radio cognitive et intelligence artificielle

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Radio cognitive & Intelligence Artificielle

Faculté des Sciences et Techniques Fès Université Sidi Mohamed Ben Abdellah

Réalisé par : BENOUINI RachidFST Fès 2013 - 2014

Introduction Radio cognitive Application d’intelligence artificiel Domaines d’application

MSIR FST Fès 2014-2015 Les réseaux cognitifs & Intelligence Artificielle

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Le Plan


Introduction

Radio cognitive

Application d’intelligence artificiel

Domaines d’application

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Problématique Les types de radio

Introduction


Les ressources spectrales sont devenues de plus en plus précieuses avec la prolifération rapide de standards et de services de radiocommunication.

Il est aujourd’hui largement reconnu que les systèmes sans fil de communications numériques n’exploitent pas l’intégralité de la bande de fréquence disponible, on appelle ces ressource spectrales non exploité des espaces libres ou des opportunités.

le problème donc est comment exploiter ses espaces libres ?

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Introduction


De cela née du besoin d’introduire la notion de cognition dans le réseau pour objectif de :

● Management flexible des ressources spectrales● Qualité du service● Sécurité● Contrôle d’accès

La cognition est un terme scientifique qui sert à désigner l'ensemble des processus mentaux qui se rapportent à la fonction de connaissance comme :

● l'intelligence, le raisonnement● l'apprentissage● la résolution de problèmes● la prise de décision● la perception ou l'attention …

La cognition

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Les types de radio


● Software capable radio modulation fixe petit nombre de fréquences● Software Programmable radio possibilité d’ajouter nouveaux fonctionnalités par programmation● Software-Defined Radio (SDR) peux ajuster tous les paramètres par logiciel

● Aware Radio peux percevoir tout ou une partie de son environnement

● Adaptive Radio peux modifier les paramètres d’operateur● Cognitive radio Conscient, apprend et s’adapte

Les types de radio

Développement technologique/logicielles

Cognitive radio

Adaptive Radio

Aware Radio

Software Defined Radio

Software Programmable

radio

Software capable

radio

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L'idée de la radio cognitive a été présentée officiellement par Joseph Mitola à un séminaire à KTH, l'Institut royal de technologie, en 1998. Publié plus tard dans un article en 1999.

Mitola combine son expérience de la radio logicielle ainsi que sa passion pour l'apprentissage automatique et l'intelligence artificielle pour mettre en place la technologie de la radio cognitive. Et donc d’après lui :

« Un radio cognitive peut connaître, percevoir et apprendre de son environnement puis agir pour simplifier la vie de l'utilisateur »



L'idée


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Définition Architecture Fonctions

Définition


L’une des principales caractéristiques de la radio cognitive est la capacité d’adaptation où les paramètres de la radio (fréquence porteuse, puissance, modulation, bande passante) peuvent être modifiés en fonction de : l’environnement radio, la situation, les besoins de l’utilisateur, la coopération des utilisateurs, l’état du réseau, la géolocalisation,...etc.

Radio cognitive (RC)

Mais il faut différencier entre un réseau cognitif et un radio cognitive (CR) car un réseau cognitif il couvre toutes les couches du modèle OSI, pas seulement les couches 1 et 2 comme avec (CR) qui est publier par [Mitola].

Application

Présentation

Session

Transport

Réseau

Liaison

Physiqueradio

cognitive

réseau cognitif

radio logiciel restreint

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Exemple d’accès dynamique au spectre (DSA)


Un radio conventionnel vois un spectre radioélectrique comme un mure d’interférences inutilisable pour les communications en raison de fortes interférences.

Mais un radio cognitive observe les spectres radioélectrique en grand détails et le vois comme des fenêtres d’opportunités. Et permet d’identifier les trous pour transmettre le signale.

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Exemple d’accès dynamique au spectre (DSA)


Spectre licencié

(Spectre libre)Opportunité

Utilisateur primaire

Utilisateur secondaire

Continue la communication

Fréquence

Temps

Utilisateur primaire

Pour qu’un radio cognitive (utilisateur secondaire) établie une communication sur un réseau licencié (primaire) il observe l’activité de transmission des utilisateurs primaires, et en se basent sur certaines connaissances (disponibilité, coopération de l’utilisateur primaire, taux d’erreur, etc.) et il prendre une décision quel spectre a choisir.

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Architecture


Utilisateurs

Environnement (emplacement, température,

accéléromètre)Réseaux Radio ou

autres

La perception sensorielle

Les applications

système

Les capteurs de l'environnement local

Les fonctions locales

effectrices

Les fonctions de la

cognition

Les fonctions radio

logicielle restreint

Radio Cognitive

les services médias indépendants comme

un jeu en réseau

synthèse de la parole, du texte, des

graphiques et des affiches multimédias

les systèmes de contrôle, de planification, d'apprentissage

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Cycle de cognition de Mitola


Orient

Plan

Apprend

Décide

Observe

Action

Immédiate Urgent

Monde extérieur

Nouveaux états

Normal

Radio Cognitive

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Fonctions


● Détection du spectre : Pour détecter le spectre non utilisé et le partager sans interférence avec d'autres utilisateurs.

● Gestion du spectre : Capter les meilleures fréquences disponibles pour répondre aux besoins de communication des utilisateurs. L’analyse des spectres et la prenne de décision, qui dépend de l’environnement qui peut être :

non-coopératif coopératif

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Fonctions


● Partage du spectre : Fournir la méthode de planification du spectre équitable entre tous les utilisateurs de la radio cognitive existant.

● Mobilité du spectre : C’est le processus qui permet à l’utilisateur de la radio cognitive de changer sa fréquence de fonctionnement.

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Les techniques d’intelligence artificielle Langage pour RC

Intelligence artificielle et Radio cognitive


Les techniques d'intelligence artificielle (IA) pour l'apprentissage et la prise de décision peuvent être appliquées à la conception de systèmes efficaces de la radio cognitive.

Architecture de la radio cognitive avec l’apprentissage automatique

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Intelligence artificielle et Radio cognitive


● La base de connaissances : maintient les états du système et les actions disponibles.

● Le moteur de raisonnement : utilise la base de connaissance pour choisir la meilleure action.

● Le moteur d’apprentissage : effectue la manipulation des connaissance basées sur l’information observée (par exemple des information sur la disponibilité des canaux, le taux d’erreur dans le canal).

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Les techniques d’intelligence artificielle


● Réseaux de neurones ● Logique floue● Algorithmes Meta heuristiques● Modèle de Markov caché ● Système à base de règles ● Les ontologies ● Système à base de cases

Les technique utilisées

Les radios cognitives doivent avoir la capacité d'apprendre et d'adapter leur transmission sans fil selon l'environnement radio ambiant. Pour cela des algorithmes intelligentes sont utilisés pour observer l'état de l'environnement sans fil, construire des connaissances sur l'environnement et prendre des discisions a fin d’introduire la notion de cognition au réseaux.

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● Réseaux de neurones Un réseau de neurones multicouches peut être utilisé pour modéliser et évaluer les performances des réseaux IEEE 802.11.

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● Algorithmes Meta heuristiques Algorithmes génétique, recherche tabou, colonie des Fourmies.

> Utilisés pour adapter et optimiser les paramètres du radio logicielle restreint.> Utilisés pour l’optimisation du problème de recherche des opportunités dans

le spectre (spectre libre).

● Modèle de Markov caché Utilisé pour modéliser des processus statistiques complexes. Et aussi pour la classification et la prédiction.

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● Système à base de règles Basé sur les connaissances des experts sous forme de règle :

" SI condition ALORS actions " Utilisé pour la diagnostique et l’évaluation des réseaux sans fil rurales.

● Les ontologies Pour introduire de la sémantique dans la radio cognitive, pour qu’il soit conscient de son environnement et aussi pour introduire l’interopérabilité entre les SDR. Il existe encore plusieurs techniques :

● Système à base de cases● Logique flou ● …

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Langage pour la radio cognitive


Pour qu’un radio cognitive puisse poser des questions et accéder aux information il est plus important d’avoir des langages standards :

● SDL : exprime aisément l’état des machines radio, les diagrammes d'ordre de message, et les dictionnaires des données relatifs.

● UML : exprime aisément un logiciel objet, y compris des procédures, des cas d'utilisation, etc.

● IDL : définit par CORBA pour les Interfaces et l’encapsulation des objets.

● KQML : Knowledge Query Manipulation Language, Pour l’échange des connaissance par deux primitives ask, tell.

● KIF : pour la traitement axiomatique des ensembles, relations, frames, ontologies.

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● Coexistence de différentes technologies sans fil : Les nouvelles technologies sans fil (IEEE 802.22) sont en cours d'élaboration pour la réutilisation des fréquences radio allouées à d'autres services sans fil (service TV), La radio cognitive est une solution qui fournit la coexistence de ces différentes technologies et services sans fil.

● Services de cyber santé (eHealth services): La plupart des dispositifs médicaux de soins utilisés sont sans fil et sont sensibles aux EMI (interférences électromagnétiques). En outre, différents dispositifs biomédicaux (équipement et appareils chirurgicaux, de diagnostic et de suivi) utilisent la transmission RF. Dans ce cas la radio cognitive peuvent être appliqués pour l'utilisation du spectre de ces dispositifs mais doit éviter toute interférence avec l'autre.

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● Réseaux d'urgence : les réseaux de sécurité publique et d'urgence peuvent profiter des concepts de la radio cognitive pour fournir la fiabilité et la flexibilité de communication sans fil.

● Réseaux militaires : Avec la radio cognitive, les paramètres de la communication sans fil peuvent être adaptés de manière dynamique en fonction du temps et de l'emplacement ainsi que de la mission des soldats.

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Questions

Questions ?


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Annexe


“La seule façon de résoudre le besoin des gens à communiquer sans fil est de trouver de nouvelles technologies, car ne nous pouvons pas créer de nouvelles fréquences.“ Dr. Martin Cooper, inventeur du

téléphone mobile et ex-président de Motorola.

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L'Internet et la téléphonie mobile ne sont que des étapes dans l'évolution des architectures réseaux. Dans un futur proche, les 7 milliards de périphériques électroniques existant actuellement seront interconnectés dans un nouveau réseau, appelé ''Internet of Things''.

Cette évolution soulève des questions théoriques et technologiques majeures :

● Comment interconnecter autant de nœuds ? ● Quelle densité pour quelle connectivité ?● Comment se partager les spectres radiofréquence ?● Quels nouveaux standards ? ● Comment réconcilier BlueTooth, ZigBee, WiFi, UMTS, EDGE, etc.. ?



Annexe
