En las redes de comunicación , la red cognitiva (CN) es un nuevo tipo de red de datos que utiliza tecnología de punta de varias áreas de investigación (es decir, aprendizaje automático , representación del conocimiento , redes informáticas , gestión de redes ) para resolver algunos de los problemas que enfrentan las redes actuales. . La red cognitiva se diferencia de la radio cognitiva (CR) en que cubre todas las capas del modelo OSI (no solo las capas 1 y 2 como ocurre con CR [1] ).
La primera definición de red cognitiva fue proporcionada por Theo Kanter en su investigación doctoral en KTH, el Real Instituto de Tecnología de Estocolmo, incluida una presentación en junio de 1998 de la red cognitiva como la red con memoria. Theo era alumno de Chip Maguire, quien también asesoraba a Joe Mitola, el creador de la radio cognitiva. Mitola se centró en la cognición en los nodos, mientras que Kantor se centró en la cognición en la red. La tesis de licenciatura de Mitola , publicada en agosto de 1999, incluye la siguiente cita: "Con el tiempo, la red potenciada por RKRL [lenguaje de representación del conocimiento por radio] puede aprender a distinguir una característica del entorno natural que no coincide con los modelos. Podría declarar los errores a una red cognitiva." Esta es la primera publicación del concepto de red cognitiva, ya que Kantor lo publicó un poco más tarde.
El desafío de las redes autónomas de IBM en 2001 instigó la introducción de un ciclo cognitivo en las redes. La radio cognitiva, las redes cognitivas de Kantor y las redes autónomas de IBM proporcionaron la base para la evolución paralela de las redes cognitivas inalámbricas y otras redes cognitivas. En 2004, Petri Mahonen, actualmente en RWTH, Aachen, y miembro del comité doctoral de Mitola, organizó el primer taller internacional sobre redes cognitivas inalámbricas en Dagstuhl, Alemania. Además, los programas E2R y E3 de la UE desarrollaron la teoría de redes cognitivas bajo la rúbrica de auto*: redes autoorganizadas, redes autoconscientes, etc. Uno de los intentos de definir el concepto de red cognitiva fue realizado en 2005 por Thomas et al. [2] y se basa en una idea más antigua del plano del conocimiento descrita por Clark et al. en 2003 . [3] BS Manoj et al. propuso un Sistema de Red de Conocimiento Cognitivo Completo en 2008. [4] Desde entonces, han surgido varias actividades de investigación en el área. Una encuesta [5] y un libro editado [6] revelan algunos de estos esfuerzos.
El Plano de Conocimiento es "un sistema omnipresente dentro de la red que construye y mantiene modelos de alto nivel de lo que se supone que debe hacer la red, con el fin de proporcionar servicios y asesoramiento a otros elementos de la red". [3]
El concepto de red cognitiva a gran escala fue desarrollado en 2008 por Song, [7] donde dicho Plan de Conocimiento se define claramente para redes inalámbricas a gran escala como el conocimiento sobre la disponibilidad del espectro de radio y las estaciones inalámbricas.
Tomás y col. [2] definen la CN como una red con un proceso cognitivo que puede percibir las condiciones actuales de la red, planificar, decidir, actuar sobre esas condiciones, aprender de las consecuencias de sus acciones, todo ello siguiendo objetivos de un extremo a otro. Este bucle, el bucle cognitivo, detecta el entorno, planifica acciones de acuerdo con los aportes de los sensores y las políticas de red, decide qué escenario se adapta mejor a su propósito de extremo a extremo utilizando un motor de razonamiento y, finalmente, actúa sobre el escenario elegido como se analiza en el sección previa. El sistema aprende del pasado (situaciones, planes, decisiones, acciones) y utiliza este conocimiento para mejorar las decisiones en el futuro.
Esta definición de CN no menciona explícitamente el conocimiento de la red; solo describe el bucle cognitivo y agrega objetivos de un extremo a otro que lo distinguirían de CR o las llamadas capas cognitivas. Esta definición de CN parece estar incompleta ya que carece de conocimiento, que es un componente importante de un sistema cognitivo como se analiza en [5] [6] [7] [8] y. [9]
Balamuralidhar y Prasad [8] ofrecen una visión interesante del papel de la representación del conocimiento ontológico: "La naturaleza persistente de esta ontología permite la proactividad y la solidez ante 'eventos ignorables', mientras que la naturaleza unitaria permite adaptaciones de un extremo a otro".
En [5] , CN se ve como una red de comunicación aumentada por un plano de conocimiento que puede abarcar verticalmente capas (haciendo uso de diseño entre capas) y/o horizontalmente a través de tecnologías y nodos (cubriendo un entorno heterogéneo). El plano de conocimiento necesita al menos dos elementos: (1) una representación del conocimiento relevante sobre el alcance (dispositivo, red homogénea, red heterogénea, etc.); (2) un bucle cognitivo que utiliza técnicas de inteligencia artificial dentro de sus estados (técnicas de aprendizaje, técnicas de toma de decisiones, etc.).
Además, en [7] y [9] se propuso una arquitectura de red detallada entre capas para CN, donde CN se interpreta como una red que puede utilizar tanto el espectro de radio como los recursos de estaciones inalámbricas de manera oportunista, basándose en el conocimiento de la disponibilidad de dichos recursos. . Dado que CR se ha desarrollado como un transceptor de radio que puede utilizar canales de espectro de manera oportunista ( acceso dinámico al espectro ), la CN es, por lo tanto, una red que puede organizar CR de manera oportunista.
La arquitectura de red entre capas de CN en [9] también se denomina Interconexión inalámbrica integrada (EWI) en contraposición a la pila de protocolos de Interconexión de sistema abierto (OSI). La arquitectura CN se basa en una nueva definición de enlace inalámbrico. Los nuevos enlaces inalámbricos abstractos se redefinen como cooperaciones mutuas arbitrarias entre un conjunto de nodos inalámbricos vecinos (de proximidad). En comparación, las redes inalámbricas tradicionales se basan en "enlaces cableados virtuales" punto a punto con un par predeterminado de nodos inalámbricos y espectro asignado.
Esta arquitectura de red también tiene los siguientes tres principios fundamentales:
Los módulos de enlace inalámbrico brindan a los diseñadores de sistemas abstracciones de red abiertas reutilizables, donde los módulos se pueden actualizar individualmente o se pueden agregar nuevos módulos a la capa de enlace inalámbrico. Una alta modularidad y flexibilidad podrían ser esenciales para el desarrollo de middleware o aplicaciones.
EWI también es una arquitectura de estilo organizativo, donde la capa del sistema organiza los módulos de enlace inalámbrico (en la capa de enlace inalámbrico); y los módulos de enlace inalámbrico pares pueden intercambiar información de gestión de módulos rellenando cabeceras de paquetes a las unidades de información de capa de sistema.
Se propusieron cinco tipos de módulos de enlace inalámbrico, incluyendo difusión, unidifusión entre pares, multidifusión, unidifusión a receptor y agregación de datos, respectivamente. Se podrán añadir otros tipos arbitrarios de módulos, estableciendo otros tipos de enlaces inalámbricos abstractos sin limitación. Por ejemplo, el módulo de difusión simplemente difunde paquetes de datos a los nodos circundantes. El módulo de unidifusión de igual a igual puede entregar paquetes de datos desde el origen al destino a través de múltiples saltos inalámbricos. El módulo de multidifusión envía paquetes de datos a múltiples destinos, en comparación con la unidifusión de igual a igual. El módulo de unidifusión a receptor puede ser especialmente útil en redes de sensores inalámbricos, que utilizan mayores capacidades de recolectores de datos (o receptores), para lograr una mejor entrega de datos. El módulo de agregación de datos recopila y agrega de manera oportunista los datos relacionados con el contexto de un conjunto de nodos inalámbricos de proximidad.
Se definen dos puntos de acceso al servicio (SAP) en la interfaz entre la capa del sistema y la capa de enlace inalámbrico, que son WL_SAP (Wireless Link SAP) y WLME_SAP (Wireless Link Management Entity SAP), respectivamente. WL_SAP se utiliza para el plano de datos, mientras que WLME_SAP se utiliza para el plano de gestión. Los SAP son utilizados por la capa del sistema para controlar la QoS de los módulos de enlace inalámbrico.