الراديو المعرفي

📅 آخر تحديث: ٢٦ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٦ يوليو ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

الراديو المعرفي ( CR ) هو جهاز راديو يمكن برمجته وتكوينه ديناميكيًا لاستخدام أفضل القنوات المتاحة في محيطه لتجنب تداخل المستخدمين وازدحام الشبكة. يكتشف هذا الراديو تلقائيًا القنوات المتاحة، ثم يُعدّل معايير الإرسال أو الاستقبال وفقًا لذلك للسماح بعدد أكبر من الاتصالات اللاسلكية المتزامنة في نطاق ترددي محدد في موقع واحد. تُعد هذه العملية شكلًا من أشكال إدارة الطيف الديناميكية .

وصف

استجابةً لأوامر المشغل، يستطيع المحرك المعرفي ضبط معايير نظام الراديو. تشمل هذه المعايير شكل الموجة ، والبروتوكول، وتردد التشغيل، والشبكات. يعمل هذا المحرك كوحدة مستقلة في بيئة الاتصالات، حيث يتبادل المعلومات حول البيئة مع الشبكات التي يتصل بها ومع أجهزة الراديو المعرفية الأخرى. يراقب جهاز الراديو المعرفي أداءه باستمرار، بالإضافة إلى قراءة مخرجات الراديو؛ ثم يستخدم هذه المعلومات لتحديد بيئة الترددات اللاسلكية ، وظروف القناة، وأداء الرابط، وما إلى ذلك، ويضبط إعدادات الراديو لتقديم جودة الخدمة المطلوبة وفقًا لمتطلبات المستخدم، والقيود التشغيلية، واللوائح التنظيمية.

تجمع بعض مقترحات "الراديو الذكي" بين شبكة لاسلكية متداخلة - تغيير المسار الذي تسلكه الرسائل بين عقدتين معينتين بشكل ديناميكي باستخدام التنوع التعاوني ؛ والراديو المعرفي - تغيير نطاق التردد المستخدم بواسطة الرسائل بين عقدتين متتاليتين على المسار بشكل ديناميكي؛ والراديو المعرف بالبرمجيات - تغيير البروتوكول المستخدم بواسطة الرسائل بين عقدتين متتاليتين بشكل ديناميكي.

تاريخ

طُرح مفهوم الراديو المعرفي لأول مرة من قبل جوزيف ميتولا الثالث في ندوة في المعهد الملكي للتكنولوجيا KTH في ستوكهولم عام 1998، ونُشر في مقال من تأليف ميتولا وجيرالد كيو ماغواير الابن عام 1999. وكان هذا نهجًا جديدًا في الاتصالات اللاسلكية، والذي وصفه ميتولا لاحقًا بأنه:

النقطة التي تصبح فيها المساعدات الرقمية الشخصية اللاسلكية (PDAs) والشبكات ذات الصلة ذكية حسابيًا بما يكفي فيما يتعلق بموارد الراديو والاتصالات بين أجهزة الكمبيوتر ذات الصلة لاكتشاف احتياجات اتصالات المستخدم كدالة لسياق الاستخدام، وتوفير موارد الراديو والخدمات اللاسلكية الأنسب لتلك الاحتياجات.

[ 1 ]

يُعتبر الراديو المعرفي هدفًا يجب أن تتطور نحوه منصة الراديو المعرفة بالبرمجيات : جهاز إرسال واستقبال لاسلكي قابل لإعادة التكوين بالكامل يقوم تلقائيًا بتكييف معلمات الاتصال الخاصة به مع متطلبات الشبكة والمستخدم.

صُممت الهياكل التنظيمية التقليدية وفقًا للنموذج التناظري، وهي غير مُحسَّنة للراديو المعرفي. وقد وجدت الهيئات التنظيمية في العالم (بما في ذلك لجنة الاتصالات الفيدرالية في الولايات المتحدة وهيئة تنظيم الاتصالات في المملكة المتحدة)، بالإضافة إلى حملات قياس مستقلة مختلفة، أن معظم طيف الترددات الراديوية يُستخدم بشكل غير فعال. [ 2 ] وتعاني نطاقات شبكات الهاتف المحمول من الاكتظاظ في معظم أنحاء العالم، بينما لا تُستخدم نطاقات تردد أخرى (مثل الترددات العسكرية وترددات هواة الراديو وترددات النداء ) بالقدر الكافي. وقد أكدت دراسات مستقلة أُجريت في بعض البلدان هذه الملاحظة، وخلصت إلى أن استخدام الطيف يعتمد على الزمان والمكان. علاوة على ذلك، يمنع تخصيص الطيف الثابت استخدام الترددات قليلة الاستخدام (المخصصة لخدمات محددة)، حتى عندما لا يتسبب أي مستخدمين غير مرخصين في حدوث تداخل ملحوظ مع الخدمة المخصصة. وتدرس الهيئات التنظيمية في العالم إمكانية السماح للمستخدمين غير المرخصين باستخدام النطاقات المرخصة إذا لم يتسببوا في أي تداخل مع المستخدمين المرخصين. وقد ركزت هذه المبادرات أبحاث الراديو المعرفي على الوصول الديناميكي للطيف .

طُوِّر أول معيار لشبكات الراديو المعرفية اللاسلكية الإقليمية، وهو IEEE 802.22 ، من قِبَل لجنة معايير IEEE 802 LAN/MAN (LMSC) [ 3 ] ونُشِر عام 2011. يستخدم هذا المعيار تحديد الموقع الجغرافي واستشعار الطيف لتحقيق الوعي الطيفي. يُدمج تحديد الموقع الجغرافي مع قاعدة بيانات لأجهزة الإرسال المرخصة في المنطقة لتحديد القنوات المتاحة لاستخدامها من قِبَل شبكة الراديو المعرفية. يراقب استشعار الطيف الطيف ويحدد القنوات المشغولة. صُمِّم معيار IEEE 802.22 للاستفادة من الترددات غير المستخدمة أو فترات زمنية محددة في موقع ما. تُعرف هذه المساحة البيضاء بقنوات التلفزيون غير المستخدمة في المناطق المحددة جغرافيًا. مع ذلك، لا يمكن للراديو المعرفي شغل نفس المساحة غير المستخدمة طوال الوقت. ومع تغير توافر الطيف، تتكيف الشبكة لمنع التداخل مع عمليات الإرسال المرخصة. [ 4 ]

مصطلحات

اعتمادًا على معايير الإرسال والاستقبال، يوجد نوعان رئيسيان من الراديو المعرفي:

  • الراديو المعرفي الكامل (راديو ميتولا)، حيث يتم أخذ كل معلمة ممكنة يمكن رصدها بواسطة عقدة لاسلكية (أو شبكة) في الاعتبار. [ 5 ]
  • الراديو المعرفي لاستشعار الطيف ، والذي يتم فيه اعتبار طيف الترددات الراديوية فقط.

وتعتمد الأنواع الأخرى على أجزاء من الطيف المتاح للراديو المعرفي:

  • الراديو المعرفي ذو النطاق المرخص ، القادر على استخدام النطاقات المخصصة للمستخدمين المرخصين (باستثناء النطاقات غير المرخصة، مثل نطاق U-NII أو نطاق ISM ). ويعمل فريق عمل IEEE 802.22 على تطوير معيار لشبكة المنطقة الإقليمية اللاسلكية (WRAN)، والتي ستعمل على قنوات التلفزيون غير المستخدمة، والمعروفة أيضًا باسم " المساحات البيضاء للتلفزيون" . [ 6 ] [ 7 ]
  • الراديو المعرفي غير المرخص ، الذي لا يمكنه استخدام سوى الأجزاء غير المرخصة من طيف الترددات الراديوية. أحد هذه الأنظمة موصوف في مواصفات مجموعة العمل 2 لمعيار IEEE 802.15 ، [ 8 ] والتي تركز على التعايش بين معيار IEEE 802.11 وتقنية البلوتوث .
  • التنقل الطيفي : عملية يقوم من خلالها مستخدم الراديو المعرفي بتغيير تردد تشغيله. تهدف شبكات الراديو المعرفي إلى استخدام الطيف بطريقة ديناميكية من خلال السماح للمحطات اللاسلكية بالعمل في أفضل نطاق تردد متاح، مع الحفاظ على متطلبات الاتصال السلسة أثناء الانتقال إلى طيف أفضل.
  • مشاركة الطيف [ 9 ] : تسمح شبكات الراديو المعرفي بمشاركة الطيف لمستخدمي الراديو المعرفي بمشاركة نطاقات الطيف الخاصة بمستخدمي النطاقات المرخصة. ومع ذلك، يتعين على مستخدمي الراديو المعرفي تقييد طاقة الإرسال الخاصة بهم بحيث يبقى التداخل الذي يسببه لمستخدمي النطاقات المرخصة دون عتبة معينة.
  • مشاركة الطيف القائمة على الاستشعار : [ 10 ] في شبكات الراديو المعرفي القائمة على مشاركة الطيف القائمة على الاستشعار، يستمع مستخدمو الراديو المعرفي أولًا إلى الطيف المخصص للمستخدمين المرخصين للكشف عن حالتهم. وبناءً على نتائج الكشف، يحدد مستخدمو الراديو المعرفي استراتيجيات الإرسال الخاصة بهم. فإذا لم يكن المستخدمون المرخصون يستخدمون النطاقات، يقوم مستخدمو الراديو المعرفي بالإرسال عبر تلك النطاقات. أما إذا كانوا يستخدمون النطاقات، فيقوم مستخدمو الراديو المعرفي بمشاركة نطاقات الطيف مع المستخدمين المرخصين عن طريق تقييد طاقة الإرسال الخاصة بهم.
  • مشاركة الطيف المدعومة بقاعدة البيانات [ 11 ] [ 12 ] ، [ 13 ] : في هذا النمط من مشاركة الطيف، يُشترط على مستخدمي الراديو المعرفي الوصول إلى قاعدة بيانات المساحات غير المستخدمة قبل السماح لهم بالوصول إلى الطيف المشترك أو رفضه. تحتوي قاعدة بيانات المساحات غير المستخدمة على خوارزميات ونماذج رياضية ولوائح محلية للتنبؤ باستخدام الطيف في منطقة جغرافية معينة، واستنتاج مخاطر التداخل التي قد يُسببها وصول مستخدم الراديو المعرفي إلى الطيف المشترك إلى الخدمات القائمة. إذا رأت قاعدة بيانات المساحات غير المستخدمة أن تداخلًا ضارًا سيحدث للخدمات القائمة، يُرفض وصول مستخدم الراديو المعرفي إلى الطيف المشترك.

تكنولوجيا

على الرغم من أن الراديو المعرفي كان يُنظر إليه في البداية على أنه امتداد للراديو المعرف بالبرمجيات (راديو معرفي كامل)، إلا أن معظم الأبحاث تركز على الراديو المعرفي المُستشعر للطيف (خاصةً في نطاقات التلفزيون ). تكمن المشكلة الرئيسية في الراديو المعرفي المُستشعر للطيف في تصميم أجهزة استشعار طيفية عالية الجودة وخوارزميات لتبادل بيانات استشعار الطيف بين العقد. وقد ثبت أن كاشف الطاقة البسيط لا يضمن الكشف الدقيق عن وجود الإشارة، [ 14 ] مما يستدعي استخدام تقنيات استشعار طيفية أكثر تطورًا، ويتطلب تبادل معلومات استشعار الطيف بانتظام بين العقد. كما أن زيادة عدد عقد الاستشعار المتعاونة يقلل من احتمالية الكشف الخاطئ. [ 15 ]

يُعدّ ملء نطاقات الترددات الراديوية الفارغة بشكل تكيفي، باستخدام تقنية OFDMA ، نهجًا ممكنًا. وقد اقترح تيمو أ. فايس وفريدريش ك. جوندرال من جامعة كارلسروه نظامًا لتجميع الطيف ، حيث تُملأ النطاقات الفارغة (التي تستشعرها العقد) فورًا بنطاقات فرعية من OFDMA . تشمل تطبيقات الراديو المعرفي المُستشعر للطيف زيادة الإنتاجية وتوسيع نطاق الإرسال في شبكات الطوارئ وشبكات WLAN . ويجري حاليًا تطوير الراديو المعرفي نحو الشبكات المعرفية ؛ إذ يتمثل مفهوم الشبكات المعرفية في تنظيم شبكة من أجهزة الراديو المعرفية بذكاء.

الوظائف

تتمثل الوظائف الرئيسية لأجهزة الراديو المعرفية فيما يلي: [ 16 ] [ 17 ]

  • التحكم في الطاقة : عادة ما يتم استخدام التحكم في الطاقة [ 18 ] لأنظمة مشاركة الطيف الراديوي لزيادة سعة المستخدمين الثانويين مع قيود طاقة التداخل لحماية المستخدمين الأساسيين.
  • استشعار الطيف : الكشف عن الطيف غير المستخدم ومشاركته دون إحداث تداخل ضار مع المستخدمين الآخرين؛ يُعدّ استشعار الطيف الفارغ مطلبًا أساسيًا لشبكة الراديو المعرفي. ويُعتبر الكشف عن المستخدمين الأساسيين الطريقة الأكثر فعالية لاكتشاف الطيف الفارغ. ويمكن تصنيف تقنيات استشعار الطيف إلى ثلاث فئات:
    • كشف أجهزة الإرسال : يجب أن تتمتع أجهزة الراديو المعرفية بالقدرة على تحديد ما إذا كانت إشارة من جهاز إرسال رئيسي موجودة محليًا في نطاق ترددي معين. وهناك عدة مناهج مقترحة لكشف أجهزة الإرسال:
      • الكشف عن المرشح المطابق
      • كشف الطاقة: كشف الطاقة هو أسلوب لاستشعار الطيف يكشف وجود/غياب الإشارة بمجرد قياس قدرة الإشارة المستقبلة. [ 19 ] يُعدّ هذا الأسلوب لكشف الإشارة سهلًا ومريحًا للتطبيق العملي. مع ذلك، يتطلب تطبيق كاشف الطاقة معلومات عن تباين الضوضاء. وقد ثبت أن عدم دقة معرفة قدرة الضوضاء (عدم اليقين في الضوضاء) قد يؤدي إلى ظاهرة جدار نسبة الإشارة إلى الضوضاء ، وهي مستوى من نسبة الإشارة إلى الضوضاء لا يستطيع كاشف الطاقة دونه كشف أي إشارة مُرسلة بشكل موثوق حتى مع زيادة مدة الرصد. [ 20 ] [ 21 ] كما ثبت أيضًا أن جدار نسبة الإشارة إلى الضوضاء لا ينتج عن وجود عدم اليقين في الضوضاء بحد ذاته، بل عن عدم كفاية دقة تقدير قدرة الضوضاء مع زيادة مدة الرصد.
      • كشف الخصائص الدورية الثابتة : تستند خوارزميات استشعار الطيف هذه إلى أن معظم إشارات الاتصالات المصنّعة، مثل BPSK و QPSK و AM و OFDM ، تُظهر سلوكًا دوريًا ثابتًا. [ 22 ] مع ذلك، لا تُظهر إشارات الضوضاء (عادةً الضوضاء البيضاء ) هذا السلوك. تتميز هذه الكواشف بمقاومتها لعدم اليقين في تباين الضوضاء. يهدف استخدامها إلى استغلال الطبيعة الدورية الثابتة لإشارات الاتصالات المصنّعة المُضمّنة في الضوضاء. يعتمد معيار القرار الرئيسي فيها على مقارنة القيم غير الصفرية المُستخرجة من كشف الخصائص الدورية الثابتة للإشارة الأصلية. [ 23 ] يمكن أن تكون كواشف الخصائص الدورية الثابتة أحادية الدورة أو متعددة الدورات.
  • استشعار الطيف واسع النطاق : يشير إلى استشعار الطيف عبر نطاق ترددي واسع، عادةً مئات الميغاهرتز أو حتى عدة غيغاهرتز. ولأن تقنية محولات الإشارة التناظرية إلى الرقمية الحالية لا تستطيع توفير معدل أخذ عينات عالٍ بدقة عالية، فإنها تتطلب تقنيات ثورية، مثل الاستشعار المضغوط وأخذ العينات دون تردد نايكويست. [ 24 ]
    • الكشف التعاوني : يشير إلى أساليب استشعار الطيف حيث يتم دمج المعلومات من مستخدمي الراديو المعرفي المتعددين للكشف عن المستخدم الأساسي [ 25 ]
    • الكشف القائم على التداخل
  • الراديو المعرفي القائم على الفضاء الصفري : بمساعدة هوائيات متعددة، يكتشف الراديو المعرفي الفضاء الصفري للمستخدم الأساسي ثم يبث داخل الفضاء الصفري، بحيث يتسبب إرساله اللاحق في حدوث تداخل أقل للمستخدم الأساسي
  • إدارة الطيف الترددي : هي اختيار أفضل نطاق طيفي متاح لتلبية متطلبات اتصال المستخدمين، دون التسبب في تداخل غير مرغوب فيه مع المستخدمين الآخرين (الأساسيين). يجب على أجهزة الراديو المعرفية تحديد أفضل نطاق طيفي (من بين جميع النطاقات المتاحة) لتلبية متطلبات جودة الخدمة ؛ لذا، فإن وظائف إدارة الطيف الترددي ضرورية لأجهزة الراديو المعرفية. تُصنف وظائف إدارة الطيف الترددي كما يلي:

يُعدّ التطبيق العملي لوظائف إدارة الطيف مسألة معقدة ومتعددة الجوانب، إذ يجب أن يُراعي مجموعة متنوعة من المتطلبات التقنية والقانونية. ومن أمثلة المتطلبات التقنية اختيار عتبة استشعار مناسبة للكشف عن المستخدمين الآخرين، بينما يتجلى الجانب القانوني في ضرورة الالتزام بالقواعد واللوائح المنصوص عليها للوصول إلى الطيف الراديوي في التشريعات الدولية ( لوائح الاتحاد الدولي للاتصالات الراديوية ) والوطنية (قانون الاتصالات). وستكون خوارزميات الذكاء الاصطناعي لتخصيص الطيف الديناميكي وإدارة التداخل، بهدف الحد من التداخل الضار بالخدمات والشبكات الأخرى، عاملاً تقنياً أساسياً لتمكين تقنية الجيل السادس (6G). وسيُمهد هذا الطريق لمزيد من المرونة في إدارة وتنظيم الطيف الراديوي. [ 28 ] [ 29 ]

هوائي ذكي (IA)

الهوائي الذكي (أو الهوائي المتطور) هو تقنية هوائيات تستخدم تشكيل الحزمة المكانية والترميز المكاني لإلغاء التداخل؛ ومع ذلك، تظهر تطبيقات لتوسيع نطاقها لتشمل مصفوفات هوائيات ذكية متعددة أو تعاونية لتطبيقها في بيئات اتصالات معقدة. في المقابل، يسمح الراديو المعرفي لأجهزة المستخدمين باستشعار ما إذا كان جزء من الطيف قيد الاستخدام لمشاركة الطيف مع المستخدمين المجاورين. يوضح الجدول التالي مقارنة بين التقنيتين:

نقطةالراديو المعرفي (CR)هوائي ذكي (IA)
الهدف الرئيسيمشاركة الطيف المفتوحإعادة استخدام المساحات المحيطة
معالجة التداخلتجنب الاصطدام عن طريق استشعار الطيفالإلغاء عن طريق الترميز المكاني المسبق /اللاحق
التكلفة الرئيسيةاستشعار الطيف والترددات اللاسلكية متعددة النطاقاتمصفوفات الهوائيات المتعددة أو التعاونية
خوارزمية صعبةتقنية إدارة الطيفتقنية تشكيل/ترميز الحزم المكانية الذكية
التقنيات التطبيقيةراديو البرمجيات المعرفيةترميز الورق المتسخ المعمم وترميز واينر-زيف
مدخل الطابق السفليالتعديل المتعامدالخلايا الصغيرة القائمة على الخلايا
التكنولوجيا التنافسيةنطاق ترددي فائق الاتساع لزيادة الاستفادة من النطاق التردديتقسيم متعدد القطاعات (3، 6، 9، وهكذا) لإعادة استخدام مكاني أكبر
ملخصتقنية مشاركة الطيف المعرفيتقنية إعادة استخدام الطيف الذكي

تجدر الإشارة إلى أنه يمكن الجمع بين كلا التقنيتين كما هو موضح في العديد من سيناريوهات الإرسال المعاصرة. [ 30 ]

تجمع تقنية MIMO التعاونية (CO-MIMO) بين كلا التقنيتين.

التطبيقات

يستطيع الراديو المعرفي (CR) استشعار بيئته، والتكيف مع احتياجات المستخدم في الاتصالات دون تدخله، مع الالتزام بقواعد لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC) في الولايات المتحدة. نظريًا، يُعدّ طيف الترددات غير محدود، لكن عمليًا، ولأسباب تتعلق بالانتشار وغيرها، فهو محدود نظرًا لأهمية أجزاء معينة منه. ولا يُستغلّ الطيف المخصص استغلالًا كاملًا، ويُعدّ الاستخدام الأمثل للطيف مصدر قلق متزايد؛ ويُقدّم الراديو المعرفي حلًا لهذه المشكلة. إذ يستطيع الراديو المعرفي اكتشاف ما إذا كان أي جزء من الطيف قيد الاستخدام، واستخدامه مؤقتًا دون التأثير على إرسال المستخدمين الآخرين. [ 31 ] ووفقًا لبروس فيت، "تشمل بعض القدرات المعرفية الأخرى للراديو تحديد موقعه، واستشعار استخدام الطيف من قِبل الأجهزة المجاورة، وتغيير التردد، وضبط طاقة الإخراج، أو حتى تغيير معايير وخصائص الإرسال. ستُمكّن هذه القدرات، وغيرها مما لم يُكتشف بعد، مستخدمي الطيف اللاسلكي من التكيف مع ظروف الطيف في الوقت الفعلي، مما يُتيح للهيئات التنظيمية وهيئات الترخيص والجمهور استخدامًا مرنًا وفعالًا وشاملًا للطيف".

ومن أمثلة التطبيقات ما يلي:

  • تطبيق شبكات الراديو المعرفي على اتصالات الطوارئ والسلامة العامة من خلال استخدام المساحات البيضاء [ 32 ] [ 33 ]
  • إمكانات شبكات الراديو المعرفي لتنفيذ الوصول الديناميكي للطيف (DSA) [ 34 ] [ 35 ]
  • تطبيق شبكات الراديو المعرفي في العمليات العسكرية مثل الكشف عن الهجمات الكيميائية والبيولوجية والإشعاعية والنووية والتحقيق فيها، والقيادة والسيطرة، والحصول على معلومات حول تقييمات أضرار المعركة، والمراقبة الميدانية، والمساعدة الاستخباراتية، والاستهداف. [ 36 ]
  • كما ثبت أنها مفيدة في إنشاء شبكات منطقة الجسم الطبية [ 23 ] والتي يمكن استخدامها في مراقبة المرضى في كل مكان، مما يساعد في إخطار الأطباء على الفور بالمعلومات الحيوية للمرضى مثل مستوى السكر وضغط الدم ونسبة الأكسجين في الدم وتخطيط القلب الكهربائي (ECG) وما إلى ذلك. وهذا يوفر ميزة إضافية تتمثل في تقليل خطر الإصابة بالعدوى ويزيد أيضًا من قدرة المريض على الحركة.
  • يُعد الراديو المعرفي عمليًا أيضًا لشبكات الاستشعار اللاسلكية، حيث يمكن إعادة توجيه الحزم باستخدام قوائم انتظار أساسية وثانوية لإعادة توجيه الحزم دون تأخير وبأقل استهلاك للطاقة. [ 37 ]

محاكاة شبكات CR

في الوقت الحالي، يُعدّ النمذجة والمحاكاة النموذج الوحيد الذي يسمح بمحاكاة السلوك المعقد في شبكات الراديو المعرفية ضمن بيئة معينة. ويمكن استخدام برامج محاكاة الشبكات مثل OPNET و NetSim و MATLAB و ns2 لمحاكاة شبكة الراديو المعرفية. CogNS [ 38 ] هو إطار عمل مفتوح المصدر لمحاكاة شبكات الراديو المعرفية، ويعتمد على NS2. تشمل مجالات البحث التي تستخدم برامج محاكاة الشبكات ما يلي:

  1. استشعار الطيف والكشف عن الشركات القائمة
  2. تخصيص الطيف
  3. قياس و/أو نمذجة استخدام الطيف [ 39 ] [ 40 ]
  4. كفاءة استخدام الطيف [ 39 ] [ 40 ]

يُعد برنامج محاكاة الشبكات 3 (ns-3) خيارًا مناسبًا لمحاكاة الشبكات المعرفية (CR). [ 41 ] كما يمكن استخدام ns-3 لمحاكاة شبكات CR وتجربتها باستخدام أجهزة قياسية مثل أجهزة Atheros WiFi. [ 41 ]

الخطط المستقبلية

أدى نجاح النطاق غير المرخص في استيعاب مجموعة واسعة من الأجهزة والخدمات اللاسلكية إلى دفع لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC) إلى النظر في فتح نطاقات إضافية للاستخدام غير المرخص. في المقابل، تُستغل النطاقات المرخصة بشكل غير كافٍ بسبب تخصيص الترددات الثابت . وإدراكًا منها لإمكانية استغلال تقنية الراديو المعرفي (CR) للنطاقات المرخصة غير المُستغلة بكفاءة دون التسبب في تداخل مع المستخدمين الحاليين، أصدرت لجنة الاتصالات الفيدرالية إشعارًا باقتراح قواعد تسمح لأجهزة الراديو غير المرخصة بالعمل في نطاقات البث التلفزيوني. وقد كُلفت مجموعة عمل IEEE 802.22 ، التي شُكلت في نوفمبر 2004، بتحديد معيار واجهة الهواء لشبكات المناطق الإقليمية اللاسلكية (استنادًا إلى استشعار الراديو المعرفي) لتشغيل الأجهزة غير المرخصة في الطيف المخصص لخدمة التلفزيون. [ 42 ] امتثالاً للوائح لجنة الاتصالات الفيدرالية اللاحقة بشأن الاستخدام غير المرخص لطيف التلفزيون، حددت IEEE 802.22 واجهات لقاعدة بيانات المساحات البيضاء التلفزيونية الإلزامية لتجنب التداخل مع الخدمات القائمة. [ 43 ] على الرغم من أن قواعد بيانات تحديد الموقع الجغرافي للطيف تسمح بتقليل تعقيد جهاز الاستقبال واحتمالية التداخل، على سبيل المثال من أخطاء الاستشعار أو العقد المخفية، إلا أن ذلك يأتي على حساب انخفاض كفاءة استخدام الطيف، حيث لا تستطيع قواعد البيانات توفير قياس دقيق لاستخدام الطيف ولا يتم تحديثها في الوقت الفعلي. يمكن للاستشعار التعاوني وإدارة الطيف الموزعة القائمة على الذكاء الاصطناعي أن تسهم في المستقبل في تحقيق توازن أفضل بين كفاءة استخدام الطيف وتخفيف التداخل. [ 44 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ ميتولا، جوزيف (2000)، "الراديو المعرفي - بنية وكيل متكاملة للراديو المعرف بالبرمجيات" ، ديفا (أطروحة دكتوراه)، كيستا، السويد: المعهد الملكي للتكنولوجيا KTH ، ISSN 1403-5286 
  2. ↑ ف. فالينتا وآخرون، "دراسة استقصائية حول استخدام الطيف الترددي في أوروبا: القياسات والتحليلات والملاحظات" ، وقائع المؤتمر الدولي الخامس حول الشبكات اللاسلكية والاتصالات الموجهة نحو الراديو المعرفي (CROWNCOM)، 2010
  3. ↑ "P802.22" (PDF) . مارس 2014.
  4. ↑ ستيفنسون، سي.؛ شوينارد، جي.؛ تشونغدينغ لي؛ ويندونغ هو؛ شيلهامر، إس.؛ كالدويل، دبليو. (2009). "IEEE 802.22: أول معيار لشبكة المنطقة الإقليمية اللاسلكية للراديو المعرفي". مجلة IEEE للاتصالات . 47 (1): 130-138 . Bibcode : 2009IComM..47a.130S . doi : 10.1109/MCOM.2009.4752688 . S2CID 6597913 . 
  5. ↑ ج. ميتولا الثالث وجي كيو ماغواير الابن، "الراديو المعرفي: جعل أجهزة الراديو البرمجية أكثر شخصية"، مجلة IEEE للاتصالات الشخصية، المجلد 6، العدد 4، الصفحات 13-18، أغسطس 1999
  6. ↑ IEEE 802.22
  7. ↑ كارل، ستيفنسون؛ جي. شوينارد؛ تشونغدينغ لي؛ ويندونغ هو؛ إس. شيلهامر؛ دبليو. كالدويل (يناير 2009). "IEEE 802.22: أول معيار لشبكات الراديو المعرفية اللاسلكية الإقليمية (WRANs) = مجلة IEEE للاتصالات" . مجلة IEEE للاتصالات . 47 (1): 130-138 . Bibcode : 2009IComM..47a.130S . doi : 10.1109/MCOM.2009.4752688 . S2CID 6597913 . 
  8. ↑ IEEE 802.15.2
  9. ↑ إس. هايكين، "الراديو المعرفي: الاتصالات اللاسلكية المدعومة بالدماغ"، مجلة IEEE للمجالات المختارة في الاتصالات، المجلد 23، العدد 2، الصفحات 201-220، فبراير 2005
  10. ↑ X. Kang et. al Sensing-Based Spectrum Sharing in Cognitive Radio Networks , IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol. 58, no. 8, pp. 4649–4654, Oct 2009.
  11. ↑ فيلاردي، غابرييل بورتو؛ هارادا، هيروشي؛ كوجيما، فوميهيدي؛ يانو، هيرويوكي (2016). "التنبؤ بالخطوط الكنتورية الأساسية بناءً على بيانات طبوغرافية مفصلة وتأثيرها على توافر مساحة البث التلفزيوني غير المستخدمة". مجلة IEEE للمعاملات في مجال الهوائيات والانتشار . 64 (8): 3619-3631 . Bibcode : 2016ITAP...64.3619V . doi : 10.1109/TAP.2016.2580164 . S2CID 22471055 . 
  12. ↑ فيلاردي، غابرييل بورتو؛ هارادا، هيروشي؛ كوجيما، فوميهيدي؛ يانو، هيرويوكي (2017). "الحماية متعددة المستويات لنطاق البث وتأثيرها على توافر المساحة البيضاء للتلفزيون". معاملات IEEE في تكنولوجيا المركبات . 66 (2): 1393-1407 . Bibcode : 2017ITVT...66.1393V . doi : 10.1109/TVT.2016.2566675 . S2CID 206819681 . 
  13. ↑ "دليل مديري قواعد بيانات المساحات البيضاء" . لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC). 12 أكتوبر 2011.
  14. ↑ نيلز هوفن؛ راهول تاندرا؛ أنانت ساهي (11 فبراير 2005). "بعض القيود الأساسية على الراديو المعرفي" (ملف PDF) . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 18 ديسمبر 2006. تم الاطلاع عليه في 15 يونيو 2005 .
  15. ↑ ج. هيلينبراند؛ ت. أ. فايس؛ ف. ك. جوندرال (2005). "حساب احتمالات الكشف والإنذار الكاذب في أنظمة تجميع الطيف". رسائل اتصالات IEEE . 9 (4): 349-351 . Bibcode : 2005IComL...9..349H . doi : 10.1109/LCOMM.2005.1413630 . ISSN 1089-7798 . S2CID 23646184 .  
  16. ↑ إيان إف. أكيلديز ، دبليو واي لي، إم سي فوران، وإس موهانتي، "الجيل التالي/الوصول الديناميكي للطيف/الشبكات اللاسلكية الراديوية المعرفية: دراسة استقصائية"، مجلة شبكات الحاسوب (إلسيفير)، سبتمبر 2006.
  17. ↑ "الوظائف الإدراكية في شبكات الجيل التالي اللاسلكية" (ملف PDF) . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 18 نوفمبر 2008. تم الاطلاع عليه بتاريخ 6 يونيو 2009 .
  18. ↑ X. Kang et. al “Optimal power allocation for fadeding channels in cognitive radio networks: Ergodic capacity and outage capacity” , IEEE Trans. on Wireless Commun. , vol. 8, no 2, pp. 940–950, Feb 2009.
  19. ↑ أوركويتز، هـ. (1967). "الكشف عن طاقة الإشارات الحتمية غير المعروفة". وقائع معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات . 55 (4): 523-531 . رمز Bibcode : 1967IEEEP..55..523U . doi : 10.1109/PROC.1967.5573 .
  20. ↑ تاندرا، راهول؛ ساهي، أنانت (2008). "حدود نسبة الإشارة إلى الضوضاء للكشف عن الإشارات". مجلة IEEE للمواضيع المختارة في معالجة الإشارات . 2 (1): 4-17 . Bibcode : 2008ISTSP...2....4T . CiteSeerX 10.1.1.420.9680 . doi : 10.1109/JSTSP.2007.914879 . S2CID 14450540 .  
  21. ↑ أ. مارياني، أ. جيورجيتي، و م. شياني، "تأثيرات تقدير قدرة الضوضاء على كشف الطاقة لتطبيقات الراديو المعرفي" ، IEEE Trans. Commun.، المجلد 50، العدد 12، ديسمبر 2011.
  22. ↑ غاردنر، دبليو إيه (1991). "استغلال التكرار الطيفي في الإشارات الدورية". مجلة معالجة الإشارات IEEE . 8 (2): 14-36 . Bibcode : 1991ISPM....8...14G . doi : 10.1109/79.81007 . S2CID 21643558 . 
  23. 1 2 "التطورات الحديثة في أجهزة الراديو المعرفية" . cse.wustl.edu . تم الاطلاع عليه بتاريخ 22 سبتمبر 2019 .
  24. ↑ H. Sun, A. Nallanathan, C.-X. Wang, and Y.-F. Chen, “Wideband spectrum sensing for cognitive radio networks: a survey” , IEEE Wireless Communications, vol. 20, no. 2, pp. 74–81, April 2013.
  25. ↑ Z. Li, FR Yu, and M. Huang, "A Distributed Consensus-Based Cooperative Spectrum Sensing in Cognitive Radios" , IEEE Trans. Vehicular Technology, vol. 59, no. 1, pp. 383–393, Jan. 2010.
  26. ↑ K. Kotobi, PB Mainwaring, and SG Bilen, “آلية مزاد قائمة على الألغاز لمشاركة الطيف في شبكات الراديو المعرفية” , Wireless and Mobile Computing, Networking and Communications (WiMob), 2016 IEEE 12th International Conference on, October 2016.
  27. ↑ كلمة "cyclistationary" هي خطأ من النص الأصلي، والكلمة الصحيحة هي cyclostationary.
  28. ↑ مارتينيز ألونسو، رودني؛ بليتس، ديفيد؛ ديرويك، مارغو؛ مارتينز، لوك؛ غيلين نيتو، غلاوكو؛ جوزيف، ووت (9 مايو 2020). "تحسين التداخل الديناميكي في شبكات الراديو المعرفي للمناطق الريفية والضواحي" . الاتصالات اللاسلكية والحوسبة المتنقلة . 2020 : 1-16 . doi : 10.1155/2020/2850528 . hdl : 1854/LU-8672730 . ISSN 1530-8669 . 
  29. ↑ مارتينيز ألونسو، رودني؛ بليتس، ديفيد؛ مارتينز، لوك؛ جوزيف، ووت؛ فونتيس بوبو، إرنستو؛ غيلين نيتو، غلاوكو (1 سبتمبر 2023). "إيجاد أنماط المساحات البيضاء واستنتاجها باستخدام التعلم الآلي لبصمات الطيف متعدد الترددات" . شبكات الحاسوب . 233 109871. doi : 10.1016/j.comnet.2023.109871 . hdl : 1854/LU-01HGAPQWFZNJYT40GNBAC025PS . ISSN 1389-1286 . 
  30. ↑ ب. كواسي، إ. غوري، ل. دينير، "عمليات نقل معرفية قائمة على التبادل باستخدام نهج MIMO ضخم متعدد المستخدمين" . المؤتمر الدولي للاتصالات (ICC)، 2013
  31. ↑ K. Kotobi, PB Mainwaring, CS Tucker, and SG Bilén., “Data-Throughput Enhancement Using Data Mining-Informed Cognitive Radio.” Electronics 4, no. 2 (2015): 221-238.
  32. ↑ فيلاردي، جي بي؛ أبرو، جي.؛ ثادي فريتاس دي؛ هارادا، إتش. (1 يونيو 2012). "تقنية المساحة البيضاء للتلفزيون: التداخل في شبكة الطوارئ المعرفية المحمولة". مجلة IEEE لتكنولوجيا المركبات . 7 (2): 47-53 . Bibcode : 2012IVTM....7b..47V . doi : 10.1109/MVT.2012.2190221 . ISSN 1556-6072 . S2CID 33102841 .  
  33. ↑ فيروس، ر.؛ سالينت، أ.؛ بالديني، ج.؛ غوراتي، ل. (1 يونيو 2012). "اتصالات السلامة العامة: تعزيزها من خلال الراديو المعرفي ومبادئ مشاركة الطيف". مجلة IEEE لتكنولوجيا المركبات . 7 (2): 54-61 . Bibcode : 2012IVTM....7b..54F . doi : 10.1109/MVT.2012.2190180 . ISSN 1556-6072 . S2CID 24372449 .  
  34. ↑ خطاب، أحمد؛ بيركنز، ديمتري؛ بيومي، مجدي (1 يناير 2013). "تحديات الوصول الطيفي الانتهازية في شبكات الراديو المعرفي الموزعة". شبكات الراديو المعرفي . الدوائر التناظرية ومعالجة الإشارات. سبرينغر نيويورك. ص 33-39 . doi : 10.1007/978-1-4614-4033-8_4 . ISBN  978-1-4614-4032-1.
  35. ↑ تالون، ج.؛ فورد، ت.ك.؛ دويل، ل. (1 يونيو 2012). "شبكات الوصول الطيفي الديناميكي: تشكيل تحالفات مستقلة" . مجلة IEEE لتكنولوجيا المركبات . 7 (2): 69-76 . Bibcode : 2012IVTM....7b..69T . doi : 10.1109/MVT.2012.2190218 . ISSN 1556-6072 . S2CID 39842167 .  
  36. ↑ جوشي، جيانيندرا براساد؛ نام، سيونغ يوب؛ كيم، سونغ وون (22 أغسطس 2013). "شبكات الاستشعار اللاسلكية بتقنية الراديو المعرفي: التطبيقات والتحديات واتجاهات البحث" . مجلة Sensors (بازل، سويسرا) . 13 (9): 11196-11228 . Bibcode : 2013Senso..1311196J . doi : 10.3390/s130911196 . ISSN 1424-8220 . PMC 3821336. PMID 23974152 .   
  37. ↑ F. Foukalas و T. Khattab، " الترحيل أو عدم الترحيل في شبكات استشعار الراديو المعرفي ". معاملات IEEE في تكنولوجيا المركبات (المجلد 64، العدد 11، نوفمبر 2015) 5221-5231.
  38. ↑ CogNS: إطار محاكاة لشبكات الراديو المعرفية
  39. 1 2 فيلاردي، غابرييل؛ سوم، تشين-شون؛ صن، تشين؛ ألمسيغيد، يوهانس؛ لان، تشو؛ هارادا، هيروشي (2012). "كفاءة آليات التعايش القائمة على اختيار التردد الديناميكي لنقاط الوصول اللاسلكية المعرفية المُمكّنة بتقنية المساحات البيضاء للتلفزيون". اتصالات IEEE اللاسلكية . 19 (6): 69-75 . doi : 10.1109/MWC.2012.6393520 . S2CID 3134504 . 
  40. 1 2 فيلاردي، غابرييل؛ ألمسيجد، يوهانس؛ صن، تشين؛ سوم، تشين-شون؛ نغوين، تران؛ بايكاس، تونجر؛ هارادا، هيروشي (2011). "تمكين التعايش بين شبكات معرفية متعددة في نطاق الترددات غير المستخدمة للتلفزيون". اتصالات IEEE اللاسلكية . 18 (4): 32-40 . Bibcode : 2011IWC....18d..32V . doi : 10.1109/MWC.2011.5999762 . S2CID 28929874 . 
  41. ١ ٢ م. أ. شطال، أ. فيسنيفسكا، ب. خان، أ. الفقهاء، وك. دومبروفسكي، "من اختيار القناة إلى اختيار الاستراتيجية: تحسين شبكات المركبات المخصصة باستخدام استراتيجيات البحث عن الطعام والاحترام المستوحاة من السلوك الاجتماعي"، في مجلة IEEE للمعاملات في تكنولوجيا المركبات، المجلد ٦٧، العدد ٩، الصفحات ٨٩١٩-٨٩٣٣، سبتمبر ٢٠١٨. doi: 10.1109/TVT.2018.2853580 URL: https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=8403998&isnumber=8466982
  42. ^ كارلوس كورديرو، وكيران تشالابالي، وداجناتشو بيرو. Sai Shankar N. IEEE 802.22: مقدمة للمعيار اللاسلكي الأول المعتمد على أجهزة الراديو المعرفية مجلة الاتصالات، المجلد. 1، لا. 1 أبريل 2006
  43. ↑ "معيار IEEE 802.22 WRAN وواجهته لقاعدة بيانات المساحات البيضاء" (ملف PDF) . IETF PAWS.
  44. ↑ مارتينيز ألونسو، رودني؛ بليتس، ديفيد؛ مارتينز، لوك؛ جوزيف، ووت؛ فونتيس بوبو، إرنستو؛ غيلين نيتو، غلاوكو (1 سبتمبر 2023). "إيجاد أنماط المساحات البيضاء واستنتاجها باستخدام التعلم الآلي لبصمات الطيف متعدد الترددات" . شبكات الحاسوب . 233 109871. doi : 10.1016/j.comnet.2023.109871 . hdl : 1854/LU-01HGAPQWFZNJYT40GNBAC025PS . ISSN 1389-1286 .