Embed Size (px)
Citation preview
Kognitivni
radioOsnovni
pojmovi
Doc. dr Mirjana Simić
Motivacija
•
Kognitivni
radio je nova ideja
u projektovanju
bežičnih komunikacionih sistema koja ima za cilj da poboljša korišćenje ograničenog prirodnog resursa –
spektra.
•
Motivacija koja stoji u osnovi kognitivnog radija je ograničenost spektra sa jedne strane, uz istovremeni porast novih bežičnih servisa visokog protoka sa druge strane.
•
Najveći deo dostupnog spektra za radio komunikacije već je dodeljen postojećim bežičnom sistemima i praktično
postoji još
samo mali deo spektra koji bi mogao biti dodeljen novim bežičnim aplikacijama.
Motivacija
Stalno rastući zahtevi za spektrom:- više korisnika, veći protoci, više aplikacija-
mora se naći način da se obezbede i preko
100 puta
veći zahtevi
(po
pitanju
broja
korisnika, protoka
i aplikacija)
u ovom veku!- prognoze Cisca još
i gore (zahtevi i do 1000 puta veći već
do 2020. god!)
Motivacija
izvor: Federal Communiaction Commission, FCC (Spectrum Crunch)
Motivacija
•
Sa druge strane, pokazalo se da neke (već
dodeljene) frekvencijske opsege licencirani sistemi koriste u određeno vreme i na određenim
lokacijama, ali i da postoje mnogi delovi spektra
koji su ili delimično zauzeti ili uglavnom prazni.
•
Na primer,
delovi spektra koje koriste mobilni operatori dostižu maksimum korišćenja u toku radnog vremena, ali su od ponoći do ranih jutarnjih sati uglavnom prazna!
•
Rezultati sporadičnih zapažanja doveli su do toga da je Federalna Komisija za Komunikacije, FCC (Federal Communiaction Commission) 2002. godine sprovela
obimna merenja u cilju
ispitivanja
stepena
iskorišćenosti
već
dodeljenih
radio opsega.
Motivacija
•
Merenja su pokazala da je prosečno
u svakom trenutku na bilo kojoj lokaciji u zemlji (SAD) u upotrebi samo oko 5.2%
dodeljenog radio spektra
(maksimalna iskorišćenost
dodeljenog spektra je 25%)!
•
Ovaj podatak bio je „incijalna kapisla”
za nova istraživanja koja bi bila usmerena ka traženju nekog drugog, fleksibilnijeg, načina korišćenja spektra.
•
Osim FCC, slične rezultate dobile su i neke privatne kompanije koje
su obavljala slična merenja i koja su takođe potvrdile
postojanje
velikih
praznina
u spektru.
•
Posebno je interesantan rezultat da iskorišćenost opsega 3-5 GHz
iznosi samo 0.3%–
0.5%.
•
Isti izvor pokazuje da je iskorišćenost TV kanala u proseku 12%,
ali i da veoma zavisi od geografske lokacije.
Motivacija•
Merenja su takođe potvrdila da su najaktivniji opsezi oni
dodeljeni ćelijskim sistemima (900MHz, 1800MHz, 2GHz); međutim iskorišćenost opsega na uplinku je ipak prilično niska, što ukazuje na postojanje praznih delova spektra čak i u ovim inače aktivnim opsezima.
Motivacija•
Najopsežnija
merenja
iskorišćenosti
spektra, a koja
mogu
da
posluže
kao
referentna
tačka
za
neke
druge
sredine, obavljena
su
u SAD u okviru
DARPA neXt
Generation (XG) projekta.
•
DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) je jedan
od
predvodnika
razvoja
kognitivnog
radija.
ČikagoNjujork
New Yorkprosečna iskorišćenost: 13.1%
Motivacija
•
Osnovni razlog koji je doveo do ovako neefikasne iskorišćenosti spektra jeste sam dosadašnji način dodeljivanja spektra (šema/politika
licenciranja).
•
Taj tradicionalni način dodeljivanja spektra zasniva se principu “upravljanja-i-kontrole”, gde se deo spektra dodeljuje određenom sistemu (licencira) i niko
drugi
(osim licenciranih korisnika) nema pravo korišćenja tog dela spektra, čak i onda kada je on slobodan (nekorišćen od strane licenciranih korisnika).
•
Posledice
ovakve statičke i nefleksibilne dodele spektra
trpe
i
postojeći
licencirani
radio
sistemi jer
su
prinuđeni da rade samo u delovima spektra koji su im dodeljeni, bez mogućnosti bilo kakvog prilagođavanja na promenljive uslove okruženja (npr. ako je dodeljeni deo spektra prezauzet, bežični sistem ne može koristiti neki drugi, u tom trenutku manje zauzeti opseg).
Motivacija
•
U tradicionalnoj dodeli, pravo korišćenja određenog dela spektra (licenca na određeni deo spektra) obično se definiše prema sledećim parametrima:–
frekvenciji i opsegu
–
geografskom području –
snazi predajnika
–
vlasniku spektra (licence)–
tipu korišćenja i
–
trajanju dozvole na pristup tom delu spektra.
•
Normalno, licenca
se dodeljuje
jednom
subjektu (vlasniku licence), koji ima obavezu da poštuje sve specifikacije u licenci (npr. maksimalne
snage predajnika, lokacije baznih
stanica, ...).
Motivacija
•
Tradicionalni način dodele prava na određeni deo spektra (licenca) ne poznaje mogućnost promene tipa korišćenja dodeljenog dela spektra niti mogućnosti prenosa licence na druge subjekte.
•
Ovi (praktično veštački) razlozi ograničavaju korišćenje spektra što rezultira neefikasnim korišćenjem istog.
•
Dakle, trenutna statička šema licenciranja dovela je do pojave praznih opsega u okviru dodeljenog dela spektra –
tzv. spektralnih šupljina –
spectrum holes.
Motivacija
•
Spektralna
šupljina
je frekvencijski
opseg
dodeljen
licenciranom korisniku
koji
ga
u datom
trenutku
i na
određenoj
geografskoj
lokaciji
ne koristi.
Motivacija•
Sva ograničenja koja donosi statička šema pristupa spektru mogu se sumirati na sledeći način:1.
Nemogućnost promene namene dodeljenog dela spektra: Npr. opsezi dodeljeni za televiziju (TV broadcast) ne mogu se koristiti za neke druge radio sisteme, dok sa druge strane mogu velikim delom i na velikom broju lokacija ostati neiskorišćeni (npr. zbog primene sistema kablovske televizije).
2.
Licenciranje za velike regione: Licenca se obično dodeljuje jednom korisniku ili jednom servis provajderu i to na na velikom području (najčešće na nivou celog grada ili države). Sa druge strane, servis provajderi (npr. mobilni operatori) ne koriste dodeljeni spektra
podjednako, već
uglavnom gledaju gustinu stanovništva (pretplatnika) na osnovu čega procenjuju ROI (return of investment) parametar. Dakle, koriste
spektar
više
u oblastima
sa
velikim
brojem
pretplatnika.Kao posledica
toga,
dodeljene
frekvencije
ostaju
neiskorišćene
u drugim
oblastima
a da niko drugi ne može da ih koristi.
Motivacija
3.
Dodeljivanje velikih delova spektra: Servis provajderi obično dobijaju licencu na veliki deo spektra (npr. 50MHz). Nije moguće dobiti licencu za manji deo spektra, u određenoj oblasti i za određeni vremenski interval koji bi npr. operatorima bilo vrlo zgodno za zadovoljavanje povremenih velikih saobraćajnih opterećenja (hotspot oblasti).
4.
Zabrana pristupa spektru nelicenciranih korisnika: Sadašnji način licenciranja dozvoljava da samo licencirani korisnici imaju pristup dodeljenom delu spektra, dok ga nelicencirani korisnici ne smeju
koristiti čak ni kada ga licencirani ne koriste.–
Npr. u slučaju ćelijskih sistema postoje zone u okviru ćelija u kojima praktično nema korisnika. Pristup spektru i u takvim situacijama od strane nelicenciranih korisnika ne bi bio moguć čak i kada ni na koji način ne bi smetali licenciranim korisnicima (npr. za bežične komunikacije kratkog dometa).
Motivacijaiskorišćenost spektrazauzetost spektra
Dosadašnja politika licenciranja spektra: velika zauzetostvelika zauzetost
–
mala iskorimala iskoriššććenostenost!
neophodan pametniji (kognitivniji) pristup spektru!neophodan pametniji (kognitivniji) pristup spektru!
f [GHz]
Mea
s. po
wer
[dB
]
Motivacija
Motivacija
•
U cilju
poboljšanja
efikasnosti
i korišćenja
raspoloživog spektra, pomenuta ograničenja
bi se mogla otkloniti izmenom
šeme
licenciranja
spektra, odnosno, izmenom dosadašnjeg načina dodeljivanja ali i korišćenja ovog prirodnog resursa.
•
Osnovna ideja je učiniti pristup spektru fleksibilnijim što bi praktično značilo da već
dodeljenim delovima spektra mogu pristupati i nelicencirani korisnici, naravno pod određenim ograničenjima.
•
Obzirom da su postojeći radio sistemi projektovani tako da imaju standardizovane sve parametre uključujući i radni frekvencijski opseg, oni ne bi mogli biti “igrači”
u fleksibilnom pristupu spektru.
•
Stoga je uveden koncept kognitivnog radijakognitivnog radija. U terminilogiji kognitivnog radija licencirani korisnici se zovu primarni korisnici
(PU –
primary users), dok se nelicencirani korisnici zovu sekundarni
(SU –
secondary users) ili kognitivni korisnici.
Ciljevi
••
Osnovni cilj kognitivnog radijaOsnovni cilj kognitivnog radija
je da omogući dinamički pristup spektru a time i prilagodljivost radio sistema i to na način da se ukupne performanse prenosa optimizuju uz istovremeno povećanje iskorišćenosti samog spektra.
•
U tom cilju, kognitivni radio (CR)
mora:1.
odrediti
koji
deo
spektra
je slobodan
2.
izabrati najbolji kanal za komunikaciju3.
koordinisati pristup tom kanalu sa drugim (kognitivnim) korisnicima
4.
preći na drugi kanal ukoliko se detektuje prisustvo licenciranog (primarnog) korisnika.
Zadaci
•
Pomenuta 4 zadatka u terminologiji kognitivnog radija zovu se (respektivno):1.1.
Spectrum SensingSpectrum Sensing
2.2.
Spectrum DecisionSpectrum Decision3.3.
Spectrum SharingSpectrum Sharing
4.4.
Spectrum MobilitySpectrum Mobility.
•
Sva četiri postupka predstavljaju sastavni deo procesa koji se zove upravljanje spektrom (Spectrum ManagementSpectrum Management).
Karakteristike kognitivnog radija
•
Postoji više definicija kognitivnog radija. U jednoj od definicija, kognitivni radiokognitivni radio
se definiše kao radio koji ima
mogućnost da, na osnovu interakcije sa okruženjem, menja parametre prenosa signala.
•
Iz ove definicije proizilaze i dve osnovne karakteristikedve osnovne karakteristike kognitivnog radija:
1.
kognitivnost
(samostalno donošenje odluka): kroz interakciju sa radio okruženjem u realnom vremenu, pronalaze se delovi spektra koji su u nekom trenutku i na nekoj lokaciji slobodni (spectrum holes). Bira se najbolji deo slobodnog spektra, privremeno se koristi, deli sa ostalim korisnicima (misli se na sekundarne korisnike) a da pritom ne predstavlja interferenciju primarnim korisnicima.
Karakteristike kognitivnog radija
2.
rekonfigurabilnost je sposobnost podešavanja radnih parametara za prenos podataka bez modifikacija postojećeg hardvera. Ova osobina omogućava prilagođavanje promenama i dinamici radio okruženja.
Postoji nekoliko rekonfigurabilnih parametara u okviru kognitivnog radija: a) Radna učestanost: CR ima mogućnost podešavanja radne učestanosti. Na osnovu informacija o radio okruženju, određuje se najpogodnija radna učestanost i sama komunikacija se dinamički uspostavlja na ovoj radnoj učestanosti.
Karakteristike kognitivnog radija
b) Modulacija: Na osnovu zahteva korisnika kao i uslova u kanalu, kognitivni radio bira odgovarajuću modulacionu tehniku.
* Primer-1: u slučaju servisa kod kojih je vremensko kašnjenje kritičan parametar, mnogo je bitniji protok nego verovatnoća greške na prijemu. Tada su izbor modulacione tehnike koje imaju visoku spektralnu efikasnost (npr. modulacije višeg reda).
c) Snaga predajnika: Kognitivni radio ima mogućnost podešavanja izlazne snage. Mehanizam kontrole snage omogućava dinamičko podešavanje snage predajnika u okvirima dozvoljenih vrednosti izlazne snage.
* Kognitivni radio uvek bira najmanju predajnu snagu za koju može ostvariti željeni prenos, kako bi omogućio što većem broju korisnika da koristi spektar kao i da smanji ukupnu interferenciju.
Karakteristike kognitivnog radija
d)
Tehnologija: Kognitivni radio ima mogućnost interoperabilnosti između različitih tehnologija.
* U zavisnosti od potreba korisnika i okruženja, CR bira optimalnu od raspoloživih tehnologija, kao i promenu iste ukoliko se uslovi u okruženju izmene (GSM, WLAN,... ).
Treba napomenuti da se svi pomenuti parametri (učestanost, modulacija, snaga predajnika i tehnologija) mogu podešavati i optimizovati ne samo na početku veze već
u toku same veze
(dinamičko podešavanje parametara).
CR i SDR
•
Da bi se obezbedila rekonfigurabilnost kognitivnog radija, ključna komponenta u implementaciji kognitivnog radija je Softverski Softverski Definisan RadioDefinisan Radio
(Software-Defined Radio), SDR.
•
Softverski definisan radio predstavlja rekonfigurabilni bežični komunikacioni sistem u kojem se trasmisioni parametri (radna učestanost, opseg, tip modulacije, protokoli, ...) mogu dinamički kontrolisati.
•
Funkcije SDR se mogu realizovati kao programi koji rade na nekoj vrsti univerzalnog hardvera.
•
Usled pomenutih osobina, SDR je ključna komponenta u implementaciji kognitivnog radija.
CR i SDR
•
Kognitivni radio se
često i definiše preko softverski definisanog radija (“Mitolin radio”, Joseph Mitola):–
“Kognitivni radioKognitivni radio
predstavlja nadgradnju
softverski
definisanog
radija
na
višim
slojevima
kako
bi se dobila sposobnost
učenja
i zaključivanja
(kognitivnost)”.
•
Ili, definicija data od strane Virginia Polytechnic Institute and State University (poznati u oblasti istraživanja kognitivnog radija):–
“Kognitivni radioKognitivni radio
je softverski definisan radio sa veštačkom
inteligencijom, sposoban da “oseti”
i odreaguje na okolinu”.
•
Najkraće rečeno, kognitivni radio je softverski definisan radio koji ima dodatnu funkciju –
kognitivnost.
CR i SDR
•
U tom smislu, kognitivni radio se posmatra deo
evolutivnog niza:
analogni
radio → digitalni
radio → SDR → kognitivni
radio
1.00E+03
1.00E+04
1.00E+05
1.00E+06
1.00E+07
1.00E+08
1.00E+09
1.00E+10
1980 1990 2000 2010
Kognitivni radio
Softverski definisan radio
Digitalni radio
Analogni radio
Povećanje prilagodljivosti
Tradicionalni radio, SDR i CR
SDR
•
Osnovne funkcije SDR su:multiband operation: SDR podržava prenos preko različitih frekvencijskih opsega koje koriste različite radio tehnologije (npr. opseg dodeljen ćelijskim sitemima, ISM opseg, TV opseg, ...)multistandard support: SDR podržava različite standarde (GSM, WCDMA, WiMAX, WiFi, ...). Takođe, SDR podržava i različite radio interfejse u okviru istog standarda (npr. IEEE 802.11a, 802.11b, 802.11g, 802.11n u okviru WiFi standarda, ...)multiservice support: SDR podržava različite tipove servisa (mobilna telefonija, bežični Internet, ...)multichannel support: SDR može da radi istovremeno na više frekvencijskih opsega.
SDR
•
Opšta struktura SDR primopredajnika:
•
Kao što se može videti, većina komponenata SDR (blok za obradu signala, A/D konvertori, obrada
u osnovnom
opsegu) su slične kao i kod tradicionalnih primopredajnika.
•
Ključna razlika je u tome što se svaka komponenta mosvaka komponenta možže kontrolisati e kontrolisati protokolima sa viprotokolima sa višših slojevaih slojeva, ili može biti rekonfigurisana kognitivnim radio modulom (SDR primopredajnik tada postaje CR primopredajnik!).
SDR -
Parametrizacija
standarda
-
•
Rekonfigurabilnost
SDR znači
da
je terminal sposoban
da procesira
signale
od
različitih
standarda
ili
čak
signale
koji
nisu
standardizovani
ali
koji
postoje
u specifičnoj
primeni.
•
Jedan
od
metoda
za
implementaciju
rekonfigurabilnosti
SDR je parametrizacijaparametrizacija standardastandarda.
•
Naime, određeni
komunikacioni
standard posmatra
se kao
set dokumenata
koji
detaljno
opisuju
sve
funkcije
radio sistema
na
takav
način
da
proizvođač
na
osnovu
njega
može
da
razvije odgovarajuću infrastrukturu i opremu.
•
Standardizacija
predstavlja
jedan
neophodni
uslov
kako
bi se napravio
uspešan
komunikacioni
sistem
na
tržištu, kao
što
je to
primer sa
GSM-om.
SDR -
Parametrizacija
standarda
-
•
Standardizacija
se odnosi
na
sve
vrste
komunikacionih
sistema, posebno
na
one personalne, lokalne, ćelijske
ili
na
globalne
bežične
mreže.
•
Naravno, standard mora
da
sadrži
i precizne
opise
svih
funkcija posmatranog
sistema. Specijalno
za
mobilne
sisteme
moraju
da
budu
određeni
i radio interfejs
i odgovarajući protokoli.
•
Parametrizacija
znači
da
se svaki
standard posmatra
kao
jedan član
familije
standarda.
•
Struktura obrade signala u okviru familije razvija se na takav način da se može izmeniti parametrima koji realizuju drugi standard.
Parametrizacija radio interfejsa nekih tehnologija
SDR -
opcije
rekonfigurabilnosti
-
•
Postoji nekoliko opcija podešavanja SDR parametara:1.
Parametri SDR primopredajnika (određeni standard) mogu se podesiti pre nego što se sistem isporuči kupcu. U ovom slučaju parametri se ne mogu izmeniti nakon što je sistem konfigurisan. Dinamičko podešavanje parametara nije podržano u ovom slučaju, ali ovakav SDR primopredajnik se može isporučiti velikom broju kupaca sa različitim zahtevima.
2.
Parametri SDR primopredajnika se mogu povremeno podešavati (npr. kada se promeni struktura radio mreže ili kada se npr. doda nova bazna stanica u slučaju ćelijskih sistema).
SDR -
opcije
rekonfigurabilnosti
-
3.
Parametri SDR primopredajnika se mogu menjati u toku same konekcije (trajanja servisa). Npr. kada korisnik želi bežično da pristupi Internetu, primopredajnik može birati preko kojeg tipa pristupnih radio tehnologija to da ostvari (GSM, WiFi, WiMAX), zatim u zavisnosti od performansi, cene, ...
4.
Parametri SDR primopredajnika se mogu dinamički menjati na nivou vremenskog slota (npr. snaga predajnika se može menjati u skladu sa promenama nivoa interferencije). Sekundarni korisnik (kognitivni terminal) može promeniti svoj radni frekvencijski opseg kada detektuje prisustvo primarnog korisnika (npr. GSM korisnika).
SDR
i CR -
razlike
-
•
Dakle, kognitivni radio predstavlja
poboljšanje
softverski
definisanog
radija.
•
Kao što je rečeno, SDR može
da
menja
režim
rada
(radnu
učestanost, talasne
oblike, snagu predajnika, opseg, ...) ali
da
bi to bilo
moguće SDR mora da dobije komandu
da to učini kao i koji su novi parametri na koje treba da se rekonfiguriše.
•
Razlika između kognitivnog radija i SDR je samo u tome što kognitivni radio ima sposobnost da sam donosi takve odluke
(kada i na koji način da se rekonfiguriše)!
•
Te odluke donosi na osnovu analize svog elektromagnetnog okruženja i svojih kognitivnih osobina (zaključivanje, učenje, ...) –
Analogija: •
SDR terminali
su
kao
klasični
automobili, kojima
je potreban
vozač
koji
će
njima
upravljati, koji
će
odlučiti
kad
treba
da
stanu, povećaju
brzinu,
da
promene
traku...•
Kognitivni
radio, sa
druge
strane, je sličan autu
koji
sam
donosi
odluke
za
sebe
(nije potreban vozač
☺).
SDR
i CR
•
Dakle, zaključuje se da kognitivni radio predstavlja upgrade (poboljšanje) SDR-a tako što mu dodaje ‘inteligenciju’
(upravljački deo, kognitivnost).
•
Deo zadužen za ‘inteligenciju’
u literaturi je poznat kao cognitive engine, pa se često arhitektura kognitivnog radija predstavlja na sledeći način:
SDR
i CR
•
Kao što se sa prethodne slike vidi, da bi
cognitive engine
mogao da upravlja SDR-om (tj. da bi mogla da se realizuje inteligencija -
kognitivnost), neophodna su mu tri bloka:
1.Knowledge base (baza znanja)2.Reasoning engine (deo za rezonovanje, razmišljanje,...)3.Learning engine (deo za učenje),
dok se komunikacija između SDR i Cognitive engine obavlja preko tzv. API (Application Programming Interface) interfejsa.
•
Scenario je da kognitivni deo (cognitive engine) u bilo kom trenutku generiše zaključke na osnovu informacija definisanih u bazi znanja.
•
Ovi zaključci su rezultat ekstrapolacije informacija zasnovanih na razmišljanju i učenju (funkcijama blokova Reasoning i Learning engine).
SDR
i CR
•
Reasoning engine
se odnosi na veštačku inteligenciju (granu računarske tehnike koja se bavi razvojem inteligentnog hardvera i softvera) gde je poznat pod nazivom ekspertski sistem (inteligentni računarski sistem koji ima sposobnost donošenja odluka na nivou čoveka eksperta iz neke oblasti (decision-making ability of a human expert).
•
Ekspertski sistemi se realizuju u cilju rešavanja složenih problema, ali ne na način kao kod konvencionalnog programiranja (prateći proceduru programera), već
unoseći i nivo inteligencije (rezonovanja) u donošenju odluka.
•
Reasoning engine
funkcioniše tako što u svakom trenutku posmatra trenutno stanje kao i skup svih akcija koje su na raspolaganju u
tom stanju. Na osnovu toga se zatim procenjuju sva izlazna stanja kako bi se našlo optimalno (pri čemu se pod optimalnim podrazumeva ono stanje koje optimizuje tzv. funkciju cilja –
objective function).
SDR
i CR•
Sa druge strane,
Learning engine
je odgovoran za upravljanje bazom znanja na osnovu iskustava. Kada je npr. neke lekcije ‘naučene’, learning engine ih smešta u bazu znanja, kao buduće reference (uputstva) za reasoning engine.
•
Naime, u kompleksnom okruženju u kakvom je kognitivni radio, postoji veliki broj ulaza i izlaza, i reasoning engine
bi trebao razmotriti bezbroj akcija kako bi se razmotrila sva moguća izlazna radio stanja
(da
bi izabrao
optimalno). Iz ovog sledi neophodnost postojanja learning engine
dela koji ove akcije autogeneriše na osnovu prethodnih iskustava.
•
Do danas je razvijen veliki broj
learning algoritama za kognitivni radio:–
HMM
-
hidden Markov model (skriveni Markovljev model), –
neuralne mreže, –
genetički algoritmi
-
heuristički algoritmi (algoritmi razvijeni za brže rešavanje problema od klasičnih algoritama ili za nalaženje aproksimativnog rešenje kada ostali algoritmi ne mogu dati nikakvo) koji oponašaju proces prirodne selekcije; pripadaju grupi evolutivnih algoritama
koji se bave problemima optimizacije (iznalaženje optimalnih rešenja za određene probleme), koristeći tehnike prirodne evolucije: mutacije, selekcija, naslednost, crossover,...
SDR
i CR
•
Kao i u slučaju reasoning dela, skoro svaka tehnika učenja tj. learning
algoritama zasniva se na primeni funkcije cilja (objective function) kako bi se odredile optimalne vrednosti ‘naučenih’
podataka.
•
U kognitivnom radiju, ove funkcije cilja odražavaju krajnji cilj aplikacije, a to je npr. maksimizacija kapaciteta kanala
(koji
bi koristio
kognitivni
radio).
•
Cilj dela learning engine
je da odredi koji ulazni parametri (ulazno stanje) optimizuje funkciju cilja.
•
Za razliku od funkcije cilja kod reasoning dela, u slučaju learning dela ne postoji jednostavna matematička veza između ulaznih parametara u sistem i funkcije cilja.
CR u užem smislu
•
Dakle, CR u osnovi
predstavlja
SDR sa
veštačkom inteligencijom, sposoban
da analizira okolinu
i odreaguje
na
promene u
okolini.
•
Ipak, treba naglasiti da neki autori smatraju da koncept kognitivnog radija ne treba uvek vezivati za SDR, tj. da SDR platforma
ne mora
da
bude
temelj
realizacije
kognitivnog
radija.
•
U cilju rešavanja ovih nedoumica, najbolje prihvaćena definicija kognitivnog radija je ona koju je dao FCC: “kognitivnikognitivni
radioradio
je bežični
uređaj, ili
mreža, koja
dinamički
detektuje
neiskorišćene
delove
radio spektra
i koristi
ih
tako da
ne narušava
rad
licenciranih
korisnika”.
CR u užem smislu
•
Pogodnu
definiciju
kognitivnog
radija
dao
je Haykin: “KognitivniKognitivni
radioradio
je inteligentni
bežični
komunikacioni
sistem
koji
je “svestan”
svog
okruženja
(spoljašnjeg
sveta), koristi
metodologiju
understanding-by-building za
učenje
na
osnovu
svog
okruženja
i u realnom
vremenu
se prilagođava slučajnim
varijacijama
u okruženju, nastojeći
da
ispuni
dva
primarna
cilja:
1.
visok
nivo
pouzdanosti
komunikacije
u bilo
kom
trenutku i pod bilo
kojim
uslovima;
2.
efikasno korišćenje radio spektra”.
CR u širem smislu•
U širem
smislu
kognitivni radiokognitivni radio
se definiše kao radio
koji
se prilagođava
ne samo
uslovima
okruženja
već
i svom
korisniku.
•
Ovakva
kognitivnost, podrazumeva
gradaciju
čak
devet
modela
ponašanja
–
od
potpuno
isprogramiranog
do samostalnog
pronalaženja
i predlaganja
novih
planova
i protokola
komunikacije.
•
Modeli
obuhvataju
razne
stepene
spoznaje
geografske
lokacije, radio spektra, akumuliranje
prethodnih
iskustava
i prilagođavanje
situaciji
razumevanjem
i učenjem.
•
Pri
tome, moguć
je i scenario rada
u kome
se na
osnovu
biometrijskih
podataka
prepoznaje
korisnik
i na
osnovu
toga mu se dozvoljava
određeni
nivo
pristupa.
•
Drugim
rečima, kognitivni
radio prepoznaje
i klasifikuje
korisnike
na
osnovu
njihovih
navika.
Kognitivni radio -
idealan i realan -
•
Imajući
sve
ovo
na
umu
jasno
je da
i dalje
postoji
dualnost
pojma:–
s jedne
strane
je „FCC kognitivni
radio“
koji
odgovara
definiciji kognitivnog radija kao sistema koji efikasno koristi spektar a ne smeta licenciranim korisnicima
i koji
je u mnogim
primenama
realnost,
–
a sa
druge
strane
„idealni
kognitivni
radio“
(tzv. „Mitola-radio“) koji
je znatno
šira
vizija
inteligentnog
radio sistema
(veštačka inteligencija). U ovom slučaju kognitivni terminali su neka vrsta personalnih asistenata koji upoznaju svog korisnika, uče njegovo ponašanje i navike, i na osnovu toga samostalno obavljaju razne funkcije (dakle i u slučaju kada od svog korisnika ne dobiju komandu da to za njega učine).
•
Logično je pretpostaviti da se idealan kognitivni radio koncept može
očekivati
tek
u nešto
daljoj
budućnosti.
Komponente kognitivnog radija
•
Osnovne funkcije kognitivnog radija usmerene su u cilju prilagođavanja parametara prenosa promenama okruženja.
•
Na slici su predstavljene komponente kognitivnog
primopredajnika koje
implementiraju
ove
funkcije:
Komponente kognitivnog radija
•
Predajnik/prijemnik: osnovna komponenta kognitivnog primopredajnika je SDR. Radio
prijemnik
se takođe koristi za
nadgledanje
aktivnosti
u spektru
odnosno
za
osluškivanje
spektra (spectrum sensing). Parametri
primopredajnika
u mogu
se
dinamički
menjati
što diktiraju
viši
protokolski
slojevi.
•
Analizator spektra: analizator spektra vrši merenja
signala
u cilju analize iskorišćenosti spektra (detektuje
tip signala
koji
potiče od
primarnog
korisnika
i traži
spektralne
šupljine
kojima
bi mogli
da pristupe
sekundarnu
korisnici). Spektralni
analizator
takođe mora
da
obezbedi
da
se prenos
podataka
primarnih
korisnika
ne ometa u slučaju
da
se sekundarni
korisnici
odluče
da
pristupe
spektru.
Komponente kognitivnog radija
•
Učenje
i ekstrakcija
znanja
(cognitive engine):
Ovaj
blok
koristi
informaciju
o iskorišćenosti
spektra
kako
bi analizirao
radio okruženje, odnosno
ponašanje
primarnih
korisnika. Na osnovu toga,
formira se baza znanja (koja se održava i po potrebi modifikuje
(update-uje)), što
se zatim
koristi
za
optimizaciju
i adaptaciju
transmisionih
parametara. Za realizaciju ovih zadataka koriste se algoritmi
elektronskog učenja.
•
Donošenje odluka:
Nakon saznanja o iskorišćenosti spektra i ponašanja primarnih korisnika, donosi se odluka o pristupu spektru. Optimalna odluka zavisi od
toga da li se donosi u kooperativnom okruženju (sekundarni korisnici međusobno sarađuju u cilju pristupa spektru) ili takmičarskom (sekundarni korisnici se “nadmeću”
za spektar):
•
ako se sistem može modelovati kao jedna celina sa jednim ciljem koriste se teorija optimizacije;
•
nasuprot tome, ako se sistem modeluje kao skup entiteta različitih ciljeva, primenjuje se teorija igara (game theory).
Kognitivni ciklus
•
Kognitivne
sposobnosti
podrazumevaju
postojanje
znanja
o uslovima
u okruženju, “inteligentno”
odlučivanje, učenje, prilagodljivost, pouzdanost,
efikasan
rad, ...
•
Radnje koje kognitivni radio može preduzeti pri svakoj novoj pobudi predstavljaju se preko tzv. kognitivnog ciklusa.
Kognitivni ciklus
•
Razmotrićemo dva popularna prikaza kognitivnog ciklusa:1.
prikaz kognitivnog ciklusa po Mitoli
(6 ključnih stanja, 2000. god.)2.
prikaz kognitivnog ciklusa po Haykinu
(3 ključna stanja, 2005. god.)
•
Kognitivni
ciklus
po
Mitoli
je u skladu
sa
njegovom
definicijom
kognitivnog
radija
(idealan kognitivni radio), dakle, ne odnosi se posebno na RF/radio svet, već
više na sisteme veštačke inteligencije generalno.
•
Za razliku od toga, kognitivni ciklus po Haykinu je mnogo praktičniji i kompletno okrenut ka radio svetu, što je i u skladu sa njegovom vizijom kognitivnog radija kao inteligentnog radio sistema koji ostvaruje pouzdanu komunikaciju uz efikasno korišćenje spektra.
Kognitivni ciklus -
Mitola
Slanje porukeAkcijaAkcija
PlaniranjePlaniranje
OpažanjeOpažanje
Odluka
Alokacija
resursa
Odluka
Alokacija
resursa
OrijentacijaUspostavljanje prioriteta
OrijentacijaUspostavljanje prioriteta
Normalan
Prethodno stanje
OKRUŽENJE
HitanZaključ
ivanje o kontek
stu
Predobrad
a
Raščlan
ivanje
Neodložan Vremenska odrednica
Novo stanje
Pamćenje konteksta
Prijem poruke
UčenjeUčenje
Kognitivni ciklus -
Mitola
•
U fazi
OpaOpažžanjaanja, kognitivni
radio „posmatra”
događaje
iz okruženja
u kome
je potrebno
uspostaviti
vezu.
–
U toku ove faze, vrši se prikupljanje podataka iz okruženja, njihovo kombinovanje, kao i kombinovanje sa prethodnim iskustvima.
•
U fazi OrijentacijaOrijentacija
kognitivni radio
pokušava da “razume” situaciju i okruženje u kojem je potrebno uspostaviti vezu.
–
U toku ove faze, kognitivni radio pokušava da “prepozna” rezultate faze opažanja, odnosno, da utvrdi poklapanje nekog
prethodnog iskustva sa trenutnom situacijom (jedan od kriterijuma je npr. brojanje odlika koje se ne podudaraju, ...).
Kognitivni ciklus -
Mitola
•
U toku faze Orijentacija procenjuje
se
i
hitnost
korisničke poruke
(uspostavljanje
prioriteta) i shodno
tome postavlja
režim
rada:–
Pri
„normalnom”
radnom
režimu
vrši se planiranje.
–
„Neodložan”
prioritet
imaju npr. slučajevi kada
je
došlo
do iznenadnog
gubitka
napajanja
i tada
ciklus
sa
„orijentacije”
odmah
prelazi
na
„akciju”.
–
Treći slučaj prioriteta nastaje npr.
ukoliko
je iz
nekog
razloga iznenada
prekinut
do tada
korišćeni
radio link (primera
radi,
posledica
ulaska
u zatvoreni
prostor) radio će „hitno” preći na neki
drugi
(skuplji
i otporniji) link preskačući
planiranje.
Kognitivni ciklus -
Mitola•
Iako postoje tri režima rada, većina poruka se tretira “sa namerom”
(normalan režim), nego reaktivno (režimi: neodložan i
hitan). –
Ulazna poruka će normalno biti tretirana generisanjem plana (faza PlaniranjePlaniranje). Ova faza obuhvata planiranje resursa i obično sadrži i vremensku odrednicu (sadrži informaciju o hitnosti poruke za one slučajeve za koje kognitivni radio nije unapred naučen, kao je slučaj kod reaktivnih).
•
U fazi OdlukaOdluka bira se između više kandidata "planova delovanja“, dok se u fazi AkcijaAkcija
inicira izabrani proces.
•
Ciklus
predviđa i UUččenjeenje
na
osnovu
sopstvenih
iskustava
ili
saznanja
dobijenih
iz
mreže
pri
opažanju okruženja, planiranju
i odlučivanju.–
Ova funkcija predstavlja veliki napredak CR sistema u odnosu na obične radio sisteme, jer oslobađa delovanje CR od ljudskog faktora i CR sisteme čini potpuno autonomnim.
Tradicionalni kognitivni ciklus -
Haykin
Radio okruženjeSpoljni svet
Radio okruženjeSpoljni svet
Analiza radio spektra
Analiza radio spektra
Estimacija stanja kanala i kapaciteta
Estimacija stanja kanala i kapaciteta
Kontrola snage predajnika i upravljenje spektrom
RF pobuda
Spektralne šupljineStatistike šuma
Statistike saobraćaja
Nivo interferencije
Akcija:Emitovanje
signala
Kvantiziran kapacitet signala
Haykin
posmatra
ciklus
kao neprekidni proces sa 3 ključna elementa a ne kao
korake
koje
zahteva
svaka
nova pobuda
iz
spoljnjeg
sveta
(Mitola)
Cognitive radio
Tradicionalni kognitivni ciklus -
Haykin
•
Ključni elementi Haykinovog ciklusa su:1.
Analiza radio spektra, odnosno pronalaženje spektralnih šupljina;
2.
Određivanje stanja kanala i procena kapaciteta;
3.
Kontrola snage predajnika i dinamičko dodeljivanje spektra.
•
Ovaj
model ukazuje
na
to da
pri
radu
mora
postojati
povratna informacija
između
prijemnika
i predajnika:
–
zadatak
prijemnika
je da
pronađe
spektralne
šupljine
u opsegu
od
interesa, odredi
nivo
interferencije
u tom opsegu
i te
informacije
prosledi
predajniku;
–
predajnik
na
osnovu
toga emituje
signal na
određenoj
frekvenciji
uz
dinamičku
kontrolu
snage.
Novi Kognitivni ciklus –
Haykin
•
Novije studije predlažu izdvajanje dela vezanog za analizu spektra (spectrum sensing) iz kognitivnih terminala i smeštanje u zasebne uređaje (sensing devices)
koji bi onda vršili analizu spektra i
gotove rezultate slali kognitivnim terminalima.
•
Na osnovu izveštaja od sensing uređaja, kognitivni terminal bi znao koji deo spektra je slobodan za korišćenje.
•
Razloga za ovakvu ideju ima više, a neki od njih su da sam postupak analize spektra dosta usložnjava sam kognitivni terminal, troši dosta vremena i resursa obzirom na kompleksnost postupka analize spektra. Naravno, bitan je i ekonomski aspekt pošto integrisana verzija znatno povećava cenu samog kognitivnog terminala.
Novi Kognitivni ciklus –
Haykin
•
Izmeštanjem postupka analize spektra iz kognitivnog terminala troškovi se velikim delom prebacuju sa korisnika na operatora, obzirom da
bi implementacija mreže nezavisnih sensing uređaja bila sada obaveza operatora.
•
Mreža sensing uređaja imala bi zadatak da izvrši spectrum sensing i gotove rezultate prosledi kognitivnim terminalima, koji bi standardno nastavili sa svojim uobičajnim zadacima (podešavanje parametara emisije: snage predaje, modulacije, kodovanja,..., kao i ostalih
koraka u postupku upravljanja spektrom: spectrum sharing, ... ).
•
Dakle, mreža sensing uređaja vršila bi na ovaj način kontrolu pristupa (admission control) kognitivnih terminala spektru.
•
Za ove potrebe predlažu se različite konfiguracije bežičnih senzorskih mreža.
Novi Kognitivni ciklus –
Haykin
Radio okruženjeSpoljni svet
Radio okruženjeSpoljni svet
Analiza radio spektra
Analiza radio spektra
Estimacija stanja kanala i kapaciteta
Estimacija stanja kanala i kapaciteta
Kontrola snage predajnika i upravljenje spektrom
RF pobuda
Spektralne šupljineStatistike šuma
Statistike saobraćaja
Nivo interferencije
Akcija:Emitovanje
signala
Kvantiziran kapacitet signala
Kognitivni radio
Uređaj za analizu radio spektra
(sensing device)
Arhitektura protokola u CR
•
Na fizičkom sloju, RF front-end je implementiran preko SDR.
•
Adaptivni protokoli na MAC, mrežnom, i transportnom sloju
moraju
biti
“svesni”
promena
u okruženju. Takođe, adaptivni
protokoli
moraju
uzeti
u obzir
i saobraćajnu
aktivnost
primarnih
korisnika, transmisione
zahteve
sekundarnih
korisnika,
varijacije
uslova u kanalu, ...
•
Za povezivanje svih modula koristi se kognitivni radio koji uspostavlja
interfejse
između
SDR primopredajnika, adaptivnih
protokola, bežičnih
aplikacija
i servisa.
•
Ovaj kognitivni modul koristi napredne algoritme obrade merenih signala sa fizičkog sloja i prima informacije o parametrima prenosa sa sloja aplikacije kako bi kontrolisao parametre protokola u različitim slojevima.
Arhitektura protokola u CR
Location awareness u CR
•
Na kraju treba naglasiti da, u cilju optimizacije radio linka uslovima u okruženju, kognitivni radio osim informacije o spektru (spectrum awareness) mora imati informacije i o lokaciji (location awareness) kao i informacije o karakteristikama samog okruženja u kojem se komunikacija obavlja (environmental awareness).
•
Informacija o lokaciji neophodna je iz više razloga. Neki od njih su:–
prepoznavanje tipa okruženja na osnovu informacije o lokaciji (time i prilagođavanje različitim uslovima u ruralnom i urbanom okruženju, npr.)
–
efikasnije korišćenje radio kanala između kognitivnih korisnika ako su poznate i njihove lokacije
–
izbegavanje interferencije prema primarnim korisnicima ukoliko se zna gde se oni nalaze, ...
–
bezbednost
kognitivnog
radija.
Envoronmental awareness u CR
•
Informacija o okruženju je vrlo bitna za ispravno funkcionisanje kognitivnog radija, obzirom da je okruženje u kojem se obavlja komunikacija nosi dosta informacija o samom radio kanalu.
•
U ovu vrstu informacija spadaju topografske informacije, propagacione karakteristike radio kanala, meteorološke informacije, ...
•
Dakle, kognitivni radio mora imati mogućnost prikupljanja informacija iz okruženja radio formiranja kompletne radio-mape u određenom trenutku i na određenom mestu.
•
Enviromental awareness ima posebnu ulogu u formiranju baza podataka o karakteristikama okruženja koje se kasnije koriste u procesu učenja i ekstrakcije znanja kognitivnog radija (slika sa slajda 38, blok Learning/Knowledge extractionLearning/Knowledge extraction).
Model kognitivnog radio sistema
•
U skladu sa svim potrebnim informacijama za ispravno funkcionisanje kognitivnog radija (spectrum awareness, location awareness i environmental awareness), jedan od modela kognitivnog radio sistema prikazan je na slici:
Kognitivni radio u mrežnom okruženju
Radio mreže u CR -
osnovni pojmovi -
•
Kada pričamo o koegzistenciji kognitivnih korisnika i primarnih korisnika ili kognitivnih korisnika međusobno, pričamo ustvari o kognitivnom radiju u mrežnom okruženju. Razlikujemo dva tipa mreža:1.
Primarna mreža i2.
Sekundarna mreža.
Primarna mrePrimarna mrežžaa•
Pod pojmom
primarne mreže
podrazumevaju se postojeće radio mreže koje imaju ekskluzivno pravo na korišćenje određenog (dodeljenog) dela spektra (imaju licencu za određeni deo spektra). Stoga je alternativni naziv ovih mreža i licencirane mreže.
* Primeri ovakvih mreža su ćelijske mreže, TV mreže, ...
Radio mreže u CR -
Primarna mreža -
•
Komponente primarne mreže su:1.
Primarni korisnik
(licenciran korisnik): korisnik koji ima
licencu da koristi dodeljeni deo spektra.
•
Pristup primarnog korisnika mreži kao i svi servisi koje koristi u potpunosti kontroliše primarna bazna stanica, i taj pristup ni na koji način ne sme biti ometan postojanjem nelicenciranih korisnika.
•
Terminali primarnih korisnika ne zahtevaju nikakve modifikacije niti dodatne funkcionalnosti da bi normalno funkcionisali u okruženju u kojem postoje i sekundarni korisnici –
preciznije, primarni korisnici ni na koji način ne treba da primete postojanje sekundarnih korisnika!
Radio mreže u CR -
Primarna mreža -
2.
Primarna bazna stanica
(licencirana bazna stanica): fiksna komponenta mrežne infrastrukture koja ima licencu na radni opseg u određenom delu spektra, baš
kao i BS u ćelijskim
sistemima (GSM).
•
Primarna BS nema nikakve kognitivne sposobnosti u smislu deljenja spektra (spectrum sharing) sa nelicenciranim korisnicima.
•
Ipak, primarna BS može podržavati neke dodatne protokole koji bi omogućoli kognitivnim korisnicima pristup primarnoj mreži (primary network access).
Radio mreže u CR -
Sekundarna mreža -
Sekundarna mreSekundarna mrežžaa•
Pod pojmom
sekundarne mreže
podrazumevaju se mreže
koje nemaju licencu za korišćenje željenog dela spektra. Stoga je alternativni naziv ovih mreža i nelicencirane mreže, kognitivne mreže (CR network), DSA (Dynamic Spectrum Access) mreže.
•
Postoje dva tipa sekundarnih mreža:1.
sekundarne mreže sa infrastrukturom
(postoje
sekundarne
bazne
stanice)
2.
sekundarne mreže bez infrastrukture (ad hoc mreže)
Radio mreže u CR -
Sekundarna mreža -
•
Komponente sekundarne mreže su:1.
Sekundarni korisnik
(nelicenciran korisnik, kognitivni
korisnik, CR user): korisnik koji nema licencu da koristi željeni deo spektra.•
Terminali sekundarnih korisnika zahtevaju dodatne funkcionalnosti kako bi koristili željeni, licencirani, deo spektra.
2.
Sekundarna bazna stanica (nelicencirana BS, CR base station): fiksna komponenta mrežne infrastrukture (u slučaju kada je reč
o tipu 1 sekundarne mreže) koja nema licencu na
radni opseg u željenom delu spektra.•
Ova bazna stanica ima kognitivne mogućnosti i ostvaruje vezu (single-hop veza) sa kognitivnim korisnicima. Preko ove veze kognitivni korisnici mogu pristupati i drugim mrežama.
Radio mreže u CR -
Sekundarna mreža -
3.
Spectrum broker: centralni deo sekundarne mreže čija je uloga deljenje spektra između različitih sekundarnih mreža.•
Ova komponenta je povezana sa različitim sekundarnim mrežama i omogućava koegzistenciju različitih sekundarnih mreža.
•
Preciznije, uloga spectrum brokera je optimalno raspoređivanje resursa (spektra) između različitih sekundarnih mreža.
Na sledećoj slici dat je primer arhitekture koja se sastoji od različitihtipova mreža:1.
primarna mreža2.
sekundarna mreža (kognitivna mreža):•
sa infrastrukturom•
bez infrastrukure (ad-hoc sekundarna mreža).
Radio mreže u CR -
Sekundarna mreža -
•
Na slici
se takođe vidi da kognitivna radio mreža radi u spektralnom okruženju u kojem postoje i licencirani i nelicencirani opsezi.
•
Takođe, kognitivni korisnici mogu međusobno direktno komucirati (multi-
hop način), ili preko bazne stanice.
•
Dakle, postoje tri načina na koji kognitivni korisnici mogu pristupiti mreži:–
pristup kognitivnoj mreži
(CR network access)•
kognitivni korisnici pristupaju svojoj baznoj stanici (CR bazna stanica) i u licenciranom i u nelicenciranom opsegu
–
ad-hoc pristup
(CR ad-hoc access)•
kognitivni korisnici komuniciraju sa drugim kognitivnim korisnicima preko ad-hoc veze i u licenciranom i u nelicenciranom opsegu.
–
pristup primarnoj mreži
(primary network access)•
kognitivni korisnici pristupaju primarnoj mreži u licenciranom opsegu
Radio mreže u CR -
Sekundarna mreža -
•
Da bi radila u heterogenom okruženju (što se i sa prethodne slike vidi) kognitivna mreža mora imati i dodatne funkcionalnosti.
•
Kao što je rečeno, kognitivna mreža radi i u licenciranom i u nelicenciranom opsegu, tako da i zahtevane nove funkcije kognitivnih mreža zavise od toga da li je opseg licenciran ili nije.
•
U skladu sa tim, za razmatranje dodatnih funkcija kognitivnih mreža imamo sledeća dva scenarija:–
kognitivna mreža u licenciranom opsegu
–
kognitivna mreža u nelicenciranom opsegu.
Sekundarne (kognitivne) radio mreže -
licenciran opseg -
Sekundarna mreSekundarna mrežža u licenciranom opsegua u licenciranom opsegu•
Kao što je na početku rečeno, u licenciranom delu spektra mogu se javiti frekvencijski
opsezi
dodeljeni
licenciranim
korisnicima
koji
ih
u datom
trenutku
i na
određenoj geografskoj
lokaciji
ne koriste –
spektralne šupljine.
•
Dakle, prvi pomenuti scenario odnosi se na slučaj kada kognitivna mreža ima za cilj korišćenje ovih spektralnih šupljina u licenciranom delu spektra.
•
U tom slučaju, na istoj lokaciji, i u istom frekvencijskom opsegu postoje i primarna i sekundarna (kognitivna) mreža (sledeća slika).
Sekundarne (kognitivne) radio mreže -
licenciran opseg -
Primarna bazna stanica
Sekundarna bazna stanicaPrimarna mreža
Primarni korisnik
Kognitivni korisnik
Kognitivni korisnikKognitivna mreža
Dinamički pristup spektru
Sekundarne (kognitivne) radio mreže -
licenciran opseg -
•
Postoji nekoliko osnovnih zadataka koje kognitivna mreža mora da ispuni u licenciranom opsegu (dakle, u prisustvu primarne mreže).
•
Iako je osnovna namena kognitivne mreže da odredi koji deo raspoloživog spektra je najbolji za realizaciju svojih servisa, glavni zadatak u ovakvom scenariju je detekcija prisustva primarnih korisnika.–
Kapacitet kanala spektralne šupljine zavisi od interferencije prema primarnim korisnicima u blizini.
•
Dakle, glavni zadatak za kognitivnu mrežu je izbegavanje interferencije sa primarnim korisnicima.
•
Dodatno, ukoliko se u opsegu koji privremeno koristi kognitivni korisnik pojavi primarni korisnik, kognitivni korisnik mora odmah napustiti taj deo spektra i prebaciti se na neki drugi dostupni deo spektra (spectrum handoff).
Sekundarne (kognitivne) radio mreže -
nelicenciran opseg -
Sekundarna mreSekundarna mrežža u nelicenciranom opsegua u nelicenciranom opsegu•
Politika otvorenog spektra (open spectrum) koja je počela u ISM opsegu rezultirala je velikim brojem novih i različitih tehnologija.
•
Ipak, usled interferencije između različitih sistema, spektralna efikasnost u ISM opsegu opada.
•
Konačno, kapacitet otvorenog spektra kao i kvalitet servisa koji oni omogućavaju zavisi od stepena na koji radio sistemi mogu efikasno koristiti željeni deo spektra.
•
Kognitivne mreže se mogu realizovati na taj način da povećavaju iskorišćenost dela spektra u nelicenciranom opsegu.
Sekundarne (kognitivne) radio mreže -
nelicenciran opseg -
Kognitivna mreža(Operator 1)
Kognitivna mreža(Operator 2)
Kognitivni korisnik(Operator 1)
Kognitivni korisnik(Operator 2)
Spectrum Broker
Sekundarne (kognitivne) radio mreže -
nelicenciran opseg -
•
U ovakvom scenariju, ne postoje licencirani korisnici (primarni korisnici), tako da svi korisnici u mreži imaju ista prava na korišćenje spektra.
•
Dakle, u ovakvom scenariju, kognitivni korisnici se fokusiraju na detekciju ostalih kognitivnih korisnika (pošto primarni ne postoje).
•
Iz istog razloga, ovde ne postoji spectrum handoff koji bi izazvalo prisustvo primarnih korisnika.
•
Ipak, obzirom da svi kognitivni korisnici imaju ista prava na pristup spektru, jedno od rešenja je da se oni nadmeću za određeni deo spektra (takmičarski scenario!).
Sekundarne (kognitivne) radio mreže -
nelicenciran opseg -
•
Sa druge strane, u ovakvom scenariju može postojati i više kognitivnih mreža koje rade u istoj oblasti i koriste isti deo spektra.
•
Obzirom da različite kognitivne mreže postoje u istom nelicenciranom delu spektra, zahteva se ravnopravna raspodela resursa (spektra) između njih.
•
U tom slučaju, primenjuju se inteligentni algoritmi deljenja spektra (spectrum sharing) koji imaju za cilj poboljšanje efikasnosti korišćenja spektra i povećanje QoS.
Sekundarne (kognitivne) radio mreže -
potpomognute senzorskom mrežom -
•
Kao što je rečeno, novija rešenja idu u smeru izmeštanja funkcije analize spektra iz kognitivne mreže u posebnu bežičnu senzorsku mrežu koja bi obavljala ovaj proces i gotove rezultate sensinga slala kognitivnoj mreži.
•
Na slici je prikazana i arhitektura takve kognitivne mreže potpomognute bežičnom senzorskom mrežom koja obavlja funkciju spectrum sensinga.
EU projekat, SENDORA (EU projekat, SENDORA (SEnsorSEnsor Network for Dynamic and Network for Dynamic and cOgnitivecOgnitive Radio AccessRadio Access))
Hvala na pažnji!
