Święty Graal komunikacji bezprzewodowej

Utopijna wizja doskonałych systemów bezprzewodowych zyskuje coraz więcej zwolenników. Minie jednak sporo czasu zanim komunikację zapewniać nam będą radiowe sieci kognitywne, a "myślące radio" pojawi się w naszych domach.

Utopijna wizja doskonałych systemów bezprzewodowych zyskuje coraz więcej zwolenników. Minie jednak sporo czasu zanim komunikację zapewniać nam będą radiowe sieci kognitywne, a "myślące radio" pojawi się w naszych domach.

Co to znaczy kognitywne?

Kognitywne, czyli poznawcze. Radio kognitywne (Cognitive Radio, CR) to system komunikacyjny, który może wnioskować o otaczającej je rzeczywistości (patrz rysunek). Wnioski te mają służyć podejmowaniu decyzji dotyczących sposobu komunikacji ze światem. Radiowe sieci kognitywne, budowane w oparciu o CR, będą w stanie uczyć się reakcji użytkowników, dostosowywać się do ich upodobań i przy okazji efektywnie wykorzystywać dostępne zasoby radiowe (pasmo częstotliwości).

Schemat ideowy radia kognitywnego

Schemat ideowy radia kognitywnego

Puśćmy na chwilę wodze fantazji i załóżmy, że posiadamy już takie urządzenie w kieszeni. Jesteśmy obecnie w hotelu na zagranicznej konferencji i po jej zakończeniu udajemy się taksówką na lotnisko. W taksówce mamy chwilę, żeby przejrzeć wideoprezentację, którą nadesłał nam nasz przełożony. Nasze radio kognitywne w hotelu służyło nam do wykonywania kilku rozmów głosowych, które nie wymagały szerokiego pasma tylko łącza z niewielkim opóźnieniem (GSM był w tym momencie zupełnie wystarczający). W taksówce jednak potrzebujemy innego rodzaju łącza. Ponieważ nasze urządzenie wie, że jesteśmy teraz za granicą i jedziemy taksówką, szuka dla nas innej technologii (np. UMTS) i automatycznie rekonfiguruje się (rekonfiguruje się przede wszystkim głowica radiowa i całe jej sterowanie wraz z anteną), całkowicie niezauważalnie dla użytkownika. Zbliżając się do lotniska nasze urządzenie zacznie szukać najtańszego operatora rozmów głosowych (VoWLAN, ponownie GSM) i w miarę możliwości zarezerwuje zasoby radiowe dla przyszłych połączeń.

Wizję takich w pełni inteligentnych urządzeń w sierpniu 1999 przedstawili Joseph Mitola III oraz Jerry McGuire, w przełomowym artykule na łamach czasopisma IEEE Personal Communications. Autorzy rozwinęli wizję systemu radiowego, gdzie gros funkcji dotyczących komunikacji (przetwarzanie sygnałów) odbywa się poprzez sterowanie programowe (czyli Software Defined Radio - SDR) do postaci, w której system taki mógł sam stać się samodzielnie "myślący". Na marginesie Mitola jest uznawany za twórcę pojęcia Software Defined Radio (choć nie samej jego koncepcji - ta jest dziełem ewolucyjnego myślenia wielu pokoleń inżynierów telekomunikacji). W oryginalnej koncepcji autorów CR, oparte na SDR, zaopatrzono w dodatkową warstwę logiczną, która odpowiada za uczenie się i wnioskowanie. Cała trudność implementacji radia kognitywnego polega na tym, by radio było przygotowane na komunikację w standardach i pasmach, o których inżynier nie miał pojęcia w momencie jego programowania.

Zarezerwowane, ale niewykorzystane

Wprowadzenie idei radia kognitywnego zbiegło się z interesującą obserwacją. Choć wydaje się, że całe pasmo częstotliwościowe większości rozwiniętych państw świata nie pozostawia miejsca na wprowadzenie nowych usług, to większość już zarezerwowanych częstotliwości jest wykorzystywana w niewielkim stopniu. Przykładowo w Stanach Zjednoczonych podczas krajowej konwencji Demokratów w 2005 r. w Nowym Jorku całkowite wykorzystanie pasma nie przekroczyło 20%. Wydaje się, że również w Polsce można zaobserwować takie zjawisko (wynikające z prostego faktu, iż penetracja rynku technologiami bezprzewodowymi nie jest tak wysoka jak w USA). Dlaczego zatem radio kognitywne ma być przypisane jednej tylko częstotliwości, gdy może ono obserwować pasmo radiowe i uczyć się, które częstotliwości są wolne i z nich korzystać?

Przykładowy pomiar wykorzystania częstotliwości na kanale, częstotliwość nośna 811 MHz (komunizacja mobilna, systemy rozgłoszeniowe, np. TV analogowa i cyfrowa) w miejscowości Heerhugowaard, Holandia, dokonany w połowie 2005 r. (dzięki uprzejmości Agentschap Telecom, Holandia).

Przykładowy pomiar wykorzystania częstotliwości na kanale, częstotliwość nośna 811 MHz (komunizacja mobilna, systemy rozgłoszeniowe, np. TV analogowa i cyfrowa) w miejscowości Heerhugowaard, Holandia, dokonany w połowie 2005 r. (dzięki uprzejmości Agentschap Telecom, Holandia).

Kognitywna standaryzacja

Obecnie kilka niezależnych grup zajmuje się standaryzacją zagadnień dotyczących radia kognitywnego.

IEEE 1900 (Komitet standaryzacyjny IEEE systemów radiowych następnej generacji i zarządzania pasmem, http://www.ieeep1900.org ) to grupa powstała w 2005 r., której celem jest standaryzacja wszelkich aspektów związanych z radiem kognitywnym. Komitet podzielony jest na grupy robocze. Grupa 1900.1 zajmuje się standaryzacją wszelkich definicji, koncepcji i pojęć związanych z CR. Grupa 1900.2 ma za zadanie zdefiniowanie właściwych praktyk związanych z zarządzaniem interferencją pomiędzy urządzeniami radiowymi. Celem 1900.3 jest standaryzacja procedur testowania oprogramowania sterującego SDR (SDR wydaje się naturalnym fundamentem budowy CR). 1900.4 zajmuje się standaryzacją sygnalizacji pomiędzy urządzeniami mającymi dostęp do wielu różnych interfejsów radiowych (np. GSM, UMTS, WLAN), co pozwala na optymalne wykorzystanie dostępnych zasobów radiowych. W ramach grupy 1900 działa również nieformalna grupa 1900.A, której celem jest ustalenie właściwych praktyk przy certyfikacji urządzeń CR. W ramach 1900 uczestniczą takie firmy, jak: Motorola, LG Electronics, Sun Microsystems czy Booz Allen Hamilton (jedna z większych firm prawniczych na świecie).


TOP 200