Radio Cognitiva, es la necesidad de utilizar el espectro disponible de manera más eficiente y la necesidad de proporcionar comunicaciones más eficaces

El futuro de Radio Cognitiva - una entrevista con el Dr. Joseph Mitola

Nuestro editor, Ian Poole, habla con el Dr. Joseph Mitola III sobre su entrada a la Radio Cognitiva y cómo ve su desarrollo en el futuro.

 

El nombre del Dr. Joseph Mitola III es prácticamente sinónimo de Cognitive Radio - un área de la tecnología que está creciendo rápidamente en importancia con la necesidad de utilizar el espectro disponible de manera más eficiente y la necesidad de proporcionar comunicaciones más eficaces.

Joe ha sido durante mucho tiempo interesado en la radio, y en particular software de la tecnología de radio definida. Él acuñó el término "radio cognitiva", en un intercambio de correos electrónicos entre él, Jens Zander y Gerald P. ("chip") Maguire de KTH y la primera se presenta públicamente en su conferencia Licenciatura en KTH, el Royal Institute of Technology en 1998. Más tarde, en su tesis doctoral, Joe desarrolló la idea de describir más Radio Cognitiva como: "El punto en el que los asistentes inalámbricos digitales personales (PDA) y las redes relacionadas son suficientemente computacional inteligente acerca de los recursos de radio y comunicaciones de ordenador a ordenador relacionados para detectar usuario necesidades de comunicación en función del contexto de uso, y de proporcionar recursos de radio y servicios inalámbricos más adecuados a esas necesidades ".

Después de haber tenido un interés en la radio desde los 11 años cuando construyó su primer radio, que pasó a ocupar su interés aún más como una carrera, hacer avances significativos en el campo de la radio definida por software, esto sirvió de base para el desarrollo de la idea de Radio Cognitiva.

Hemos oído que acuñó el nombre de Radio Cognitiva mientras lee para su Licenciatura en KTH, pero ¿cómo realmente llegado a desarrollar la idea de Radio Cognitiva - ¿puedes contarnos un poco más acerca de los antecedentes?

Al hablar en una conferencia militar de comunicaciones IEEE (MILCOM) en 1997, donde yo me quejé de lo complicado radios de software se estaban convirtiendo en las interfaces de aire 42 previstos para el sistema de radio táctica conjunta EE.UU. (JTRS) del programa, lo que sugiere que necesitamos una interfaz de usuario con un poco de inteligencia artificial (AI) en allí por el usuario o sufrir el síndrome de "parpadear VCR" en grabadoras de vídeo se habían vuelto tan complicado que nadie podía encontrar la manera de ajustar la hora, por lo que finalmente sólo se deslizan una planta en maceta en el frente de un abrir y cerrar mostrar. Chip se me presentó después de la charla, ya que está de acuerdo conmigo y su laboratorio en KTH, de hecho, fue la inserción de AI en la radio. Casi por accidente unos meses más tarde, visité la viruta en KTH y cuando me invitó a hacer un post-doc con él, le dije que me encantaría, pero no tenía PhD. "Podemos arreglar eso", dijo con una gran sonrisa. Tres años de "investigación post-doc" después KTH me concedió el doctorado en teleinformática para la radio cognitiva.

¿Cuáles son las principales formas en que se está utilizando actualmente Radio Cognitiva y cuáles son los principales beneficios que usted ve?

La Defensa Agencia de Sistemas de Información de EE.UU. (DISA) es muy afortunada de tener a la Sra. Paige Atkins lleva su Organización Spectrum Defensa (DSO). Bajo su dirección, el Departamento de Defensa está entrando en la edad de acceso dinámico al espectro (DSA), que es la contribución clave a corto plazo de la radio cognitiva. Líderes de la industria como Nokia han adoptado radio cognitiva dentro de bandas de frecuencias atribuidas para gestionar más eficazmente espectro heterogéneo y dinámica femtocell, moviéndose inteligencia de red para las radios para reducir la sobrecarga de la red al tiempo que mejora sustancialmente la experiencia de usuario para los sectores de telecomunicaciones integradas más innovadores (cable / fibra de TV, teléfono , servicios de Internet, y por cable) los proveedores de servicios.Pronto, la seguridad pública se beneficiará de una combinación de DSA y asegurar la gestión de redes heterogéneas.

Inicialmente, el objetivo principal de Radio Cognitiva (CR) fue para que se adapte a proporcionar el canal de comunicación óptima, ahora hay un enfoque en el uso de radio cognitiva para permitir un uso más eficiente del espectro. ¿Puedes decirnos algo más sobre esto?

Bueno, mi propio enfoque CR fue en mejorar la experiencia del usuario a un bajo costo a través de la máquina de aprendizaje integrado en la PDA. Mi primer trabajo IEEE en CR mostró cómo utilizar esta inteligencia computacional integrado de alquileres espectro oportunistas a corto plazo con la etiqueta para los usuarios existentes cuyos radios no eran cognitivo.Escalas de tiempo reglamentario han limitado el despliegue de esta tecnología, pero la televisión fenómeno de espacio en blanco en los EE.UU. se está moviendo este tipo de DSA adelante ahora. "Carriles en la carretera" convencionales regulación del espectro deja muchos huecos del espacio-tiempo en el espectro, especialmente en los entornos urbanos donde los edificios causan puntos ciegos torre que se pueden emplear para la de corto alcance de baja potencia DSA causar interferencia cero para el usuario espectro primario. El espectro de uso grupo lingüístico política IEEE 1900.5 ahora está incluyendo mapas espaciales que se espera van a evolucionar a los mapas sensibles al contexto espacio-tiempo con la máquina de aprendizaje para reducir el tiempo y esfuerzo para mantener estos mapas actual. Por ejemplo, los eventos deportivos y las emergencias distort P1900.5 mapas de entorno de radio, pero la comunidad política aún no ha reflejado este nivel de adaptabilidad. Crawl caminar plazo es el proceso y estamos comenzando a caminar, pero aún no se ejecutará.

Una de las cuestiones clave con muchas aplicaciones de radio cognitiva es la de detección del espectro. ¿Cuáles son los principales retos que se ven en relación con eso?

No hay desafíos clave en la detección del espectro en la capa física. Casi toda la seguridad radios sentido ocupación del canal comercial y público dentro de sus bandas de espectro atribuidas, y esto es suficiente para la DSA, para la detección de por sí no es el problema. Sin embargo, encontrar el significado de lo que se intuye es otra historia. Aunque hoy en día la mayoría de las radios móviles incluyen GPS o alguna otra tecnología de estimación de posición y todas incluyen relojes, son relativamente pocas las radios o las redes integran lugar y la hora con el espectro de detección para aprender mapas espacio-temporales. Profesor Hong Man por ejemplo, está haciendo que en el Instituto Stevens de Tecnología con un tipo de máquina de aprendizaje llamado aprendizaje por refuerzo, y estamos hibridando esto con otro tipo de aprendizaje y técnicas de inferencia para hacer frente a los problemas de los eventos inusuales, tales como situaciones de emergencia.

Redes celulares convencionales no perder de ocupación del canal por torre, pero con tasas de 4G de> 100 Mbps, tendrán estas redes para desarrollar mapas a escala mucho más finos de la ocupación del espacio-tiempo y el movimiento del usuario en cada huella de MIMO y entre las torres de MIMO y de femtocélulas. Así que la integración de los datos de los sensores del espacio-tiempo-espectro con el tiempo en las trayectorias de comportamiento de los usuarios a bajo costo es el principal reto que veo en el corto plazo.

¿Cuáles son los habilitadores de tecnología clave que están permitiendo el desarrollo de CR se mueva hacia delante en este momento?

La comunidad DSA están avanzando en varios frentes a la vez. Profesora Yingying Chen de Stevens desarrolló algunas de la ciencia básica de razonamiento espacial en las instalaciones ÓRBITA Rutgers, por lo que en Stevens se está mejorando la ciencia en la ingeniería de conocimiento de la ubicación de los sistemas del mundo real que son mucho más complejos y dinámicos que los laboratorios académicos relativamente prístino como ÓRBITA . Los costos siguen bajando para el hardware de RF con ancho de banda útil que es el 10% de la frecuencia portadora.

Esto permite un mayor uso de las dietas en las bandas adyacentes para aprovechar la física de los dispositivos de radio para una mayor eficiencia del espectro. Redes heterogéneas también están desarrollando rápidamente con una empresa spin-out Stevens capaz de agrupar la capacidad de las redes de cuatro bandas a la vez (por ejemplo WiFi, GSM, CDMA, PCS) en la capa de red. Cada modo de banda inalámbrica / lleva el tráfico típico, pero el usuario obtiene la experiencia de la mejor de las bandas o de los cuatro a la vez si los cuatro pasan a estar disponibles. La experiencia de usuario mejorada de banda cognitivo agregación creará presiones competitivas en el mercado, que acelerará los despliegues CR.

¿Cuáles cree que son los temas claves que necesitan actualmente para superar con radio cognitiva en este momento?

Dado que los sistemas de información principales actores del mercado han descubierto el valor potencial de la televisión un espacio en blanco, los principales problemas tienen que ver con la estructura del mercado y no la tecnología en sí. El espectro de la ocupación dominante de base de datos FCC eliminó las barreras reglamentarias, por lo que los temas clave ahora tienen que ver con las redes cognitivas, en particular de la integración de bases de datos espacio-tiempo-RF en redes cognitivas. Stevens profesor: R. Chandramouli (Mouli) fundó y preside el Comité Técnico IEEE sobre Cognitive Networks (TCCN), y aquí es donde la red de investigación fundamental se lleva a cabo. La seguridad es el mayor problema después de eso, creo. Aunque mi investigación básica proporciona la teoría de cómo una radio cognitiva puede ser inherentemente seguro, incluyendo lo suficientemente inteligente como para examinar archivos para aceptar actualizaciones confiables y rechazar imágenes certificados que son potencialmente maliciosos, los fundamentos aún no se han aceptado por la comunidad SDR-CR . Este es un tema de la integración del mercado vertical a través de la infraestructura de TI, informática y comunicaciones, por lo que no es puramente una cuestión SDR-CR.

¿Qué nuevas aplicaciones están siendo investigados por CR - lo que podríamos ver en un futuro próximo?

Hay una larga lista de casos de uso de alto valor en mi segundo libro, Cognitive Radio Architecture (Wiley 06) que aún no se han llevado a la práctica. En ese libro, miré por delante diez años a partir de 2005 la posibilidad de auto-extender el aprendizaje automático. A partir de los resultados fundamentales de los avances de Doug Lenat, del descubrimiento heurístico y Randy Davis, el aprendizaje de nuevos conceptos mediadas por esquema de base de datos, desarrollo de la teoría básica de cómo las radios cognitivas y redes inalámbricas cognitivas (CWNS) pueden aprender a extenderse y a los servicios de forma autónoma a medida para el usuario.

Hoy en día, hay cerca de 3.000 parámetros en una red CDMA que se pueden ajustar con el fin de controlar el comportamiento de la red. Habrá cientos de estos parámetros para redes de radio cognitiva prácticas urbanas, donde el ajuste automático de los parámetros por los CRS y CWNS reducirá costos y la complejidad de desplegar CWNS. Incorporación fácil de sensibilización y aprendizaje automático se completa la transición a través del aprendizaje de radio centrada en la personalización de la masa del CR para una experiencia de usuario mejorada que desarrolla en el libro.

¿Existen tecnologías que deben desarrollarse más - su rendimiento mejorado - que permitan a estas nuevas aplicaciones que pueden realizar?

La tecnología básica de redes exascale es sólo embrionaria hoy. La Internet, la más grande de hormigas, las bacterias, y las poblaciones de algas, y el sistema nervioso central (SNC) humano son las redes exaescala significativas en existencia hoy en día. La teoría de este tipo de redes no ha sido ignorada, pero nuestra comprensión de este tipo de sistemas adaptativos complejos (CAS), como las colonias de hormigas sigue siendo embrionaria. Nuestro conocimiento de los fenómenos de nano escala en el sistema nervioso central, tales como vías de señalización molecular está creciendo muy rápidamente, pero la investigación CAS no se ha traducido en nuevos métodos de ingeniería de sistemas, procesos y herramientas para hacer frente a las redes exaescala, redes exaescala particular no confiables o militarmente segura.Así que estoy llevando un equipo interdisciplinario para crear las bases académicas de los sistemas exaescala autoconscientes que aprenden, sino que también se mantendrá estable y seguro.

Mirando más hacia el futuro, ¿dónde te sientes tecnología de Radio Cognitiva podría conducir en última instancia?

Creo que la radio cognitiva ya va por el camino del látigo. Todavía tenemos látigos, pero no tenemos un papel importante en los sistemas de transporte. Del mismo modo, hace una década, cuando formuló y publicó radio cognitiva, la pregunta realmente importante. Durante esta última década, la radio cognitiva transformado en DSA, redes adaptativas y redes heterogéneas como facilitadores de comunicación.

Al mismo tiempo, la sensibilización de los usuarios, los servicios sensibles al contexto y las interfaces de usuario maleables están abrazando mi visión de la cognición embebida apoyo al usuario, lo que simplifica la vida del usuario, que abarca las comunicaciones y la informática, telefonía fija y móvil, con núcleos de las fibras que se extienden a las declaraciones de la moda portátiles. Así como la cognición se convierte en omnipresente e integrado en todo, desde electrodomésticos hasta automóviles, la emoción se transformará de la radio cognitiva para los espacios sensibles que tales dispositivos inteligentes permiten. Los que seguir pensando de la radio cognitiva como si fuera un fin en sí seguirá el camino del látigo.

¿Qué siente la importancia de CR será para el futuro?

Cuando quedó claro que necesitaba SDR inteligencia integrada, formulé CR y compartido esa visión. En una de esas experiencias en las que los rayos no se supone que debe caer en el mismo lugar dos veces, la comunidad de ingenieros de radio realmente resonó con esa visión.Si CR lanza a la comunidad en espacios sensibles, tales como los hogares que son lo suficientemente inteligentes como para extender la calidad de vida y en el envejecimiento, entonces eso sería genial.

Una vez más, ver mi libro Cognitive Radio Architecture para mi visión de los espacios sensibles, y otros ejemplos, por ejemplo para CRs formar un equipo para ayudar a una madre a cuidar de su hijo de dos años. Son los lugares de trabajo van a ser más sensible a causa de radio cognitiva? En parte, pero no a través de dietas, eso es seguro. ¿Qué es una radio cognitiva supone para autenticar a un usuario? Como parte de un espacio sensible, es fácil. Por sí mismo, es un inconveniente en el mejor. Así que espero que las transiciones de la comunidad de RC para la colaboración interdisciplinaria, aumentando núcleo SDR y propuestas de valor CR para convertirse en los principales innovadores para el futuro.