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La arquitectura del sistema del radio cognitivo en una plataforma independiente está definido por un paquete de algoritmos mediante software llamado Motor Cognitivo con una interfaz general de radio. Dentro del motor cognitivo los módulos funcionales son diferentes y están definidos para tener en cuenta las capacidades cognitivas incluyendo conciencia, razonamiento, creación de soluciones y su optimización y el control adaptable del radio.
Una solución general del radio cognitivo está definida en la forma del paquete del software que pueda trabajar con plataformas de radio reconfigurable para proveer funcionabilidad cognitiva. Este paquete de software, llamado motor cognitivo, consta de un conjunto de mecanismos generales de aprendizaje y algoritmos de aplicaciones específicas y puedan ser aplicadas para plataformas de radio con implementación de hardware. Como se muestra en el bloque de la arquitectura del sistema del radio cognitivo representado en forma de diagrama en la Figura 2.6, el motor cognitivo maneja recursos y adapta la operación del radio para optimizar su función.
Algoritmos cognitivos Algoritmos de aplicación
Radioparámetros Plataforma independiente
para servicios API Adaptación Detector/Sensor Radio transmisor Interfaz de aire Capa 1 Capa 2 Capa 3 Capa 4 Capa 5 Software Software
Figura 2.6.- Modelo de un sistema de radio cognitivo.
La interacción entre el motor cognitivo y la plataforma de radio es a través de un estándar de interfase entre ellos, el radio cognitivo puede ser presentado conforme a la lista [28-29].
Un paquete de algoritmos mediante software, denominado motor cognitivo, es diseñado y revestido en la plataforma de hardware del radio. El motor cognitivo maneja los recursos del radio para lograr funcionalidades cognitivas y adaptar las
operaciones de radio para optimizar su función. El motor cognitivo le permite al radio proveer de funcionalidades cognitivas combinando los procesos de los mecanismos de aprendizaje con la operación radiodifusora.
El centro de los mecanismos de aprendizaje son diseñados para permitir capacidades cognitivas para aplicaciones inalámbricas. Reforzando el aprendizaje y su óptima evolución, son principios claves para el diseño del centro de aprendizaje. Un doble ciclo de cognición es implantado en el centro de aprendizaje.
Cualquier radio con un nivel apropiado de reconfigurabilidad puede soportar y puede ser controlado por el motor cognitivo por medio de una interfaz con la plataforma independiente del radio. Dado que el motor cognitivo no es una plataforma específica, el conocimiento general y el aprendizaje pueden ser aplicados para una variedad de problemas de aplicaciones.
La funcionabilidad cognitiva se enfoca desde la capa 1 hasta la 3, para lograr en esas capas una intersección óptima, los algoritmos generales de cognición pueden ser extendidos a las capas superiores y configurarlos para encontrar diversos requisitos para aplicaciones específicas.
Un radio cognitivo puede trabajar individualmente o conjuntamente en la administración de recursos y la optimización de sus funciones. La estructura de aprendizaje del radio cognitivo consta de tres pasos: El reconocimiento, el razonamiento y la adaptación, el cuál puede ser flexiblemente implementado ya sea de forma centralizada como un nodo de radio cognitivo completamente funcional. En la Figura 2.7 se muestra un modelo general en el cual se ve la independencia del hardware del diseño principal de la solución del radio cognitivo, lo cual posibilita tender un puente sobre los mecanismos de aprendizaje con el funcionamiento del radio. La plataforma de interfaz independiente tiene dos flexibilidades de diseño o propósito: dar soporte a los mecanismos generales de aprendizaje y a los algoritmos específicos de aplicación; y dar soporte y reconfigurabilidad a las plataformas de radio como las del RDS [29].
Ambiente inalámbrico Plataforma de radio Funcionamiento de API Radio API Dominio de radio Reconocimiento Dominio de radio Adaptación Toma de decisiones Centro de aprendizaje Transparencia Dominio específico del radio Procedimiento del proceso Dominio independiente Proceso existencial
Figura 2.7.- El modelo general de la interfase de radio.
2.8.1 La estructura del motor cognitivo y el dominio del conocimiento
Aunque el motor cognitivo puede trabajar con cualquier radio que puede proporcionar o necesitar una reconfigurabilidad, la plataforma del radio definido por software es la más preferente por su máximo grado de flexibilidad y reconfigurabilidad. El radio le pasa la información al motor cognitivo con un formato paramétrico estándar, nombrado como perfil. El motor cognitivo toma una decisión y le pasa la decisión también en el formato del perfil al radio, logrando así las condiciones para su actuación.
Para segmentar el conocimiento, las funciones cognitivas pueden ser modularizadas. De esa manera el motor cognitivo puede ser diseñado con una estructura accesible, lo cual es importante para modular los algoritmos específicos para una tarea específica, mientras se mantenga un diseño general. El motor cognitivo consta de los siguientes conjuntos importantes de módulos:
Módulos modeladores del ambiente.- Manejan el reconocimiento y el conjunto de información para dominios específicos. El radio, el usuario y los dominios de operación (incluyendo seguridad) son modelados, interpretados y son reportados para el centro de aprendizaje.
Módulos creadores de soluciones.- Es el núcleo que genera una solución viable según el panorama actual del problema en sí (incluyendo el ambiente, los objetivos del usuario, los recursos disponibles, etc.).
Módulos para la base de conocimientos.- Está contenida en el dominio de una base de datos que relaciona esos datos como información situacional, criterios de funcionamiento y como principios generales de razonamiento y aprendizaje.
Módulo para el motor cognitivo.- Provee una interconexión entre sí mismo y cada dominio. Para el dominio del radio, una plataforma de radio con una interfaz independiente está construida con la cual el motor cognitivo pueda monitorear, configurar y controlar diferentes hardwares de radio sin cambiar su propio algoritmo [28].
Para el sistema del radio cognitivo, el diseño del dominio de conocimiento debe permitir mecanismos de razonamiento y aprendizaje para las aplicaciones de radio. Donde se puedan elegir metodologías eficientes para la observación y modelado del dominio de la información útil y se abstraiga tal información con una representación general para los mecanismos de razonamiento y aprendizaje, y así poder establecerlo como el centro de aprendizaje en el sistema de Radio Cognitivo. Además de implementar un idioma adecuado para describir tal dominio de conocimiento para la transferencia de información entre unidades inteligentes.
La representación del dominio del conocimiento es llamado un perfil. Se debe entender que en el sistema del radio cognitivo está considerado como el centro del radio, los usuarios y los dominios de práctica, definimos los siguientes perfiles del dominio del conocimiento relacionados con la interfaz de la radio:
El perfil del ambiente del radio: Contiene la información reconocida del ambiente
del radio, incluyendo la ocupación del espectro de energía, del formato de la forma de onda en los canales de interés, y las oportunidades disponibles del enlace.
El perfil del desempeño: Contiene un conjunto de parámetros métricos como la
evaluación de la función del radio, las reglas de codificación básica, el rendimiento específico de los datos, consumo de poder, etc. Esta métrica esta en una plataforma independiente y así puede ser aplicada a los diferentes sistemas de radio hardware. La definición del perfil de la plataforma del radio: Contiene la lista de recursos
funcionales de radio disponibles, su relatada capacidad de procesamiento en términos del rango dinámico y los modos de operación, y sus características funcionales como dependencias, manejador reglas, etc.
Perfil de la forma de onda: Contiene el nivel de las funciones de comunicación
representadas por las especificaciones de la forma de onda como la frecuencia trasportadora, el esquema de modulación, la forma del pulso, la tasa del símbolos, el esquema de codificación, el formato de la unidad de la información, los protocolos de control de acceso al medio, etc.
El perfil de la configuración de la plataforma de radio: Contiene el conjunto de
parámetros para la configuración de la plataforma de radio que implica los requerimientos de la forma de onda y las operaciones de enlace. La configuración de plataformas específicas y los ajustes internos están sujetos a las funcionalidades requeridas del radio.
El dominio del conocimiento representado en la forma del dominio de los perfiles permite la independencia de la metodología del procesamiento de la información sobre el contenido específico de la información. Para el sistema de radio cognitivo, se asegura que las estructuras generales de los mecanismos del razonamiento y aprendizaje pueda ser diseñados y aplicados a través de dominios múltiples. Un ejemplo del razonamiento y los procesos de decisión del radio cognitivo con perfiles de dominios múltiples es mostrado en la Figura 2.8.
Definición del perfil de la plataforma de radio
Perfil de la forma de onda Perfil de la configuración
del radio Perfil del ambiente
de radio Perfil de servicio
al usuario Perfil de operación Motor cognitivo Codificación Área operacional Crear solución Formular solución
Figura 2.8.- Radio cognitivo con perfiles de dominio.
El motor cognitivo toma la definición del perfil del radio para establecer el espacio, tomar el ambiente, los planes de acción y los perfiles del usuario para formar las dimensiones y los límites de su cobertura para darle el soporte y tomar del ambiente del radio, el plan de acción y los perfiles del usuario para formar los objetivos del funcionamiento y los razonamientos asociados, a fin de dar una solución viable que pueda ser proyectado y optimizado. La solución generada es entonces formulada dentro de la forma de onda y los perfiles de la configuración del radio con un formato estándar que puede ser aplicada a las diversas plataformas de radio [29].