Когнитивная сеть

В коммуникационных сетях когнитивная сеть (CN) — это новый тип сети передачи данных , в которой используются передовые технологии из нескольких областей исследований (например, машинное обучение , представление знаний , компьютерные сети , управление сетями ) для решения некоторых проблем, с которыми сталкиваются современные сети. . Когнитивная сеть отличается от когнитивного радио (CR), поскольку она охватывает все уровни модели OSI (а не только уровни 1 и 2, как в случае CR). ^[1]).

История

Первое определение когнитивной сети было дано Тео Кантером в его докторском исследовании в KTH, Королевском технологическом институте в Стокгольме, включая презентацию в июне 1998 года когнитивной сети как сети с памятью. Тео был учеником Чипа Магуайра, который также консультировал Джо Митолу, создателя когнитивного радио. Митола сосредоточился на познании в узлах, а Кантор сосредоточился на познании в сети. диссертация Митолы Лицензионная , опубликованная в августе 1999 года, включает следующую цитату: «Со временем сеть, созданная RKRL [Язык представления радиознаний], может научиться различать особенности природной среды, которые не соответствуют моделям. Она может объявлять об ошибках. в когнитивную сеть». Это самая ранняя публикация концепции когнитивной сети, поскольку Кантор опубликовал ее чуть позже.

Задача IBM в области автономных сетей в 2001 году спровоцировала введение в сети цикла познания. Когнитивное радио, когнитивные сети Кантора и автономные сети IBM обеспечили основу для параллельной эволюции когнитивных беспроводных сетей и других когнитивных сетей. В 2004 году Петри Махонен, в настоящее время работающий в RWTH в Аахене, и член докторского комитета Митолы организовали первый международный семинар по когнитивным беспроводным сетям в Дагштуле, Германия. Кроме того, в рамках программ ЕС E2R и E3 была разработана теория когнитивных сетей под рубрикой «самоорганизующиеся сети», «самосознательные сети» и т. д. Одна из попыток определить понятие когнитивной сети была предпринята в 2005 году Томасом и др. ^[2] и основан на более старой идее Плана Знаний, описанной Кларком и др. в 2003 году. ^[3] Б.С. Манодж и др. предложил систему полной когнитивной сети знаний в 2008 году. ^[4] С тех пор появилось несколько исследовательских мероприятий в этой области. Опрос ^[5] и отредактированная книга ^[6] раскрыть некоторые из этих усилий.

Плоскость знаний — это «всепроникающая система внутри сети, которая создает и поддерживает модели высокого уровня того, что сеть должна делать, чтобы предоставлять услуги и советы другим элементам сети». ^[3]

Концепция крупномасштабной когнитивной сети была развита в 2008 году Сонгом, ^[7] где такой план знаний четко определен для крупномасштабных беспроводных сетей как знания о доступности радиоспектра и беспроводных станций.

Определение

Томас и др. ^[2] определить CN как сеть с когнитивным процессом, которая может воспринимать текущие условия сети, планировать, принимать решения, действовать в соответствии с этими условиями, учиться на последствиях своих действий, и все это при одновременном следовании сквозным целям. Этот цикл, цикл познания, оценивает окружающую среду, планирует действия в соответствии с входными данными от датчиков и сетевой политикой, решает, какой сценарий лучше всего соответствует его сквозной цели, используя механизм рассуждения, и, наконец, действует в соответствии с выбранным сценарием, как описано в предыдущий раздел. Система учится на прошлом (ситуациях, планах, решениях, действиях) и использует эти знания для улучшения решений в будущем.

В этом определении CN явно не упоминаются знания о сети; он только описывает когнитивный цикл и добавляет сквозные цели, которые отличают его от CR или так называемых когнитивных слоев. Это определение КН кажется неполным, поскольку ему не хватает знаний, которые являются важным компонентом когнитивной системы, как обсуждалось в ^[5]^[6]^[7]^[8] и. ^[9]

Баламуралидхар и Прасад ^[8] дает интересный взгляд на роль представления онтологических знаний: «Постоянная природа этой онтологии обеспечивает проактивность и устойчивость к «игнорируемым событиям», в то время как унитарная природа обеспечивает сквозную адаптацию».

В, ^[5] CN рассматривается как коммуникационная сеть, дополненная плоскостью знаний, которая может охватывать вертикально слои (с использованием межуровневого проектирования) и/или горизонтально между технологиями и узлами (охватывая гетерогенную среду). Плоскость знаний требует как минимум двух элементов: (1) представление соответствующих знаний об области применения (устройство, однородная сеть, гетерогенная сеть и т. д.); (2) цикл познания, который использует методы искусственного интеллекта внутри своих состояний (методы обучения, методы принятия решений и т. д.).

Кроме того, в ^[7] и, ^[9] для CN была предложена подробная межуровневая сетевая архитектура, где CN интерпретируется как сеть, которая может использовать как радиоспектр, так и ресурсы беспроводной станции оппортунистически, основываясь на знании доступности таких ресурсов. Поскольку CR был разработан как радиоприемопередатчик, который может оппортунистически использовать каналы спектра ( динамический доступ к спектру ), CN, следовательно, представляет собой сеть, которая может оппортунистически организовывать CR.

Сетевая архитектура

Межуровневая сетевая архитектура CN в ^[9] также называется Embedded Wireless Interconnection (EWI) в отличие от стека протоколов Open System Interconnection (OSI). Архитектура CN основана на новом определении беспроводной связи. Новые абстрактные беспроводные каналы переопределяются как произвольное взаимное сотрудничество между набором соседних (близких) беспроводных узлов. Для сравнения, традиционная беспроводная сеть опирается на «виртуальные проводные каналы связи» «точка-точка» с заранее определенной парой беспроводных узлов и выделенным спектром.

Эта сетевая архитектура также имеет следующие три основных принципа:

Абстракция функциональной связи : на основе определения абстрактной беспроводной связи модули беспроводной связи реализуются в отдельных беспроводных узлах, которые могут устанавливать различные типы абстрактных беспроводных связей. В соответствии с функциональными абстракциями категории модулей беспроводной связи могут включать в себя: широковещательную, одноадресную , многоадресную рассылку , агрегацию данных и т. д. Таким образом, сетевые функции могут быть интегрированы в конструкцию модулей беспроводной связи. Это также приводит к появлению двух иерархических уровней в качестве основы архитектуры, включая системный уровень и уровень беспроводной связи соответственно. Нижний уровень беспроводной связи передает библиотеку модулей беспроводной связи верхнему системному уровню; системный уровень организует модули беспроводной связи для достижения эффективного программирования приложений.
Оппортунистические беспроводные каналы . При реализации концепции когнитивных беспроводных сетей как занимаемый спектр, так и участвующие узлы абстрактного беспроводного канала оппортунистически определяются их мгновенной доступностью. Этот принцип определяет конструкцию модулей беспроводной связи на уровне беспроводной связи. Производительность системы может улучшиться при увеличении масштаба сети, поскольку более высокая плотность сети вносит дополнительное разнообразие в гибкое формирование любых абстрактных беспроводных каналов. ^[10]
Глобальное разделение QoS : глобальное QoS приложения или сети (качество обслуживания) отделяется от локальных требований взаимодействия в соседних беспроводных узлах, т. е. QoS беспроводного канала. Более конкретно, за счет разделения глобального QoS на уровне приложений это позволяет системному уровню лучше организовывать модули беспроводной связи, предоставляемые уровнем беспроводной связи. Например, за счет разделения глобального QoS на уровне сети, такого как пропускная способность, сквозная задержка и дрожание задержки, конструкция модуля беспроводной связи может удовлетворить глобальные требования QoS. Благодаря предоставленным модулям беспроводной связи сложность отдельных узлов может не зависеть от масштаба сети.

Модули беспроводной связи предоставляют разработчикам систем многоразовые абстракции открытой сети, где модули можно индивидуально обновлять или добавлять новые модули на уровень беспроводной связи. Высокая модульность и гибкость могут быть необходимы для разработки промежуточного программного обеспечения или приложений.

EWI также представляет собой архитектуру организационного типа, в которой системный уровень организует модули беспроводной связи (на уровне беспроводной связи); и одноранговые модули беспроводной связи могут обмениваться информацией управления модулем путем дополнения заголовков пакетов к информационным блокам системного уровня.

Было предложено пять типов модулей беспроводной связи, включая широковещательную, одноранговую одноадресную рассылку, многоадресную рассылку, одноадресную передачу к приемнику и агрегацию данных соответственно. Могут быть добавлены другие произвольные типы модулей, устанавливающие другие типы абстрактных беспроводных линий без ограничений. Например, широковещательный модуль просто рассылает пакеты данных окружающим узлам. Одноранговый модуль одноадресной передачи может доставлять пакеты данных от источника к месту назначения через несколько беспроводных переходов. Модуль многоадресной рассылки отправляет пакеты данных нескольким адресатам, в отличие от одноранговой одноадресной рассылки. Модуль одноадресной передачи к приемнику может быть особенно полезен в беспроводных сенсорных сетях, которые используют более высокие возможности сборщиков (или приемников) данных для достижения лучшей доставки данных. Модуль агрегации данных оперативно собирает и агрегирует контекстно-зависимые данные из набора бесконтактных беспроводных узлов.

две точки доступа к услуге На интерфейсе между системным уровнем и уровнем беспроводной связи определены (SAP), которые представляют собой WL_SAP (Wireless Link SAP) и WLME_SAP (Wireless Link Management Entity SAP) соответственно. WL_SAP используется для плоскости данных, тогда как WLME_SAP используется для плоскости управления. SAP используются системным уровнем для управления QoS модулей беспроводной связи.

См. также

Ссылки

^ Митола 2000 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Томас 2005 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Кларк 2003 .
^ Манодж, Б.; Рао, Рамеш; Зорзи, Мишель (2008). «Cog Net : система полной когнитивной сети знаний». Беспроводная связь IEEE . 15 (6): 81–88. дои : 10.1109/MWC.2008.4749751 . S2CID 1511248 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Фортуна, Каролина; Мохорчич, Михаэль (2009). «Тенденции развития сетей связи: Когнитивные сети». Компьютерные сети . 53 (9): 1354–1376. дои : 10.1016/j.comnet.2009.01.002 .
^ Перейти обратно: ^а ^б К. Махмуд, «Когнитивные сети: на пути к сетям самосознания» , Джон Уайли и сыновья, 2007 г., ISBN 978-0-470-06196-1 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Сун, Лян (2008). «Когнитивные сети: стандартизация крупномасштабных беспроводных систем». 2008 г. 5-я конференция IEEE по потребительским коммуникациям и сетям . стр. 988–992. дои : 10.1109/ccnc08.2007.227 . ISBN 978-1-4244-1457-4 . S2CID 7189054 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Баламуралидхар, П.; Прасад, Рамджи (2008). «Контекстно-управляемая архитектура для узлов когнитивного радио». Беспроводная персональная связь . 45 (3): 423–434. дои : 10.1007/s11277-008-9480-7 . S2CID 6637432 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Сун, Лян; Д. Хацинакос (2009). «Когнитивные сети крупномасштабных беспроводных систем» . Международный журнал сетей связи и распределенных систем . 2 (4): 452–475. дои : 10.1504/IJCNDS.2009.026558 .
^ Котоби, Хашаяр; Мэйнваринг, Филип; Такер, Конрад; Билен, Свен (2015). «Повышение пропускной способности данных с помощью когнитивного радио на основе интеллектуального анализа данных» . Электроника . 4 (2): 221–238. doi : 10.3390/electronics4020221 .

Источники

Кантер, Тео (2001), "Адаптивная персональная мобильная связь, архитектура обслуживания и протоколы". , Трита-Ит. Авх. (Докторская диссертация), Киста, Швеция: Королевский технологический институт KTH , ISSN 1403-5286
Кларк, Дэвид Д.; Партридж, Крейг; Рамминг, Дж. Кристофер; Вроцлавски, Джон Т. (2003), «Плоскость знаний для Интернета», Материалы конференции 2003 года по приложениям, технологиям, архитектурам и протоколам для компьютерных коммуникаций - SIGCOMM '03 , стр. 3, номер домена : 10.1145/863955.863957 , ISBN 1581137354 , S2CID 207627798
Митола, Джозеф (2000), «Когнитивное радио - интегрированная агентная архитектура для программно-определяемого радио» , Trita-It. Авх. (Докторская диссертация), Киста, Швеция: Королевский технологический институт KTH , ISSN 1403-5286
Томас, RW; Дасильва, Луизиана; Маккензи, AB (2005), «Когнитивные сети», Первый международный симпозиум IEEE по новым рубежам в сетях динамического доступа к спектру, 2005. DySPAN 2005 , стр. 352–360, doi : 10.1109/DYSPAN.2005.1542652 , ISBN 1-4244-0013-9
Манодж, Б.; Рао, Рамеш; Зорзи, Мишель (2008), «CogNet: система когнитивной сети знаний», IEEE Wireless Communications , 15 (6): 81–88, doi : 10.1109/MWC.2008.4749751 , S2CID 1511248

Внешние ссылки

Технический комитет IEEE по когнитивным сетям

[FOOTNOTEMitola2000-1] Митола 2000 .

[FOOTNOTEThomas2005-2] Перейти обратно: ^а ^б Томас 2005 .

[FOOTNOTEClark2003-3] Перейти обратно: ^а ^б Кларк 2003 .

[B.S.Manoj-4] Манодж, Б.; Рао, Рамеш; Зорзи, Мишель (2008). «Cog Net : система полной когнитивной сети знаний». Беспроводная связь IEEE . 15 (6): 81–88. дои : 10.1109/MWC.2008.4749751 . S2CID 1511248 .

[Fortuna-5] Перейти обратно: ^а ^б ^с Фортуна, Каролина; Мохорчич, Михаэль (2009). «Тенденции развития сетей связи: Когнитивные сети». Компьютерные сети . 53 (9): 1354–1376. дои : 10.1016/j.comnet.2009.01.002 .

[Mahmoud-6] Перейти обратно: ^а ^б К. Махмуд, «Когнитивные сети: на пути к сетям самосознания» , Джон Уайли и сыновья, 2007 г., ISBN 978-0-470-06196-1 .

[Song-7] Перейти обратно: ^а ^б ^с Сун, Лян (2008). «Когнитивные сети: стандартизация крупномасштабных беспроводных систем». 2008 г. 5-я конференция IEEE по потребительским коммуникациям и сетям . стр. 988–992. дои : 10.1109/ccnc08.2007.227 . ISBN 978-1-4244-1457-4 . S2CID 7189054 .

[Balamuralidhar-8] Перейти обратно: ^а ^б Баламуралидхар, П.; Прасад, Рамджи (2008). «Контекстно-управляемая архитектура для узлов когнитивного радио». Беспроводная персональная связь . 45 (3): 423–434. дои : 10.1007/s11277-008-9480-7 . S2CID 6637432 .

[SongD-9] Перейти обратно: ^а ^б ^с Сун, Лян; Д. Хацинакос (2009). «Когнитивные сети крупномасштабных беспроводных систем» . Международный журнал сетей связи и распределенных систем . 2 (4): 452–475. дои : 10.1504/IJCNDS.2009.026558 .

[10] Котоби, Хашаяр; Мэйнваринг, Филип; Такер, Конрад; Билен, Свен (2015). «Повышение пропускной способности данных с помощью когнитивного радио на основе интеллектуального анализа данных» . Электроника . 4 (2): 221–238. doi : 10.3390/electronics4020221 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]