Когнитивная сеть - Википедия - Cognitive network

Не путать с Cognition Network Technology.

В сети связи, когнитивная сеть (CN) - это новый тип данные сеть, которая использует передовые технологии из нескольких областей исследований (т. е. машинное обучение, представление знаний, компьютерная сеть, управление сетью ) для решения некоторых проблем, с которыми сталкиваются существующие сети. Когнитивная сеть отличается от когнитивное радио (CR), поскольку он покрывает все слои Модель OSI (не только слои 1 и 2, как в случае CR [1]).

История

Первое определение когнитивной сети было дано Тео Кантором в его докторском исследовании в KTH, Королевском технологическом институте, Стокгольм, включая презентацию в июне 1998 года когнитивной сети как сети с памятью. Тео был учеником Чипа Магуайра, который также консультировал Джо Митола, создателя когнитивного радио. Митола сосредоточился на познании в узлах, в то время как Кантор сосредоточился на познании в сети. Митолы Лиценциат диссертация, опубликованная в августе 1999 г., включает следующую цитату: «Со временем сеть, наделенная [языком представления радиознаний] RKRL, может научиться различать особенности естественной среды, которые не соответствуют моделям. Она может объявлять ошибки когнитивная сеть ". Это самая ранняя публикация концепции когнитивной сети, так как Кантор опубликовал чуть позже.

Задача IBM по автономным сетям в 2001 году спровоцировала введение в сети цикла познания. Когнитивное радио, когнитивные сети Кантора и автономные сети IBM послужили основой для параллельной эволюции когнитивных беспроводные сети и другие когнитивные сети. В 2004 году Петри Махонен, в настоящее время работающий в RWTH, Аахен, и член докторской комиссии Митолы организовал первый международный семинар по когнитивным беспроводным сетям в Дагштуле, Германия. Кроме того, в программах ЕС E2R и E3 была разработана теория когнитивных сетей под рубрикой самоорганизации * - самоорганизующиеся сети, самоосознающие сети и т. Д. Одна из попыток определить понятие когнитивная сеть был сделан в 2005 году Томасом и другие. [2] и основан на более старой идее плоскости знаний, описанной Кларком. и другие. в 2003 г.[3] Б.С. Manoj et al. предложила систему Cognitive Complete Knowledge Network в 2008 году.[4] С тех пор появилось несколько исследовательских работ в этой области. Опрос[5] и отредактированная книга[6] раскрыть некоторые из этих усилий.

Уровень знаний - это «всепроникающая система в сети, которая строит и поддерживает высокоуровневые модели того, что сеть должна делать, чтобы предоставлять услуги и советы другим элементам сети».[3]

Концепция чего-либо крупномасштабная когнитивная сеть далее был сделан в 2008 году Song,[7] где такой план знаний четко определен для крупномасштабных беспроводных сетей как знание о доступности радиочастотного спектра и беспроводных станций.

Определение

Томас и другие. [2] Определите CN как сеть с когнитивным процессом, который может воспринимать текущие состояния сети, планировать, принимать решения, действовать в этих условиях, извлекать уроки из последствий своих действий, при этом следуя сквозным целям. Этот цикл, цикл познания, воспринимает окружающую среду, планирует действия в соответствии с входными данными от датчиков и сетевыми политиками, решает, какой сценарий лучше всего соответствует его сквозной цели, используя механизм рассуждений, и, наконец, действует в соответствии с выбранным сценарием, как описано в предыдущий раздел. Система учится на прошлом (ситуации, планы, решения, действия) и использует эти знания для улучшения решений в будущем.

Это определение CN прямо не упоминает знание сети; он только описывает когнитивный цикл и добавляет сквозные цели, которые отличают его от CR или так называемых когнитивных слоев. Это определение CN кажется неполным, поскольку ему не хватает знаний, которые являются важным компонентом когнитивной системы, как обсуждается в[5][6][7][8] и.[9]

Баламуралидхар и Прасад[8] дает интересный взгляд на роль онтологического представления знаний: «Постоянный характер этой онтологии обеспечивает проактивность и устойчивость к« игнорируемым событиям », в то время как унитарный характер дает возможность сквозной адаптации».

В,[5] CN рассматривается как коммуникационная сеть, дополненная плоскостью знаний, которая может охватывать уровни по вертикали (с использованием межуровневого проектирования) и / или по горизонтали между технологиями и узлами (охватывая гетерогенную среду). Плоскость знаний требует как минимум двух элементов: (1) представление соответствующих знаний об объеме (устройство, однородная сеть, гетерогенная сеть и т. Д.); (2) цикл познания, который использует искусственный интеллект методы внутри его состояний (методы обучения, методы принятия решений и т. д.).

Кроме того, в[7] и,[9] Для CN была предложена подробная межуровневая сетевая архитектура, в которой CN интерпретируется как сеть, которая может использовать как радиоспектр, так и ресурсы беспроводной станции на основе знания о доступности таких ресурсов. Поскольку CR был разработан как радиоприемопередатчик, который может гибко использовать каналы спектра (доступ к динамическому спектру ), то CN представляет собой сеть, которая может оппортунистически организовывать CR.

Сетевая архитектура

Кросс-слой сетевая архитектура CN в[9] также называется встроенным беспроводным соединением (EWI) в отличие от Взаимодействие открытых систем (OSI) стек протоколов. Архитектура CN основана на новом определении беспроводной связи. Новые абстрактные беспроводные линии связи переопределяются как произвольные взаимные взаимодействия между набором соседних (близких) беспроводных узлов. Для сравнения, традиционные беспроводные сети полагаются на «виртуальные проводные соединения» точка-точка с заранее определенной парой беспроводных узлов и выделенным спектром.

Эта сетевая архитектура также имеет следующие три основных принципа:

  • Абстракция функциональных связей: На основе определения абстрактной беспроводной связи модули беспроводной связи реализуются в отдельных беспроводных узлах, которые могут устанавливать различные типы абстрактных беспроводных каналов. Согласно функциональным абстракциям, категории модулей беспроводной связи могут включать: широковещательные, одноадресная передача, многоадресная передача, и агрегирование данных и т.д. Таким образом, сетевые функции могут быть интегрированы в конструкцию модулей беспроводной связи. Это также приводит к созданию двух иерархических уровней в качестве основы архитектуры, включая системный уровень и уровень беспроводной связи, соответственно. Нижний уровень беспроводной связи предоставляет библиотеку модулей беспроводной связи верхнему системному уровню; системный уровень организует модули беспроводной связи для достижения эффективного прикладного программирования.
  • Оппортунистические беспроводные ссылки: При реализации концепции когнитивных беспроводных сетей и занятый спектр, и участвующие узлы абстрактного беспроводного канала автоматически определяются их мгновенной доступностью. Этот принцип определяет конструкцию модулей беспроводной связи на уровне беспроводной связи. Производительность системы может улучшиться с увеличением масштаба сети, поскольку более высокая плотность сети вносит дополнительное разнообразие в гибкое формирование любых абстрактных беспроводных каналов.[10]
  • Глобальная развязка QoS: Глобальное приложение или сетевая QoS (качество обслуживания) развязано с локальными требованиями кооперации в соседних беспроводных узлах, то есть с QoS беспроводной связи. В частности, путем развязки глобального QoS на уровне приложений он позволяет системному уровню лучше организовать модули беспроводной связи, которые предоставляются уровнем беспроводной связи. Например, путем разделения QoS глобального сетевого уровня, такого как пропускная способность, сквозная задержка и дрожание задержки, конструкция модуля беспроводной связи может удовлетворить глобальные требования QoS. На основе предоставленных модулей беспроводной связи сложность отдельных узлов может не зависеть от масштаба сети.

Модули беспроводной связи предоставляют разработчикам систем многоразовые открытые сетевые абстракции, в которых модули можно обновлять индивидуально, или новые модули могут быть добавлены на уровень беспроводной связи. Высокая модульность и гибкость могут быть важны для промежуточное ПО или разработки приложений.

EWI также представляет собой архитектуру организационного стиля, где системный уровень организует модули беспроводной связи (на уровне беспроводной связи); и одноранговые модули беспроводной связи могут обмениваться информацией управления модулями путем заполнения заголовки пакетов в информационные блоки системного уровня.

Было предложено пять типов модулей беспроводной связи, включая широковещательную передачу, одноранговую одноадресную передачу, многоадресную передачу, одноадресную передачу до приемника и агрегацию данных, соответственно. Могут быть добавлены другие произвольные типы модулей, без ограничения устанавливающие другие типы абстрактных беспроводных соединений. Например, широковещательный модуль просто рассылает пакеты данных окружающим узлам. Модуль одноранговой одноадресной передачи может доставлять пакеты данных от источника к месту назначения через несколько беспроводных переходов. Модуль многоадресной рассылки отправляет пакеты данных нескольким адресатам, по сравнению с одноадресной одноадресной рассылкой. Модуль одноадресной передачи в приемник может быть особенно полезен в беспроводных сенсорных сетях, в которых используются более высокие возможности сборщиков (или приемников) данных, чтобы обеспечить лучшую доставку данных. Модуль агрегации данных произвольно собирает и агрегирует контекстно-зависимые данные из набора бесконтактных беспроводных узлов.

Два точки доступа к услугам (SAP) определены на интерфейсе между системным уровнем и уровнем беспроводного канала, которые представляют собой WL_SAP (SAP Wireless Link) и WLME_SAP (SAP), соответственно. WL_SAP используется для плоскости данных, тогда как WLME_SAP используется для плоскости управления. SAP используются на системном уровне для управления QoS модулей беспроводной связи.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Митола 2000.
  2. ^ а б Томас 2005.
  3. ^ а б Кларк 2003.
  4. ^ Manoj, B .; Рао, Рамеш; Зорзи, Микеле (2008). "Винтик Сеть: Когнитивная сетевая система полного знания ". Беспроводная связь IEEE. 15 (6): 81–88. Дои:10.1109 / MWC.2008.4749751.
  5. ^ а б c Фортуна, Каролина; Мохорчич, Михаил (2009). «Тенденции развития сетей связи: когнитивные сети». Компьютерная сеть. 53 (9): 1354–1376. Дои:10.1016 / j.comnet.2009.01.002.
  6. ^ а б К. Махмуд, «Когнитивные сети: к самонадеянным сетям», Джон Уайли и сыновья, 2007 г., ISBN  978-0-470-06196-1.
  7. ^ а б c Песня, Лян (2008). «Когнитивные сети: стандартизация крупномасштабных беспроводных систем». 2008 5-я конференция IEEE Consumer Communications and Networking Conference. С. 988–992. Дои:10.1109 / ccnc08.2007.227. ISBN  978-1-4244-1457-4.
  8. ^ а б Balamuralidhar, P .; Прасад, Рамджи (2008). «Архитектура, управляемая контекстом для узлов когнитивного радио». Беспроводная персональная связь. 45 (3): 423–434. Дои:10.1007 / s11277-008-9480-7.
  9. ^ а б c Песня, Лян; Д. Хацинакос (2009). «Когнитивные сети крупномасштабных беспроводных систем». Международный журнал коммуникационных сетей и распределенных систем. 2 (4): 452–475. Дои:10.1504 / IJCNDS.2009.026558.
  10. ^ Котоби, Хашаяр; Mainwaring, Филип; Такер, Конрад; Билен, Свен (2015). «Повышение пропускной способности данных с помощью когнитивного радио на основе интеллектуального анализа данных». Электроника. 4 (2): 221–238. Дои:10.3390 / электроника4020221.

Источники

внешняя ссылка