Cognitief netwerk - Cognitive network

Niet te verwarren met Cognition Network Technology .

In communicatienetwerken , cognitieve netwerk (CN) is een nieuw type data netwerk dat gebruik maakt van geavanceerde technologie uit verschillende onderzoeksgebieden (dwz machine learning , kennisrepresentatie , computer netwerk , network management ) om een aantal problemen huidige netwerken worden geconfronteerd met te lossen . Cognitief netwerk verschilt van cognitieve radio (CR) omdat het alle lagen van het OSI-model omvat (niet alleen lagen 1 en 2 zoals bij CR).

Geschiedenis

De eerste definitie van het cognitieve netwerk werd gegeven door Theo Kanter in zijn promotieonderzoek aan KTH, The Royal Institute of Technology, Stockholm, inclusief een presentatie in juni 1998 van het cognitieve netwerk als het netwerk met geheugen. Theo was een leerling van Chip Maguire die ook Joe Mitola, de bedenker van cognitieve radio, adviseerde. Mitola concentreerde zich op cognitie in de knooppunten, terwijl Kantor zich richtte op cognitie in het netwerk. Mitola's licentiaatscriptie , gepubliceerd in augustus 1999, bevat het volgende citaat: "In de loop van de tijd kan het door RKRL gemachtigde netwerk [Radio Knowledge Representation Language] leren om een ​​kenmerk van de natuurlijke omgeving te onderscheiden dat niet overeenkomt met de modellen. Het zou de fouten kunnen declareren. naar een cognitief netwerk. " Dit is de vroegste publicatie van het concept cognitieve netwerk, sinds Kantor iets later publiceerde.

IBM's autonome netwerkuitdaging van 2001 leidde tot de introductie van een cognitiecyclus in netwerken. Cognitieve radio, de cognitieve netwerken van Kantor en de autonome netwerken van IBM vormden de basis voor de parallelle evolutie van cognitieve draadloze netwerken en andere cognitieve netwerken. In 2004 organiseerde Petri Mahonen, momenteel verbonden aan de RWTH, Aken, en een lid van de doctoraatscommissie van Mitola de eerste internationale workshop over cognitieve draadloze netwerken in Dagstuhl, Duitsland. Bovendien ontwikkelden de E2R- en E3-programma's van de EU cognitieve netwerktheorie onder de noemer zelf* - zelforganiserende netwerken, zelfbewuste netwerken, enzovoort. Een van de pogingen om het concept van cognitief netwerk te definiëren werd in 2005 gedaan door Thomas et al. en is gebaseerd op een ouder idee van de Knowledge Plane beschreven door Clark et al. in 2003 . BS Manoj et al. stelde in 2008 een Cognitive Complete Knowledge Network System voor. Sindsdien zijn er verschillende onderzoeksactiviteiten in het gebied ontstaan. Een overzicht en een bewerkt boek onthullen enkele van deze inspanningen.

Het kennisvlak is "een alomtegenwoordig systeem binnen het netwerk dat modellen op hoog niveau bouwt en onderhoudt van wat het netwerk zou moeten doen, om diensten en advies te verlenen aan andere elementen van het netwerk".

Het concept van een grootschalig cognitief netwerk werd in 2008 verder ontwikkeld door Song, waar een dergelijk Kennisplan duidelijk is gedefinieerd voor grootschalige draadloze netwerken als de kennis over de beschikbaarheid van radiospectrum en draadloze stations.

Definitie

Thomas et al. definieer de CN als een netwerk met een cognitief proces dat de huidige netwerkcondities kan waarnemen, plannen, beslissen, handelen naar die condities, leren van de gevolgen van zijn acties, en dit alles terwijl het de end-to-end doelen volgt. Deze lus, de cognitielus, detecteert de omgeving, plant acties op basis van input van sensoren en netwerkbeleid, besluit welk scenario het beste past bij zijn end-to-end doel met behulp van een redeneringsmotor en handelt uiteindelijk op het gekozen scenario zoals besproken in de vorige paragraaf. Het systeem leert van het verleden (situaties, plannen, beslissingen, acties) en gebruikt deze kennis om de beslissingen in de toekomst te verbeteren.

Deze definitie van CN vermeldt niet expliciet de kennis van het netwerk; het beschrijft alleen de cognitieve lus en voegt end-to-end doelen toe die het zouden onderscheiden van CR of zogenaamde cognitieve lagen. Deze definitie van CN lijkt onvolledig omdat het kennis mist die een belangrijk onderdeel is van een cognitief systeem zoals besproken in, en.

Balamuralidhar en Prasad geven een interessante kijk op de rol van ontologische kennisrepresentatie: "De persistente aard van deze ontologie maakt proactiviteit en robuustheid mogelijk voor 'onaanvaardbare gebeurtenissen', terwijl de unitaire aard end-to-end aanpassingen mogelijk maakt."

In wordt CN gezien als een communicatienetwerk aangevuld met een kennisvlak dat zich verticaal over lagen kan uitstrekken (door gebruik te maken van cross-layer-ontwerp) en/of horizontaal over technologieën en knooppunten (die een heterogene omgeving bestrijken). Het kennisvlak heeft minstens twee elementen nodig: (1) een representatie van relevante kennis over de scope (apparaat, homogeen netwerk, heterogeen netwerk, etc.); (2) een cognitielus die kunstmatige intelligentietechnieken gebruikt binnen zijn staten (leertechnieken, besluitvormingstechnieken, enz.).

Verder werd in en een gedetailleerde cross-layer netwerkarchitectuur voorgesteld voor CN's, waarbij CN wordt geïnterpreteerd als een netwerk dat zowel het radiospectrum als de bronnen van draadloze stations opportunistisch kan gebruiken, gebaseerd op de kennis van de beschikbaarheid van dergelijke bronnen. Aangezien CR is ontwikkeld als een radiozendontvanger die spectrumkanalen opportunistisch kan gebruiken ( dynamische spectrumtoegang ), is de CN daarom een ​​netwerk dat CR's opportunistisch kan organiseren.

Netwerk architectuur

De cross-layer netwerkarchitectuur van CN in wordt ook wel Embedded Wireless Interconnection (EWI) genoemd, in tegenstelling tot de Open System Interconnection (OSI) -protocolstapel. De CN-architectuur is gebaseerd op een nieuwe definitie van draadloze verbinding. De nieuwe abstracte draadloze verbindingen worden geherdefinieerd als willekeurige onderlinge samenwerkingen tussen een reeks naburige (nabijheid) draadloze knooppunten. Ter vergelijking: traditionele draadloze netwerken zijn afhankelijk van point-to-point "virtuele bedrade verbindingen" met een vooraf bepaald paar draadloze knooppunten en toegewezen spectrum.

Deze netwerkarchitectuur heeft ook de volgende drie hoofdprincipes:

  • Functionele koppelingsabstractie : op basis van de definitie van abstracte draadloze koppeling, worden draadloze koppelingsmodules geïmplementeerd in individuele draadloze knooppunten, die verschillende soorten abstracte draadloze verbindingen kunnen opzetten. Volgens de functionele abstracties kunnen categorieën van draadloze verbindingsmodules zijn: broadcast, unicast , multicast en gegevensaggregatie , enz. Daarom kan netwerkfunctionaliteit worden geïntegreerd in het ontwerp van draadloze verbindingsmodules. Dit resulteert ook in twee hiërarchische lagen als architecturale basis, waaronder respectievelijk de systeemlaag en de draadloze verbindingslaag. De onderste draadloze verbindingslaag levert een bibliotheek van draadloze verbindingsmodules aan de bovenste systeemlaag; de systeemlaag organiseert de draadloze verbindingsmodules om effectieve applicatieprogrammering te bereiken.
  • Opportunistische draadloze verbindingen: Bij het realiseren van het cognitieve draadloze netwerkconcept worden zowel het bezette spectrum als de deelnemende knooppunten van een abstracte draadloze verbinding opportunistisch bepaald door hun onmiddellijke beschikbaarheid. Dit principe bepaalt het ontwerp van draadloze verbindingsmodules in de draadloze verbindingslaag. De systeemprestaties kunnen verbeteren met een grotere netwerkschaal, aangezien een hogere netwerkdichtheid extra diversiteit introduceert in de opportunistische vorming van abstracte draadloze verbindingen.
  • Globale QoS-ontkoppeling : Globale applicatie of netwerk-QoS (Quality of Service) wordt ontkoppeld in lokale vereisten van samenwerkingen in aangrenzende draadloze nodes, dwz draadloze verbinding QoS. Meer specifiek, door de wereldwijde QoS op applicatieniveau te ontkoppelen, kan de systeemlaag de draadloze verbindingsmodules die worden geleverd door de draadloze verbindingslaag beter organiseren. Door bijvoorbeeld QoS op wereldwijde netwerkniveau te ontkoppelen, zoals doorvoer, end-to-end vertraging en vertragingsjitter, kan het ontwerp van de draadloze linkmodule voldoen aan de wereldwijde QoS-vereisten. Op basis van de meegeleverde draadloze verbindingsmodules kan de complexiteit op individuele knooppunten onafhankelijk zijn van de netwerkschaal.

Draadloze verbindingsmodules bieden systeemontwerpers herbruikbare open netwerkabstracties, waarbij de modules afzonderlijk kunnen worden bijgewerkt of nieuwe modules kunnen worden toegevoegd aan de draadloze verbindingslaag. Hoge modulariteit en flexibiliteit kunnen essentieel zijn voor middleware of applicatie-ontwikkelingen.

EWI is ook een architectuur in organiserende stijl, waarbij de systeemlaag de draadloze verbindingsmodules organiseert (bij de draadloze verbindingslaag); en peer draadloze verbindingsmodules kunnen modulebeheerinformatie uitwisselen door pakketkoppen op te vullen naar de systeemlaaginformatie-eenheden.

Er werden vijf soorten draadloze verbindingsmodules voorgesteld, waaronder respectievelijk broadcast, peer-to-peer unicast, multicast, to-sink unicast en data-aggregatie. Andere willekeurige typen modules kunnen worden toegevoegd, waardoor andere typen abstracte draadloze verbindingen zonder beperking tot stand worden gebracht. De uitzendmodule verspreidt bijvoorbeeld eenvoudig datapakketten naar omliggende knooppunten. De peer-to-peer unicast-module kan datapakketten van bron naar bestemming leveren via meerdere draadloze hops. De multicast-module stuurt datapakketten naar meerdere bestemmingen, in vergelijking met peer-to-peer unicast. De to-sink unicast-module kan vooral handig zijn in draadloze sensornetwerken, die gebruikmaken van hogere mogelijkheden van gegevensverzamelaars (of sinks) om een ​​betere gegevenslevering te bereiken. De gegevensaggregatiemodule verzamelt en aggregeert op een opportunistische manier de contextgerelateerde gegevens van een reeks draadloze nabijheidsknooppunten.

Er zijn twee servicetoegangspunten (SAP) gedefinieerd op de interface tussen de systeemlaag en de draadloze verbindingslaag, respectievelijk WL_SAP (Wireless Link SAP) en WLME_SAP (Wireless Link Management Entity SAP). WL_SAP wordt gebruikt voor het gegevensvlak, terwijl WLME_SAP wordt gebruikt voor het beheervlak. De SAP's worden door de systeemlaag gebruikt bij het besturen van de QoS van draadloze verbindingsmodules.

Zie ook

Referenties

Bronnen

Externe links