En las redes de comunicación , la red cognitiva (CN) es un nuevo tipo de red de datos que hace uso de tecnología de vanguardia de varias áreas de investigación (es decir, aprendizaje automático , representación del conocimiento , red de computadoras , gestión de redes ) para resolver algunos problemas a los que se enfrentan las redes actuales. La red cognitiva es diferente de la radio cognitiva (CR) ya que cubre todas las capas del modelo OSI (no solo las capas 1 y 2 como con CR [1] ).
La primera definición de red cognitiva fue proporcionada por Theo Kanter en su investigación doctoral en KTH, el Instituto Real de Tecnología de Estocolmo, incluida una presentación en junio de 1998 de la red cognitiva como la red con memoria. Theo era un estudiante de Chip Maguire que también asesoraba a Joe Mitola, el creador de la radio cognitiva. Mitola se centró en la cognición en los nodos, mientras que Kanter 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 Kanter lo publicó un poco más tarde.
El desafío de redes autónomas de IBM de 2001 instigó la introducción de un ciclo de cognición en las redes. La radio cognitiva, las redes cognitivas de Kanter y las redes autónomas de IBM proporcionaron la base para la evolución paralela de las redes inalámbricas cognitivas y otras redes cognitivas. En 2004, Petri Mahonen, actualmente en RWTH, Aachen, y miembro del comité de doctorado de Mitola organizó el primer taller internacional sobre redes inalámbricas cognitivas en Dagstuhl, Alemania. Además, los programas E2R y E3 de la UE desarrollaron la teoría de redes cognitivas bajo la rúbrica de 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 de Conocimiento descrito por Clark et al. en 2003. [3] BS Manoj et al. En 2008, se propuso un sistema de red de conocimiento completo cognitivo . [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.
Thomas et al. [2] definen la CN como una red con un proceso cognitivo que puede percibir las condiciones actuales de la red, planificar, decidir, actuar en función de esas condiciones, aprender de las consecuencias de sus acciones, todo ello mientras persigue objetivos de extremo a extremo. Este bucle, el bucle cognitivo, percibe el entorno, planifica acciones de acuerdo con la información de los sensores y las políticas de la red, decide qué escenario se ajusta mejor a su propósito de extremo a extremo utilizando un motor de razonamiento y, finalmente, actúa sobre el escenario elegido, como se explicó en la sección anterior. 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 extremo a extremo 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 proactividad y robustez ante 'eventos ignorables' mientras que la naturaleza unitaria permite adaptaciones de extremo a extremo”.
En [5], la CN se considera como una red de comunicación aumentada por un plano de conocimiento que puede extenderse verticalmente sobre capas (haciendo uso del 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 de cognición 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 de capas cruzadas detallada para las CN, donde la CN se interpreta como una red que puede utilizar tanto el espectro de radio como los recursos de la estación inalámbrica de manera oportunista, basándose en el conocimiento de la disponibilidad de dichos recursos. Dado que la 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 de capas cruzadas de CN en [9] también se denomina interconexión inalámbrica integrada (EWI, por sus siglas en inglés) en oposición a la pila de protocolos de interconexión de sistemas abiertos (OSI, por sus siglas en inglés). La arquitectura de 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 primarios:
Los módulos de enlace inalámbrico proporcionan a los diseñadores de sistemas abstracciones de red abiertas reutilizables, en las que los módulos se pueden actualizar individualmente o se pueden agregar nuevos módulos a la capa de enlace inalámbrico. Una alta modularidad y flexibilidad podría ser esencial 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 los encabezados de paquetes en las unidades de información de la capa del sistema.
Se propusieron cinco tipos de módulos de enlace inalámbrico, que incluyen transmisión, unidifusión de igual a igual, multidifusión, unidifusión a receptor y agregación de datos, respectivamente. Se pueden agregar otros tipos arbitrarios de módulos, estableciendo otros tipos de enlaces inalámbricos abstractos sin limitación. Por ejemplo, el módulo de transmisión simplemente difunde paquetes de datos a los nodos circundantes. El módulo de unidifusión de igual a igual puede entregar paquetes de datos desde la fuente al destino a través de múltiples saltos inalámbricos. El módulo de multidifusión envía paquetes de datos a múltiples destinos, en comparación con el 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 los recolectores de datos (o receptores), a fin de 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.
En la interfaz entre la capa del sistema y la capa de enlace inalámbrico se definen dos puntos de acceso al servicio (SAP), 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. La capa del sistema utiliza los SAP para controlar la calidad de servicio de los módulos de enlace inalámbrico.