Diseño y evaluación de una red de radio cognitiva utilizando un modelo de Márkov para garantizar calidad de servicio en términos de probabilidad de bloqueo

Abstract

Las redes de radio cognitiva han surgido como una solución innovadora para gestionar la creciente demanda de espectro en las comunicaciones inalámbricas. La competencia por el espectro entre tecnologías 5G, redes privadas y el futuro 6G exige una gestión eficiente del mismo. Las redes de radio cognitiva permiten a los dispositivos acceder y utilizar dinámicamente el espectro disponible, lo cual es crucial para su desarrollo en diversos entornos; no obstante, se presentan desafíos significativos en el despliegue de las tecnologías de radio cognitiva y su implementación para desarrollar nuevas oportunidades de acceso a plataformas de comunicación emergentes. Esta investigación plantea un modelo de Márkov como herramienta analítica para representar las transiciones entre diferentes estados de ocupación del canal de una red de radio cognitiva y evaluar su rendimiento en términos de probabilidad de bloqueo. Se consideran diversos escenarios en función de la carga de usuarios y configuraciones en el número de canales disponibles para cada tipo de usuario. Los usuarios primarios (titulares de la licencia) tienen acceso prioritario y se les debe asegurar una calidad de servicio determinada, mientras que los usuarios secundarios acceden al espectro de forma oportunista. El modelo planteado permite analizar métricas de rendimiento adicionales para los usuarios secundarios como la probabilidad de terminación forzosa y el throughput de la red. Los resultados indican que mientras más alto sea el número de canales, más oportunidades tienen los usuarios secundarios para acceder a la red con un throughput estable. El costo computacional del modelo incrementa a medida que el número de canales de la red aumenta; sin embargo, permite obtener los resultados en unos segundos para configuraciones de red medianas.