JultikaUniversity of Oulu repository

As smart phones, tablets, and wireless devices in general grow more and more popular, the demand for wireless connectivity keeps rising. At the same time, applications and services require more data to be transmitted for single users, which puts even more stress on service providers to increase capacity. One option is to build new base stations and provide different ways to connect — especially in the areas of dense usage. However, this is expensive and requires end-user devices to be able to use different wireless techniques and to switch between them according to position and data usage. On the other hand, the variance of wireless technologies and specific spectrum allocation has caused another phenomenon: in certain areas, the spectrum allocated to one user group is heavily utilized but the spectrum usage might otherwise be minimal. To answer these rising problems on capacity and spectrum utilization, developing and researching of new solutions is required. A prominent area of research that can make a difference is cognitive technology: it provides ways to use spectrum and existing technology more efficiently than in their current state. Meanwhile it can also optimize the use of radio and operator resources when building new equipment and systems. The goal of this master’s thesis work is to implement an interface between a cognitive trial environment and a separately functioning cognitive radio network. The cognitive trial environment is built around a cognitive engine, which is an entity that manages network resources according to the information it receives from the environment. The outside network consists of cognitive radio devices called Wireless Open-access Research Platforms and a cognitive engine of its own. They are able to provide information and management capabilities that are beneficial for the environment. The interface will be a solution for the environment’s cognitive engine to gain knowledge of the outside network and manage the resources of the cognitive radio devices residing in it. This thesis work will also discuss the meaning and the development of cognitive radio and network techniques. The discussion takes a look at the underlying reasons to develop cognitive solutions and how the cognition could be implemented in the future.

Älypuhelinten, tablettien ja muiden langattomien laitteiden suosion kasvaessa myös langattomien yhteyksien kysyntä nousee yhä suuremmaksi. Uudet sovellukset ja palvelut vaativat yhtä suurempien tietomäärien siirtämistä, mikä entisestään vaatii kapasiteetin lisäämistä ja lisää painetta palveluntarjoajien suuntaan. Erityisesti alueilla, joilla käyttöä on paljon, tarvetta voidaan helpottaa rakentamalla uusia tukiasemia ja tarjoamalla muita liitäntätapoja. Tämä on kuitenkin kallista ja vaatii käyttäjien laitteilta kykyä käyttää eri tekniikoita ja kykyä vaihdella niiden välillä sijainnin ja tiedonsiirtomäärien mukaan. Langattomien teknologioiden laaja kirjo ja tarkat spektrimääritykset ovat toisaalta aiheuttaneet toisen ilmiön: joillain alueilla yhdelle taholle määritetty spektri voi olla hyvin raskaalla käytöllä vaikka spektri muuten olisikin lähes tyhjä. Näihin ongelmiin vastaaminen vaatii kehittämistä ja tutkimustyötä uusien ratkaisujen parissa. Kognitiivinen teknologia on yksi tällainen lupaava tutkimusalue, joka saattaa tuoda ratkaisun: sen avulla spektriä ja nykyistä teknologiaa voidaan käyttää entistä tehokkaammin, samalla kun uutta laitteistoa voidaan rakentaa entistä optimoidummin palveluntarjoajien resursseja ajatellen. Tämän diplomityön tavoitteena on luoda käyttöliittymä kognitiivisen testiympäristön ja erillisen kognitiiviradioverkon välille. Kognitiivinen testiympäristö rakentuu verkkoresursseja ympäristöltä saadun tiedon mukaan muokkaavan kognitiivikoneen ympärille. Ulkopuolinen verkko, jolla on oma kognitiivikoneensa, taas koostuu WARP:ksi (Wireless Open-access Research Platform) kutsutuista kognitiiviradioista, jotka kykenevät antamaan tietoa itsestään ja ympäristöstään sekä samalla muuntamaan omia toimintojaan tarpeen ja vaatimusten mukaan. Käyttöliittymä tulee olemaan ratkaisu, jolla kognitiivinen ympäristö saa tietoa ulkoisesta verkota ja jonka avulla se voi vaikuttaa ulkopuolisen verkon kognitiiviradioresursseihin. Tämä diplomityö käsittelee myös kognitiiviradion ja -verkon tarkoitusta, hyötyä ja vaatimuksia. Samalla se tutustuu myös syihin, joiden takia kognitiivisia ratkaisuja tarvitaan ja miten niitä voitaisiin tulevaisuudessa hyödyntää.