Кіріспе

Когнитивті радио (КР) – қолданушы кедергісінен және жеңілдеуден сақтану үшін өзінің жанындағы ең қолайлы арналарды пайдалануға динамикалық түрде бағдарламаланатын және конфигурацияланатын радио. Мұндай радио қолданыстағы арналарды автоматты түрде анықтайды, содан кейін берілген жиілік диапазонында бір уақытта көптеген сымсыз байланыстарды жүзеге асыру үшін тарату немесе қабылдау параметрлерін сәйкесінше өзгертеді. Бұл процесс динамикалық спектрді басқарудың бір түрі болып табылады.

Сипаттама

Оператордың бұйрықтарына жауап ретінде когнитивтік қозғалтқыш радио жүйе параметрлерін конфигурациялай алады. Бұл параметрлерге "толқын пішіні, протокол, жұмыс жиілігі және желілік байланыс" жатады. Бұл, байланыс ортасындағы автономды құрылмы ретінде жұмыс істейді, қолжетімді желілермен және басқа когнитивтік радиолармен (CR) орта туралы ақпарат алмасады. CR, "радио шығыстарын оқумен" қатар, "өз жұмысын үздіксіз бақылайды"; содан кейін ол осы ақпаратты "радио жиіліктік ортаны, канал жағдайларын, байланыс өнімділігін және т.б. анықтау үшін" пайдаланады және "пайдаланушы талаптарының, операциялық шектеулердің және нормативтік талаптардың тиісті үйлесіміне сәйкес қажетті қызмет сапасын қамтамасыз ету үшін радио параметрлерін реттейді". Кейбір "ақылды радио" ұсыныстары сымсыз торлы желілерді – екі түйін арасындағы хабарламалардың жолын өзара ынтымақтастық арқылы динамикалық түрде өзгертетін; когнитивтік радионы – жолдағы екі тікелей түйін арасындағы хабарламалар қолданатын жиілік диапазонын динамикалық түрде өзгертетін; және бағдарламаланатын радионы – екі тікелей түйін арасындағы хабарламалар қолданатын протоколды динамикалық түрде өзгертетін жүйелерді біріктіреді.

Тарих

Когнитивті радио тұжырымдамасын алғаш рет Жозеф Митола III 1998 жылы Стокгольмдегі KTH Корольдік технология институтында өткен семинарда ұсынды және 1999 жылы Митола мен Джеральд К. Магуайр, кіші, жариялаған мақаласында келтірді. Бұл сымсыз байланыстағы жаңа тәсіл болды, оны Митола кейіннен былай деп сипаттады: сымсыз жеке цифрлық көмекшілер (PDA) және олармен байланысты желілер радиоресурстар мен компьютерлік байланыстарға қатысты есептеу интеллектына ие, пайдалану контексіне байланысты пайдаланушының байланыс қажеттіліктерін анықтап, осы қажеттіліктерге ең қолайлы радиоресурстар мен сымсыз қызметтерді ұсыну. Когнитивті радио – бұл бағдарламалық қамтамасыз етілген радио платформасының дамуына бағытталған мақсат: желі мен пайдаланушының талаптарына сәйкес байланыс параметрлерін автоматты түрде бейімдейтін, толыққанды қайта конфигурацияланатын сымсыз қабылдағыш. Дәстүрлі реттеуші құрылымдар аналогты модельге негізделген және когнитивті радио үшін оңтайландырылмаған. Әлемдік реттеуші органдар (АҚШ-тағы Федералды байланыс комиссиясы және Ұлыбританиядағы Ofcom сияқты) және түрлі тәуелсіз зерттеулер радиожиілік спектрінің көп бөлігі тиімсіз пайдаланылатынын көрсетті. Көптеген елдерде ұялы байланыс желілерінің жолақтары жүктеліп жұмыс істейді, бірақ басқа жиіліктер (әскери, радио әуесқойлары және пейджер жиіліктері сияқты) жеткілікті түрде пайдаланылмайды. Кейбір елдерде жүргізілген тәуелсіз зерттеулер осы тұжырымды растады және спектрді пайдалану уақыт пен орынға байланысты екенін көрсетті. Сонымен қатар, белгілі бір жиіліктерге берілген рұқсаттар, олар сирек пайдаланылса да, лицензиясы жоқ пайдаланушылардың қолдануына кедергі келтіреді, тіпті олар берілген қызметке едәуір кедергі келтірмейтін жағдайда да. Әлемдік реттеуші органдар лицензиясы бар пайдаланушыларға кедергі келтірмейтін жағдайда, лицензиясы жоқ пайдаланушыларға лицензиялы жолақтарда қолдануға рұқсат беруді қарастырып жатыр. Бұл бастамалар когнитивті радио зерттеулерін динамикалық спектрге қол жеткізуге бағыттады. Алғашқы когнитивті радио сымсыз аймақтық желі стандарты IEEE 802.22 IEEE 802 LAN/MAN стандарттар комитеті (LMSC) тарапынан әзірленді және 2011 жылы жарияланды. Бұл стандарт спектрлік ақпарат алу үшін геолокацияны және спектрді сезінуді қолданады. Геолокация аймақтағы лицензияланған хабар таратушылардың деректер базасымен біріктіріліп, когнитивті радио желісі үшін қолда бар арналарды анықтайды. Спектрді сезіну спектрді бақылап, пайдаланылған арналарды анықтайды. IEEE 802.22 белгілі бір жерде пайдаланылмаған жиіліктерді немесе уақыт аралықтарын пайдалану үшін жасалған. Бұл бос кеңістік – геолокацияланған аймақтардағы пайдаланылмаған телеарналар. Дегенмен, когнитивті радио барлық уақытта бір кеңістікті пайдалана алмайды. Спектрдің қолда бар болуы өзгеретін кезде, желі лицензияланған хабар таратуға кедергі келтірмеу үшін бейімделеді.

Технология

Когнитивті радио бастапқыда бағдарламалық қамтамасыз ету арқылы анықталатын радионың кеңейтілген нұсқасы (толық когнитивті радио) ретінде қарастырылғанмен, көптеген зерттеу жұмыстары спектрді сезуге қабілетті когнитивті радиоға (әсіресе телеарналар жиілігінде) бағытталған. Спектрді сезуге қабілетті когнитивті радиодағы басты мәселе – жоғары сапалы спектрді сезу құрылғыларын және түйіндер арасында спектрді сезу деректерін алмасу алгоритмдерін жасау болып табылады. Қарапайым энергия детектор сигналының болуын дәл анықтауға кепілдік бере алмайтыны көрсетілді, сондықтан күрделі спектрді сезу техникалары қажет, сондай-ақ түйіндер арасында спектрді сезу туралы ақпаратты үнемі алмасу қажет. Бірлесіп жұмыс істейтін сезіну түйіндерінің санын арттыру жалған оң анықтаманың ықтималдығын азайтады. ОФДМА қолданып, бос радио жиіліктеріндегі жолақтарды бейімделіп толтыру мүмкін болатын тәсіл. Карлсруэ университетінің профессорлары Тимо А. Вайс және Фридрих К. Йондрал спектрді біріктіру жүйесін ұсынды, онда түйіндер сезген бос жолақтар OFDMA субжолақтарымен дереу толтырылады. Спектрді сезуге қабілетті когнитивті радионың қолданылу аймақтарына төтенше жағдайлар желісі және WLAN желісінің өнімділігі мен тарату қашықтығын арттыру кіреді. Когнитивті радионың когнитивтік желілерге қарай дамуы жүріп жатыр; когнитивтік желілердің концепциясы – когнитивтік радиолар желісін интеллектуалды түрде ұйымдастыру.