Réseau cognitif - Cognitive network

À ne pas confondre avec la technologie Cognition Network .

Dans les réseaux de communication , le réseau cognitif (CN) est un nouveau type de réseau de données qui utilise la technologie de pointe de plusieurs domaines de recherche (c. -à-d. apprentissage automatique , représentation des connaissances , réseau informatique , gestion de réseau ) pour résoudre certains problèmes auxquels les réseaux actuels sont confrontés. . Le réseau cognitif est différent de la radio cognitive (CR) car il couvre toutes les couches du modèle OSI (pas seulement les couches 1 et 2 comme avec CR).

Histoire

La première définition du réseau cognitif a été fournie par Theo Kanter dans sa recherche doctorale au KTH, The Royal Institute of Technology, Stockholm, avec une présentation en juin 1998 du réseau cognitif en tant que réseau avec mémoire. Theo était un élève de Chip Maguire qui conseillait également Joe Mitola, le créateur de la radio cognitive. Mitola s'est concentré sur la cognition dans les nœuds, tandis que Kantor s'est concentré sur la cognition dans le réseau. La thèse de licence de Mitola , publiée en août 1999, comprend la citation suivante "Au fil du temps, le réseau RKRL [Radio Knowledge Representation Language] peut apprendre à distinguer une caractéristique de l'environnement naturel qui ne correspond pas aux modèles. Il pourrait déclarer les erreurs à un réseau cognitif." Il s'agit de la première publication du concept de réseau cognitif, puisque Kantor a publié un peu plus tard.

Le défi des réseaux autonomes d'IBM en 2001 a été à l'origine de l'introduction d'un cycle cognitif dans les réseaux. La radio cognitive, les réseaux cognitifs de Kantor et les réseaux autonomes d'IBM ont jeté les bases de l'évolution parallèle des réseaux cognitifs sans fil et d'autres réseaux cognitifs. En 2004, Petri Mahonen, actuellement à RWTH, Aix-la-Chapelle, et membre du comité doctoral de Mitola a organisé le premier atelier international sur les réseaux sans fil cognitifs à Dagstuhl, en Allemagne. En outre, les programmes E2R et E3 de l'UE ont développé une théorie des réseaux cognitifs sous la rubrique d'auto* - réseaux auto-organisés, réseaux auto-conscients, etc. Une des tentatives pour définir le concept de réseau cognitif a été faite en 2005 par Thomas et al. et est basé sur une idée plus ancienne du plan de la connaissance décrite par Clark et al. en 2003 . BS Manoj et al. a proposé un système de réseau de connaissances cognitives complètes en 2008. Depuis lors, plusieurs activités de recherche dans le domaine ont vu le jour. Une enquête et un livre édité révèlent certains de ces efforts.

Le Knowledge Plane est "un système omniprésent au sein du réseau qui construit et maintient des modèles de haut niveau de ce que le réseau est censé faire, afin de fournir des services et des conseils à d'autres éléments du réseau".

Le concept de réseau cognitif à grande échelle a été développé en 2008 par Song, où un tel plan de connaissances est clairement défini pour les réseaux sans fil à grande échelle comme la connaissance de la disponibilité du spectre radio et des stations sans fil.

Définition

Thomas et al. définir le CN comme un réseau avec un processus cognitif qui peut percevoir les conditions actuelles du réseau, planifier, décider, agir sur ces conditions, apprendre des conséquences de ses actions, tout en suivant des objectifs de bout en bout. Cette boucle, la boucle cognitive, détecte l'environnement, planifie les actions en fonction des entrées des capteurs et des politiques de réseau, décide quel scénario correspond le mieux à son objectif de bout en bout à l'aide d'un moteur de raisonnement, et enfin agit sur le scénario choisi comme discuté dans le section précédente. Le système apprend du passé (situations, plans, décisions, actions) et utilise ces connaissances pour améliorer les décisions futures.

Cette définition du CN ne mentionne pas explicitement la connaissance du réseau ; il ne décrit que la boucle cognitive et ajoute des objectifs de bout en bout qui le distingueraient de la CR ou des couches dites cognitives. Cette définition de CN semble incomplète car elle manque de connaissances qui sont une composante importante d'un système cognitif comme discuté dans, et.

Balamuralidhar et Prasad donnent une vision intéressante du rôle de la représentation ontologique des connaissances : « La nature persistante de cette ontologie permet la proactivité et la robustesse aux « événements ignorables », tandis que la nature unitaire permet des adaptations de bout en bout. »

Dans, CN est considéré comme un réseau de communication augmenté d'un plan de connaissances qui peut s'étendre verticalement sur des couches (en utilisant une conception multicouche) et/ou horizontalement à travers des technologies et des nœuds (couvrant un environnement hétérogène). Le plan de connaissance a besoin d'au moins deux éléments : (1) une représentation des connaissances pertinentes sur le périmètre (appareil, réseau homogène, réseau hétérogène, etc.) ; (2) une boucle cognitive qui utilise des techniques d' intelligence artificielle à l' intérieur de ses états (techniques d'apprentissage, techniques de prise de décision, etc.).

En outre, dans et, une architecture de réseau intercouche détaillée a été proposée pour les CN, où CN est interprété comme un réseau qui peut utiliser à la fois le spectre radioélectrique et les ressources des stations sans fil de manière opportuniste, sur la base de la connaissance de la disponibilité de ces ressources. Puisque le CR a été développé comme un émetteur-récepteur radio qui peut utiliser les canaux du spectre de manière opportuniste ( accès dynamique au spectre ), le CN est donc un réseau qui peut organiser de manière opportuniste les CR.

Architecture de réseau

L' architecture de réseau inter-couches du CN est également appelée interconnexion sans fil intégrée (EWI) par opposition à la pile de protocoles d' interconnexion de système ouvert (OSI). L'architecture du CN est basée sur une nouvelle définition de la liaison sans fil. Les nouvelles liaisons sans fil abstraites sont redéfinies comme des coopérations mutuelles arbitraires entre un ensemble de nœuds sans fil voisins (de proximité). En comparaison, les réseaux sans fil traditionnels reposent sur des « liens câblés virtuels » point à point avec une paire prédéterminée de nœuds sans fil et un spectre alloué.

Cette architecture de réseau a également les trois principes principaux suivants :

  • Abstraction de liaison fonctionnelle : sur la base de la définition de la liaison sans fil abstraite, les modules de liaison sans fil sont implémentés dans des nœuds sans fil individuels, qui peuvent configurer différents types de liaisons sans fil abstraites. Selon les abstractions fonctionnelles, les catégories de modules de liaison sans fil peuvent inclure : diffusion, monodiffusion , multidiffusion et agrégation de données , etc. Par conséquent, la fonctionnalité réseau peut être intégrée dans la conception de modules de liaison sans fil. Cela se traduit également par deux couches hiérarchiques comme bases architecturales, y compris la couche système et la couche liaison sans fil, respectivement. La couche de liaison sans fil inférieure fournit une bibliothèque de modules de liaison sans fil à la couche système supérieure ; la couche système organise les modules de liaison sans fil pour réaliser une programmation d'application efficace.
  • Liaisons sans fil opportunistes : dans la réalisation du concept de réseau sans fil cognitif, à la fois le spectre occupé et les nœuds participants d'une liaison sans fil abstraite sont déterminés de manière opportuniste par leurs disponibilités instantanées. Ce principe décide de la conception des modules de liaison sans fil dans la couche de liaison sans fil. Les performances du système peuvent s'améliorer avec une plus grande échelle de réseau, car une densité de réseau plus élevée introduit une diversité supplémentaire dans la formation opportuniste de toutes les liaisons sans fil abstraites.
  • Découplage de la QoS globale : La QoS (Quality of Service) globale de l'application ou du réseau est découplée en exigences locales des coopérations dans les nœuds sans fil voisins, c'est-à-dire la QoS de la liaison sans fil. Plus précisément, en découplant la QoS globale au niveau de l'application, il permet à la couche système de mieux organiser les modules de liaison sans fil qui sont fournis par la couche de liaison sans fil. Par exemple, en découplant la QoS au niveau du réseau mondial, comme le débit, le délai de bout en bout et la gigue de délai, la conception du module de liaison sans fil peut répondre aux exigences mondiales de QoS. Sur la base des modules de liaison sans fil fournis, la complexité au niveau des nœuds individuels peut être indépendante de l'échelle du réseau.

Les modules de liaison sans fil fournissent aux concepteurs de systèmes des abstractions de réseau ouvert réutilisables, où les modules peuvent être mis à jour individuellement, ou de nouveaux modules peuvent être ajoutés dans la couche de liaison sans fil. Une modularité et une flexibilité élevées peuvent être essentielles pour les développements de middleware ou d'applications.

EWI est également une architecture de style organisation, où la couche système organise les modules de liaison sans fil (au niveau de la couche de liaison sans fil) ; et des modules de liaison sans fil homologues peuvent échanger des informations de gestion de module en remplissant des en-têtes de paquets vers les unités d'informations de couche système.

Cinq types de modules de liaison sans fil ont été proposés, notamment la diffusion, l'unicast pair à pair, la multidiffusion, l'unicast to-sink et l'agrégation de données, respectivement. D'autres types arbitraires de modules peuvent être ajoutés, établissant d'autres types de liaisons sans fil abstraites sans limitation. Par exemple, le module de diffusion diffuse simplement des paquets de données vers les nœuds environnants. Le module de diffusion individuelle d'égal à égal peut acheminer des paquets de données de la source à la destination sur plusieurs sauts sans fil. Le module de multidiffusion envoie des paquets de données à plusieurs destinations, par rapport à la monodiffusion d'égal à égal. Le module monodiffusion à récepteur peut être particulièrement utile dans les réseaux de capteurs sans fil, qui utilisent des capacités plus élevées de collecteurs de données (ou récepteurs), afin d'obtenir une meilleure livraison des données. Le module d'agrégation de données collecte et agrège de manière opportuniste les données liées au contexte à partir d'un ensemble de nœuds sans fil de proximité.

Deux points d'accès au service (SAP) sont définis sur l'interface entre la couche système et la couche de liaison sans fil, qui sont respectivement WL_SAP (Wireless Link SAP) et WLME_SAP (Wireless Link Management Entity SAP). WL_SAP est utilisé pour le plan de données, tandis que WLME_SAP est utilisé pour le plan de gestion. Les SAP sont utilisés par la couche système pour contrôler la QoS des modules de liaison sans fil.

Voir également

Les références

Sources

Liens externes