slotted Seeded Channel Hopping) SSCH algoritmaları benzer bir kanal atlama yaklaşımını kullanırlar. Bir düğüm diğer bir düğümle haberleşmek isterse diğer düğümün listesini takip eder. İki düğüm başarı bir şekilde kontrol bilgilerini değiş tokuş edebilirse data transferini tamamlamak için o kanalda dururlar.
Kanallar arasındaki anahtarlama belirli bir zaman alır ve bu yüzden gecikmeyi artırabilir ve işlem hacmini azaltabilir. Bu bağlamda, (On-demand Channel) ODC anahtarlama mekanizması bu negatif etkiyi azaltmayı amaçlar. Düğümler devamlı olarak kanal durumunu ölçer ve bu ölçümleri anahtarlama kararları için kullanırlar. ODC’ deki bütün kanallar eşit olduğu zaman planlanmış alıcıları bulmak çok daha zor olur. Ek olarak ODC performansı tek değildir ve trafik şemasına da bağlıdır. Çoklu kanal MAC protokolünün birincil hedeflerinden birisi çoklu kanal terminal sorununun üstesinden gelmektir. 802.11 deki güç koruma modu görüşünü tekrar kullanır ve bunun (AD-hoc Traffic Indication) ATIM kontrol mesajlarını kullanırlar. Bu temel üzerinde, bütün düğümlerin periyodik olarak önceden tanımlı bir zaman penceresi için anahtarlanacağı ve senkronize olacağı varsayılan kontrol kanalını tanımlar. Bu ATIM penceresidir ve veri kanalıyla anlaşmak için 3 yollu el sıkışmayı (ATIM/ATIM-ACK/ATIM-RES) çalıştırır.
Çoklu kanal erişim protokolü(multiple Access protocol) MAP MMAC(Multi Channel MAC) ile benzer görüşler üzerine dayanır, düğümler kontrol mesajlarının değiş tokuşu için kontrol kanalına ayarlandığı zaman zamanı iki kontrol periyoduna ayırır, veri transferi olduğu zaman da veri periyotlarına ayırır.
4.2. Çoklu Alıcı Verici Protokolleri
Çoklu alıcı vericilerin kullanıldığı yerlerde çoklu kanal MAC protokollerini tasarlamak kolaylaşır. Bu sayede saklı terminal problemi, bağlanabilirlik ve kanal anahtarlama gibi konuların üstesinden gelinebilir. Burada çoklu yarı çift yönlü (half duplex) alıcı vericilere sahip düğümlerin eş zamanlı olarak farklı kanallara erişme ve ayarlanma yeteneğine sahip olduğu düşünülür, bu da daha önce bahsedilen sorunları çözmek için kullanılan anahtar yöntemdir. Buradaki araştırmalar daha çok kanal seçme stratejileri üzerinde yoğunlaşmıştır.
(Dynamic Private Channel) DPC protokolünde düğümlerin kanal sayısı kadar alıcı vericiyle çalıştığı varsayılır. Diğer protokollere benzer olarak, belirli bir kanal varsayılan kontrol kanalı olarak ayrılmıştır. Alıcı vericiler her zaman kontrol kanallarıyla ilişkilendirilirse çoklu kanal saklı terminal problemi ortadan kaldırılır. Bu kontrol kanalında veri haberleşmesi için başka bir trafik kanalı seçmek için özel RTS(Requset to Send) ve RTS cevap paketleri çalıştırılır. Bir trafik kanalı görüşüldüğü zaman düğümler, seçilen kanalla ilişkilendirilen alıcı verici vasıtasıyla CTS(Clear To Send)/ Data/ACK paketlerini değiş tokuş yapar.
Çoklu kanal MAC protokolü her bir düğümün kanal olduğu surece bir çok alıcı vericiye sahip olduğunu varsayar, fakat düğümler bu kanalları eş zamanlı olarak dinleme yeteneğine sahiptir. Bir düğüm paket göndereceği zaman bos olanı seçer. Bir çok bos kanalın olması durumunda, en son basarili veri iletiminde kullanılan kanal tercih edilir. Bu teknik “soft channel reservation” olarak bilinir. Bu protokol için bir kanal seçme stratejisi geliştirilmiştir ve verici algılanan güç seviyesine dayanarak en iyi kanalı seçilir. Diğer taraftan (Receiver Based Channel Selection) RBCS mekanizması alıcıdaki SNR’ ye göre en iyi kanalı seçer.
(Dynamic Channel Assignment)DCA protokolü de RBCS(Receiver Based Channel Selection)’ye benzer şekilde çalışır. Kontrol kanalında RTS/CTS(Requset to Send/ Clear To Send) paketleri değiş tokuş edilir. DCA’ nin ayırt edici bir özelliği kesinlikle iki tane alıcı vericiye gereksinim duymasıdır, bir tanesi sürekli olarak varsayılan kontrol kanalını ayarlar ve diğeri de data kanallarından birisini ayarlamakta serbesttir. DCA’nin dezavantajlarından birisi kontrol bilgisinin değiş tokuşu için sadece bir kanal tahsis etmesidir. Kanal sayısı az olduğu zaman(örneğin 802.11b’de sadece 3 kanal), kaynakların gereksiz sarfiyatına neden olur.
Son olarak CSCC(Common Spectrum Coordination Channel ) protokolü, DCA’ nin geliştirilmiş halidir, farklı tipteki kablosuz cihazların radyo spektrumunu paylaşmasına izin verir.