Mapeamento de Redes Virtuais Secundárias em Substrato Sem Fio Baseado em Rádio Cognitivo: Formulação Multiobjetivo

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1 Mapeamento de Redes Virtuais Secundárias em Substrato Sem Fio Baseado em Rádio Cognitivo: Formuação Mutiobetivo e Anáise Andson M. Baieiro 1,2, Kevin L. Dias 1 1 Centro de Informática (CIn) Universidade Federa de Pernambuco (UFPE) Recife PE Brasi 2 Universidade de Pernambuco (UPE)- Campus Garanhuns {amb4, kd}@cin.ufpe.br Abstract. Wireess Virtuaization (WV) is put forward as a soution to manage the heterogeneous wireess communication environment. Athough it provides better resource utiization, the underutiization of resources can sti occur when the current approaches are adopted. This probem can be overcome by combining WV with the cognitive radio (CR) technoogy and dynamic access spectrum (DSA) techniques. Thus, Primary Virtua etworks (PVs) and Secondary Virtua etworks (SVs) can be overaid, where the SVs access the resources opportunisticay. This paper presents the cognitive radio virtua networks environment. It formuates the probem of SV mapping onto substrate network based on CR and anayzes the reated metrics. Resumo. A virtuaização sem fio (WV) é vista como uma soução para gerenciar o ambiente de comunicação sem fio heterogêneo. Embora ea proporcione mehor utiização de recursos, a subutiização dees ainda pode ocorrer utiizando as abordagens atuais. Isto pode ser superado através da combinação de WV com rádio cognitivo (CR) e técnicas de acesso dinâmico ao espectro (DSA). Assim, redes virtuais primárias (PVs) e secundárias (SVs) podem ser sobrepostas, onde as redes SVs utiizam os recursos oportunistamente. Este artigo apresenta o ambiente de redes virtuais de rádio cognitivo, formua o probema de mapeamento de redes virtuais secundárias (SV) em redes de substrato (S) baseadas em CR e anaisa as métricas envovidas. 1. Introdução As tecnoogias de comunicação móve estão progredindo rapidamente ta que uma densa e heterogênea rede sem fio é visumbrada. A demanda por serviços sem fio com diferentes requisitos tem crescido utimamente, e gerenciar este compexo ecossistema é um desafio. A virtuaização sem fio (WV) surge como uma soução eficiente, visto que redes sem fio virtuais (VWs) de diferentes requisitos podem ser criadas, compartihando a mesma infraestrutura sem fio e fornecendo serviços diferenciados aos usuários. WV envove o compartihamento de infraestrutura e espectro, e introduz novos atores ao modeo de negócio: o operador de rede móve (MO) e o provedor de serviço (SP) [Liang 2014].

2 Para satisfazer a grande demanda por comunicação móve, o espectro eetromagnético deve ser feito disponíve [Akyidiz 2006]. Embora a WV proporcione mehor uso dos recursos, as abordagens atuais para a WV ainda podem causar subutiização dees. estas abordagens, o recurso é aocado de forma excusiva a uma VW durante o tempo de vida dea. Devido à variação de carga de tráfego nas redes, podem existir casos onde as VWs não esteam utiizando todos os seus recursos aocados. Esta subutiização pode ter efeito adverso na impantação de novas VWs e conduzir a perda de receita para o provedor de infraestrutura. Combinar WV com CR e técnicas de DSA [Akyidiz 2006] pode superar este probema, onde novas VWs podem ser impantadas através do compartihamento oportunista de recursos e a virtuaização baseada em espectro pode ser acançada [Liang 2014]. Isto permite ter um ambiente composto por VWs com diferentes prioridades de acesso ao recurso, Redes Virtuais Primárias (PVs) e Redes Virtuais Secundárias (SVs), que são impantadas de forma sobreposta e compartiham a mesma rede de substrato, onde a SV somente tem acesso ao recurso quando a PV não o está utiizando. Através da cognição e reconfigurabiidade, o CR possibiita a impantação deste ambiente. Entretanto, novos desafios emergem, desde o mapeamento até a operação dessas redes. Mapeamento de redes sem fio virtuais em rede de substrato é um probema P - difíci [Bebekkouche 2012] e envove reservar e aocar recursos físicos aos eementos que compõe as redes virtuais tais como estações base (BSs) virtuais e canais de comunicação virtuais. Este probema torna-se mais desafiador quando se considera um ambiente formado por PVs e SVs, onde o mapeamento de SV deve considerar não apenas a demanda soicitada em termos de número de usuários (chamados de usuários secundários virtuais - Vs), por exempo, de modo a prover bons níveis de QoS aos Vs, mas também o padrão de uso dos recursos peos usuários das PVs (usuários primários virtuais - Vs) a fim de não causar interferência na comunicação das PVs. Desta forma, o mapeamento de SVs impõe restrições e obetivos que estão reacionadas à comunicação das PVs e SVs, bem como ao provedor de infraestrutura, que busca garantir utiização eficiente de recursos. Este mapeamento envove vários obetivos e uma formuação que eva em conta ta aspecto precisa ser reaizada. Aém disso, é importante anaisar as métricas reacionadas aos obetivos a fim de entender quais parâmetros impactam nees, bem como quais obetivos são confitantes entre si. Para o mehor do nosso conhecimento, este é o primeiro estudo a: formuar o probema de mapeamento de SVs em redes de substrato como um probema muti-obetivo; definir o ambiente de redes virtuais de rádio cognitivo; anaisar a infuência de importantes parâmetros/métricas sobre outras métricas de modo a prover uma vaiosa assistência no proeto de esquemas para resover o probema proposto. Este artigo está assim organizado. A Seção 2 apresenta os trabahos reacionados. O ambiente de redes virtuais de rádio cognitivo é descrito na Seção 3. Métricas e o probema muti-obetivo de mapeamento de SVs em rede de substrato são formuadas na Seção 4. Seção 5 conduz uma anáise de infuência de parâmetros/métricas sobre outras. Seção 6 concui este artigo.

3 2. Trabahos Reacionados Vários estudos têm sido propostos para virtuaização de redes em ambos os ambientes cabeados [Zhang 2012] e sem fio [Zaki 2010]. Em reação WV, aguns trabahos adotam: uma tecnoogia específica [Zaki 2010][Banchs 2012]; uma abordagem genérica, sem especificar quaquer tecnoogia adotada na rede de substrato [Fu 2010]; ou cenários com redes sem fio heterogêneas [Caeiro 2012]. Estes estudos consideram que o recurso aocado a uma rede virtua não pode ser aocado a outra, mesmo se a primeira não o está utiizando. Esta restrição pode causar a subutiização de recursos em períodos de baixa carga de tráfego. esta direção, em [Zhang 2012] o probema de mapeamento de redes virtuais em redes de substrato cabeadas, baseado no compartihamento oportunista de recursos, é apresentado. Os autores consideram a carga de trabaho das redes virtuais formada por uma subcarga básica, que sempre existe, e uma variáve, que ocorre com uma dada probabiidade. Assim, mútipos tráfegos variáveis de diferentes redes virtuais compartiham agum recurso em comum de modo a acançar uma mehor utiização de recursos. Entretanto, este compartihamento pode ocasionar coisão/interferência entre tráfegos variáveis de diferentes redes virtuais. Em [Yang 2013] os autores transferem a formuação de [Zhang 2012] para o ambiente sem fio. Como em [Zhang 2012], em [Yang 2013] os autores consideram os recursos como sendo homogêneos em termos de argura de banda oferecida. Entretanto, isto não engoba cenários com redes heterogêneas (ex. WiMax, WiFi e LTE), onde diferentes tecnoogias possuem unidades de recursos distintos e diferentes taxas de dados [Wang 2013]. Aém disso, mesmo com uma única tecnoogia de rede, fator ta como o ruído pode impactar na taxa de dados acançada em um cana de comunicação [Chena 2011]. Diferente de nossa proposta, em [Zhang 2012] e [Yang 2013], as redes virtuais possuem o mesmo níve, direito de acesso ao recurso, com nenhuma distinção entre rede/usuário virtua primária (maior prioridade) e rede/usuário virtua secundária (menor prioridade). Em vista disso, eas não incuem estes dois eementos do ambiente de CR: as redes/usuários secundárias e a primárias. Aém disso, em cenários formados por redes com diferentes prioridades de acesso aos recursos, existem outros fatores que afetam a comunicação dos usuários e que devem ser considerados no mapeamento de redes virtuais, tais como as probabiidades de boqueio de usuários secundários e handover de usuários secundários, que são negigenciados em ambos os estudos. Uma pataforma de virtuaização de rede fim-a-fim é proposta em [akauchi 2011]. Ea busca criar redes virtuais com recursos cabeados e sem fio e usa CR para gerenciar a WV. Entretanto, os autores abordam somente a conexão transparente das redes de acesso sem fio com a rede cabeada. Ees não formuam o probema de mapeamento de redes virtuais em rede de substrato, nem anaisam as importantes métricas/obetivos envovidas. Em [Xin 2012] os autores adotam uma abordagem denotada como acesso ao espectro dinâmico como um serviço para acançar DSA. Esta abordagem dinamicamente oferece serviço de espectro aos usuários. Ees adotam aocação de espectro dinâmica para DSA, que não distingue entre s e s. Assim, cada usuário tem uma banda de espectro para uso excusivo durante um período. Este tipo de aocação pode causar subutiização de espectro, quando a carga de tráfego é baixa. Aém disso, a artigo

4 considera somente demandas homogêneas (todas as redes virtuais possuindo a mesma demanda espectro), o que não é sempre verdade em cenários reais. Diferente de [Xin 2012], nosso trabaho adota a abordagem de acesso oportunista ao espectro (OSA) para DSA, onde a diferença entre usuários primários e secundários é estabeecida. Em OSA, os s buscam e acessam dinamicamente as bandas de espectro de forma oportunista através do sensoriamento de espectro ou banco de dados de espectro [Min 2011]. este aspecto, no mapeamento de SVs, consideramos a existência de VPs, que tem recursos aocados as SVs e maior prioridade de acesso a ees. Aém disso, demandas heterogêneas são evadas em conta na nossa formuação. ota-se na iteratura que o mapeamento de redes fio virtuais tem sido bastante estudado, bem como as formas de acesso oportunistas em redes não virtuaizadas. Porém, quando se considera esses dois eementos no mapeamento de redes virtuais, não há trabaho com formuação simiar a apresentada neste artigo. 3. O Ambiente de Redes Virtuais de Rádio Cognitivo O ambiente de redes virtuais de radio cognitivo é formado por três tipos de redes sem fio: rede de substrato/infraestrutura, redes primárias virtuais (PVs) e redes secundárias virtuais (SVs). Eas estão representadas na Fig.1, com cada tipo em uma camada específica. A camada física engoba as redes de substrato, que consiste de canais/bandas de espectro, estações-base, servidores e outros equipamentos que compõe a infraestrutura do ambiente sem fio. As redes de substrato são usadas na instanciação de ambas as redes virtuais (PVs e SVs). Em arquiteturas como a proposta em [akauchi 2011], o provedor de infraestrutura é responsáve por gerenciar os recursos físicos. As PVs têm maior prioridade de acesso aos recursos do que as SVs. O mapeamento de PV é reaizado sem considerar a existência de SVs, de forma usua [Fu 2010]. Assim, os recursos são aocados para cada PVs excusivamente. Como a carga de tráfego das PVs varia ao ongo do tempo, podem existir casos onde as PVs não estão utiizando todos os seus recursos. Diante desses períodos, as SVs podem ser impantadas para utiizar os recursos subutiizados oportunistamente. Figura 1 Ambiente de redes virtuais de rádio cognitivo

5 A adoção das SVs pode proporcionar mehor utiização de recursos (ex. espectro) e aumentar a receita do provedor de infraestrutura, uma vez que mais redes virtuais podem ser admitidas. Entretanto, para prover acesso oportunista, os usuários da SVs devem identificar a atividade dos Vs e somente acessar os recursos na ausência dees. este aspecto, o CR é uma tecnoogia essencia para a impantação das SVs, devido as suas capacidades de cognição e reconfiguração [Akyidiz 2006]. Em um ambiente formado por PVs e SVs, o mapeamento das redes virtuais torna-se mais compexo, uma vez que o mapeamento de SVs deve considerar tanto a demanda requisitada pea SV quanto a atividade dos usuários das PVs. 4. Modeagem do Mapeamento de SVs em Redes de Substrato Sem Fio Em um ambiente de redes virtuais de rádio cognitivo, o provedor de serviço soicita e gerencia L PVs [Liang 2014]. Dado que a rede de substrato é composta por M canais e que os recursos são divididos entre as PVs segundo a porcentagem q, com 1,2,3,..., L, 0 1, q L q 1 e Q sendo o conunto de canais aocados a PV 1, com Q M. q ou M. q canais, onde, x e x são as funções piso e teto, respectivamente. Dado que a chegada de Vs no cana i ( C i ) da rede virtua, com Ci Q, segue um processo de Poisson com taxa de chegada, e o tempo de 1 permanência do usuário é dado por uma distribuição exponencia com média, a i, utiização do cana i é dada pea dada pea Eq. 1 [Boch 2006]. Um ambiente com acesso oportunista (peos Vs) aos canais é obtido pea adoção do critério de estabiidade, 1. i esta abordagem, simiarmente a [Akter 2008], nós abstraímos a existência de vários VS no mesmo cana. Assim, cada cana é ocupado por um V por vez. Esta consideração é váida em sistemas cuo mecanismo de acesso é baseado em divisão de freqüência/tempo, por exempo. Assim, a probabiidade do cana estar ocupado peo V (em estado O) é dada pea sua utiização (Eq.1). A probabiidade do cana não estar ocupado peo V (estado OFF) é dada pea Eq. 2. (2) POFF (1 ) O número médio de canais em estado OFF na rede virtua é dado pea Eq.3. (1) Q OFF OFF E[ Ch ] n. P[ Ch n] n1 (3) Onde P[ Ch OFF n] é a probabiidade de n canais estarem OFF na rede virtua. Sendo A d, n, a partição d com n eementos do conunto Q, com d 1,2,3..., s,

6 Q onde s é o número de partições com n eementos do conunto Q, dado por s, n o vaor de P[ Ch OFF n] pode ser dado pea Eq.4. De forma simiar, a probabiidade de que existam n Vs na rede virtua é dada pea Eq. 5. s OFF P[ Ch n] POFFi,. [1 POFFh, ] d 1 i Ad, n, h{ Q Ad, n, } s P[ n]. [ POFFh, ] d 1 i Ad, n, h{ QAd, n, } O ambiente de comunicação sem fio é infuenciado por fatores, tais como ruídos provenientes de outras fontes. Estes fatores afetam a força do sina percebido no receptor. Assim, para denotar as condições do cana primário, considera-se que a reação sina ruído no cana i da rede virtua, SR( db ) i,, é dada por uma distribuição 1 exponencia com média SR( db) i, db [Choudhury 2007]. Assim, a capacidade máxima (em bps) do cana i aocado a rede virtua, denotada como R, dada pea Lei de Shannon [Shannon 2011], é expressa na Eq.6, onde Bw é a argura de banda do cana (em Hertz). (6) R Bw.og (1 SR ) por 2 O vaor da SR usando escaa decima obtida daquea em decibéis (db) é dada SR( db) 10 SR 10, e a capacidade media acançada no cana i da rede virtua ( R ) é dada pea Eq. 7. R E[ R ] E[ Bw.og (1 ( SR ))] 2 A Eq.7 representa a capacidade média do cana quando ee está sempre disponíve para uso peo usuário. Quando o usuário é o V, isto não ocorre devido ao uso oportunista. Assim, dada a Eq.8 e a probabiidade do cana estar em estado OFF (Eq.2), a taxa efetiva média acançada peo V é dada pea Eq. 8. Re POFF. R o mapeamento de redes virtuais, não há um reacionamento um-para-um entre PVs e SVs e vice-versa. Assim, canais aocados a diferentes PVs podem ser usados pea mesma SV, como mostrado na Fig. 1, onde a SV #3 utiiza os canais aocados as PV #1 e PV #3, por exempo, o que fornece maior possibiidade de mapeamento para as SVs. Isto é diferente de [Lai 2011] e [Wang 2009], que adotam uma abordagem que restringe ao reacionamento unívoco entre PVs e SVs. Deste modo, adota-se o níve de granuaridade de cana é adotado para informação da atividade primária. (4) (5) (7) (8)

7 Consideram-se existem SVs a serem mapeadas. Para cada SV ( SV ), a argura de banda requisitada peos Vs é dada por uma distribuição exponencia com média 1/ w bps. A chegada de Vs na SV segue um processo de Poisson com taxa de usuários por segundos. O tempo de serviço do V é exponenciamente distribuído com média 1/ segundos [Zhao 2011]. Assim, o número médio de Vs na SV, e o tota de recursos requisitados são dados peas Eq. 9 e Eq (9) (9) Bw req, w w (10) 4.1. Formuação para a Probabiidade de Coisão o mapeamento de SVs, como os canais adotados são compartihados com as PVs, é necessário garantir que o níve de interferência causada na PVs não utrapasse um imite definido. Este imite pode ser baseado em acordo/especificação em níve de serviço (SLA/SLS) das PVs ou no níve de interferência que pode ser toerado peo sina do V, por exempo. Assim, na seeção dos canais aocados a cada SV, a interferência/coisão entre V e V deve ser cacuada para garantir que não utrapasse o imiar definido. Dado que o mapeamento da SC { C, C,..., C }, onde SC n, SC 1 2 n SV adotou o conunto de canais L Q, e SC SCu, para todo u, com, u 1,2,3,..., sendo identificadores de SVs. o mapeamento de redes virtuais (secundária ou primária), quando cada usuário necessita de somente um cana para reaizar a sua comunicação, uma coisão entre V e V na SV pode ocorrer quando o número de Vs e Vs que tentam acessar os canais simutaneamente é maior que o número de canais aocados a SV, com peo menos um V e um V entre os usuários. Assim, a probabiidade de coisão é dada pea Eq.11. n 1 Pc ( SC ) ( P[ i ; n i]) i1 Onde P[ i ; n i] é a probabiidade que no conunto de canais SC, o número de Vs acessando ou tentando acessar os canais é i o número de Vs é maior do que n i. Como a chegada e tentativa de acesso dos usuários ocorre independente de cada outro, P[ i ; n i] pode ser obtida do produto entre P[ i ] e P[ n i], que são dadas peas Eq.5 e Eq.12. (11) n 1 P[ n i] =1 - P[ k] k0 (12)

8 Onde P[ k] = 1. k e k! 1. Entretanto, nesta formuação, a condição de que cada usuário necessita somente de um cana para atender sua demanda não se apica ao V, apenas ao V. Como a argura de banda requisitada peo V pode ser maior do que a capacidade média de um cana, quando o V tenta acessar mais do que um cana na SV, ee pode coidir com mais do que um V. Dessa forma, a probabiidade de coisão é dada pea Eq.14. n n i Pc ( SC ) P i ; i1 Ch Onde Ch é o número médio de canais requisitado para atender a demanda de cada V na SV, que é dado pea Eq.15,. é a função piso e Rch é a capacidade média efetiva dos canais da SV dada pea Eq.16. A probabiidade de coisão média com SVs mapeadas é dada pea Eq. 17. (13) (14) Ch 1/ w max 1, Rch (15) Rch n i1 Re n i, (16) Pc 1 Pc (17) 4.2. Formuação para a Probabiidade de Boqueio Assim como restringir a coisão no V, o mapeamento de SVs deve prover bons níveis de QoS para o V. Ee deve admitir o máximo possíve de Vs dimensionados para cada SV. Assim, a probabiidade de boqueio de V deve ser determinada no processo de mapeamento. O boqueio de V ocorre na SV quando o número tota de Vs com o número médio de canais requisitados peos Vs é maior do que o número de canais aocados a SV e sua probabiidade é dada pea Eq. 18. n n i Pb ( SC ) ( [ ; ]) P i i0 Ch Com SVs mapeadas, a probabiidade boqueio média é dada na Eq.19. Pb 1 Pb (18) (19)

9 4.3. Formuação para a Utiização Conunta Prover mehor utiização de recurso é também um obetivo do mapeamento de SV. Para definir a utiização de recursos acançada no mapeamento, as atividades das PVs e SVs devem ser consideradas. Assim, dado o conunto de n canais adotado no mapeamento da pea Eq.20. Onde SV, a utiização conunta (primária e secundária) dos canais é dada é o número médio de Vs nos canais, dado pea Eq. 21. (1 Pb ).. Ch uti n OFF n E[ Ch ] O produto (1 Pb )* denota o número médio de Vs admitidos na SV, onde é dado pea Eq. 9, e utiização conunta é dada pea Eq.22. Pb pea Eq. 18. Com SVs mapeadas, a (20) (21) uti 1 uti (22) 4.4. Formuação para a Probabiidade de Handover de SV A probabiidade de boqueio de V indica o níve de reeição de novos Vs na SV. Uma vez que ees são admitidos, aguns eventos desecandeados pea atividade primária podem afetar as suas comunicações. Entre estes eventos, o handover de SV é destacado. Ee acontece quando o V vaga cana que ocupa devido ao retorno do V e seeciona um cana em outra SV para retomar a sua comunicação, visto que não existe cana disponíve na sua rede atua. O handover de SV causa degradação na comunicação secundária [Lai 2011]. A probabiidade de handover do V oriundo da SV pode ser obtida pea razão entre o número de tentativas de handover com sucesso (aquees que encontraram recursos disponíveis em outra SV) e o número de V admitidos na SV. O número de Vs admitidos na SV ( Ad handover de SV ( HA ) é dada pea Eq.24. ) é dado pea Eq. 23. O número de tentativas de 1 Ad (1 Pb ). 1 HA ( SC ) PcAd. Ad PcAd.(1 Pb ). Onde PcAd é a probabiidade de coisão entre os Vs admitidos na SV e os Vs, que pode ser obtida de forma simiar a Eq. 14, onde P[ k], dada na Eq.13, é aterada para a Eq. 25. (23) (24)

10 1 (1 Pb ).. P[ k] = k! A probabiidade de tentativa de handover dos Vs da HA P, ( SC ) PcAd Ad HA k e 1 (1 Pb ).. SV é dada pea Eq.26. O número de número de handovers com sucesso depende da quantidade de recursos disponíveis nas outras redes. Dado que existam (em média) R recursos disponíveis, o número de handovers de SV com sucesso é dado pea Eq. 27. H Min ( HA. Ch *, R) Ch * Onde Ch * é o número médio de canais necessários para continuar a comunicação de cada V que tenta reaizar o handover da SV, obtido de forma simiar a Eq. 15, considerando a capacidade média efetiva dos canais aocados as outras SVs (exceto a SV ) como denominador. O vaor de R é dado pea Eq. 28. R max 0, n (1 Pb ).. Ch 1, Considerando os Vs admitidos na SV, a probabiidade de handover de SV é dada pea Eq. 29. Com SVs, a probabiidade média de handover de SV é dada pea Eq. 30. P handover, H Ad (25) (26) (27) (28) (29) P handover 1 P handover, (30) 4.5. O Probema Muti-Obetivo de Mapeamento de SVs Como apresentado nas seções anteriores, vários obetivos estão envovidos no mapeamento de SVs. Quando a infuência de cada um dees é considerada, o seguinte probema de otimização pode ser formuado (ver Eq. 31). Dado um conunto de SVs e o padrão de uso primário dos canais, reaizar o mapeamento das SVs em substrato físico de modo a minimizar o handover entre SVs e o boqueio de Vs e maximizar a utiização conunta. Três restrições devem ser satisfeitas: a probabiidade de coisão deve estar abaixo de um dado imiar, o montante de recursos aocados a cada SV não pode ser menor do que o requisitado e um recurso comum não pode ser aocado à diferentes SVs. Em notação, tem-se:

11 Minimize P, Pb and Maximize uti handover Sueito a : Pc thrcoision, 1,2,3,..., Raoc Bwreq,, 1,2,3,..., SC SCu, u,, u 1,2,3,..., (31) 5. Anáise do Mapeamento de Redes Virtuais Secundárias As restrições e obetivos no probema de mapeamento de SV descritos na seção anterior, como a demanda requisitada pea SV, o imite de coisão, redução do boqueio de V e handover de SV e maximização da utiização conunta de recursos estão reacionados à comunicação primária, secundária ou ao provedor de infraestrutura. Acançar todos estes obetivos simutaneamente é um processo desafiador, porque aguns são confitantes entre si e o mapeamento com foco em um pode deteriorar os outros. esta seção a anáise de métricas reacionadas aos obetivos é conduzida através da variação de importantes parâmetros. A utiização primária dos canais é um importante parâmetro que deve ser considerado no mapeamento de SV, uma vez que ee afeta diretamente métricas como as probabiidades de coisão, boqueio de V e utiização conunta. A Fig. 2 considera o número de canais aocados a SV, a taxa de chegada e tempo médio de serviço do V fixos e mostra o comportamento das probabiidades de coisão, boqueio de V e utiização conunta quando a utiização primária dos canais aocados a SV varia. Baixas probabiidades de boqueio de V e coisão podem ser acançadas seecionando canais com baixa utiização primária para mapear a SV. Entretanto, seecionar canais com baixa utiização primária pode reduzir a utiização conunta de recursos, mesmo que uma ata taxa de admissão de Vs sea acançada, que é inferida pea baixa probabiidade de boqueio de V e ata utiização secundária de recursos. Por outro ado, quando canais com ata utiização primária são seecionados, mehor utiização conunta é acançada (ver Fig. 2). Mas, isto pode causar um aumento no boqueio de Vs e na coisão, que afeta as PVs e SVs. Figura 2. Infuência da utiização primária no mapeamento de SV

12 Embora exista um aumento na utiização conunta quando canais com ata utiização primária são seecionados, a utiização provida peos Vs decresce até acançar um vaor nuo, o que significa que não há possibiidade de acesso oportunista (ver Fig. 2). Assim, no mapeamento de SV é importante baancear a seeção de canais para acançar um bom compromisso entre a coisão, boqueio e utiização conunta. A Fig. 3 iustra os resutados das probabiidades de coisão, boqueio de V e tentativa de handover e utiização conunta, quando o número de canais adotados no mapeamento da SV varia e a utiização primária, taxa de chegada, tempo médio de serviço do V são fixos. ota-se que as probabiidades de coisão e boqueio de V decrescem quando o número de canais aocados aumenta. Isto indica que existe menor interferência na comunicação do V e poucos Vs são reeitados na SV, que são fatores positivos. Aém disso, com mais canais, em gera, existem mais recursos para atender a demanda dos Vs, o que reduz a chance de acontecer handover de SV. Entretanto, aumentar o número de canais a partir de um dado ponto (14 canais), usuamente conduz a uma redução na utiização conunta, como iustrado na Fig. 3, porque, apesar da baixa taxa de boqueio de V na SV, o montante de recursos aocados a SV é muito maior do que a demanda a ser atendida. Por outro ado, caso um número reduzido sea adotado, a utiização conunta aumenta, o que é um fator positivo. Entretanto, a coisão e o boqueio de V também aumentam, o que é um fator negativo. Figura 3. Anáise da variação do número de canais aocados a SV É importante notar (Fig. 3) o comportamento da tentativa de handover de SV (que compõe a probabiidade de handover de SV) quando o número de canais varia em uma dada faixa (entre 10 e 14). esta faixa, quando o número de canais aumenta, a utiização conunta e a probabiidade de tentativa de handover também aumentam. a utiização conunta, com mais canais, mais Vs são admitidos e o numerador da Eq. 20 cresceu mais do que o denominador. A maior admissão de Vs aumentou a taxa de ocupação da SV, ocasionando maior possibiidade do V comutar de SV. ota-se que probabiidade de boqueio do V tem um impacto na tentativa de handover e utiização conunta. Assim, a Fig.4 iustra o comportamento destas duas métricas quando diferentes vaores para a probabiidade de boqueio de V são definidos. O aumento do boqueio de V provoca redução na utiização conunta e na

13 tentativa de handover, pois poucos Vs são admitidos na SV. Dessa forma, a infuência do boqueio deve ser considerada no processo de mapeamento de SVs. 6. Concusão e Direções Futuras Figura 4. Infuência da probabiidade de boqueio este artigo destacamos a combinação de rádio cognitivo, técnicas de DAS e virtuaização sem fio no mapeamento de redes sem fio virtuais, possibiitando que redes virtuais com diferentes prioridades de acesso ao recurso coexistam. Vimos que mapeamento de SVs é um probema desafiador com obetivos reacionados ao V, V e provedor de infraestrutura, onde uma anáise de infuência de parâmetros/métricas sobre métricas/obetivos foi conduzida. Ea buscou prover subsídios para a eaboração de esquemas para resover o probema proposto. Trabahos futuros incuem o desenvovimento de esquema para resover o probema proposto (ex. baseados em inteigência artificia) e a avaiá-o em termos das métricas aqui formuadas. Referências Akter, L., ataraan, B., Scogio, C.(2008) Modeing and Forecasting Secondary User Activity in Cognitive Radio etworks, Proceedings of 17th Internationa Conference on Computer Comm. and etworks (ICCC), pp Akyidiz, I. F. et a. (2006) ext generation/dynamic spectrum access/cognitive radio wireess networks: A survey, Esevier Computer etworks (50). Banchs, A. et a. (2012) Providing Throughput and Fairness Guarantees in Virtuaized WLAs Through Contro Theory, Springer Mobie etworks and Appications, vo.17, issue 4, pp Bebekkouche, A., Hasan, M. M., Karmouch, A.(2012) Resource Discovery and Aocation in etwork Virtuaization, IEEE Communications Surveys & Tutorias, Vo.14, Issue 4, pp Boch, G. et a. (2006) Queueing etworks and Markov Chains, Second Edition, Wesey.

14 Caeiro, L., Cardoso, F. D., Correia, L. M.(2012) Adaptive aocation of Virtua Radio Resources over heterogeneous wireess networks, 18th European Wireess Conference (European Wireess). Chena, Y-S. et a. (2011) A Cross-Layer Protoco of Spectrum Mobiity and Handover in Cognitive LTE etworks, Esevier Simuation Modeing Practice and Theory, vo. 19, issue 8, pp Choudhury, S., Gibson, J. D. (2007) Information Transmission Over Fading Channes, IEEE Goba Teecom. Conf. (GLOBECOM), pp Fu, F., Kozat, U. C. (2010) Wireess etwork Virtuaization as A Sequentia Auction Game,Proceedings of IEEE IFOCOM. La J. et a. (2011) etwork Seection in Cooperative Cognitive Radio etworks, 11th Internationa Symposium on Comm. and Information Technoogies. Liang, C., Yu, F. R. (2014) Wireess etwork Virtuaization: A Survey, Some Research Issues and Chaenges, IEEE Communications Survey and Tutorias. Min, A.W. et a. (2011), "Opportunistic spectrum access for mobie cognitive radios", Proceedings of IEEE IFOCOM, pp akauchi, K. et a. (2011) AMPHIBIA: A Cognitive Virtuaization Patform for Endto-End Sicing, IEEE Internationa Conference on Communications (ICC). Shannon, C.E.,( 2001) A Mathematica Theory of Communication, Association for Computing Machinery, Vo. 5, o. 1, pp Wang, C. et a. (2009) etwork Seection in Cognitive Radio Systems, IEEE Goba Teecommunications Conference, (GLOBECOM). Wang, X., Krishnamurthy, P., Tipper, D. (2013) Wireess etwork Virtuaization, Internationa Conf. on Computing, etworking and Comm. Xin, C., Song, M.(2012) Dynamic Spectrum Access as a Service, Proceedings IEEE IFOCOM. Yang, M. et a. (2013) Opportunistic Spectrum Sharing Based Resource Aocation for Wireess Virtuaization, Seventh Internationa Conference on Innovative Mobie and Internet Services in Ubiquitous Computing (IMIS). Zak Y. et a.(2010) LTE wireess virtuaization and spectrum management, Third Joint IFIP Wireess and Mobie etworking Conference. Zhang, S. et a. (2012) An Opportunistic Resource Sharing and Topoogy-Aware mapping framework for virtua networks, Proceedings of IEEE IFOCOM. Zhao, L. et a. (2011) LTE Virtuaization: from Theoretica Gain to Practica Soution, 23rd Internationa Teetraffic Congress (ITC).