Radio cognitive et intelligence artificielle

Radio cognitive & Intelligence Artificielle
Faculté des Sciences et Techniques Fès Université Sidi Mohamed Ben Abdellah
Réalisé par : BENOUINI Rachid
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FST 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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1
2
4
3
Introduction
Radio cognitive
Le Plan
Introduction
Radio cognitive

3
Introduction
Radio cognitive
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 ?

4
Introduction
Radio cognitive
Problématique
Les types de radio
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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Introduction
Radio cognitive
Problématique
Les types de radio
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 »
Introduction
Radio cognitive
Problématique
Les types de radio
L'idée

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Introduction
Radio cognitive
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
Physique
radio
cognitive
réseau
cognitif
radio logiciel
restreint

8
Introduction
Radio cognitive
Définition
Architecture
Fonctions
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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Introduction
Radio cognitive
Définition
Architecture
Fonctions
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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Introduction
Radio cognitive
Définition
Architecture
Fonctions
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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Introduction
Radio cognitive
Définition
Architecture
Fonctions
Cycle de cognition de Mitola
Orient
Plan
Apprend
Décide
Observe
Action
Immédiate Urgent
Monde extérieur
Nouveaux
états
Normal
Radio Cognitive

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Introduction
Radio cognitive
Définition
Architecture
Fonctions
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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Introduction
Radio cognitive
Définition
Architecture
Fonctions
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.

14
Introduction
Radio cognitive
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

15
Introduction
Radio cognitive
Langage pour RC
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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Introduction
Radio cognitive
Langage pour RC
● 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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Introduction
Radio cognitive
Langage pour RC
● 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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Introduction
Radio cognitive
Langage pour RC
● 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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Introduction
Radio cognitive
Langage pour RC
● 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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Introduction
Radio cognitive
Langage pour RC
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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Introduction
Radio cognitive
Langage pour RC
● 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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Introduction
Radio cognitive
Langage pour RC
● 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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Introduction
Radio cognitive
Questions
Questions ?

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Introduction
Radio cognitive
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.. ?
Introduction
Radio cognitive
Problématique
Les types de radio
Annexe

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