Когнитивті радио жуйе

Когнитивті радио жасанды  интеллект пен радиобайланысты  біріктіреді. Бұл көпсалалы, дәстүрлі байланыс пен радио-электрлік жобаларды, информатикалық түсініктерді біріктіретін бағыт [7].

Спектрді реттеушілердің когнитивті радио технологиясына тікелей  қызығушылық көрсету себебі, ол осы  технологияның ұсынатын негізгі  мүмкіншіліктеріне және әдістемелеріне деген қызығушылық. Бұл жаңа мүмкіншіліктер бір мақсатқа үлкен географиялық аумақтарға (кейде бірнеше мемлекеттер  аумағына) фиксирленген жиіліктерді  бекіту өте тиімсіз екенін мойындайды. Бүгінгі таңда жиілікті осы түрде  үлестіру спектрлік ресурстарды  өте тиімсіз пайдалануға әкеп соғады. Құрама Штаттарындағы Байланыс бойынша федералды комиссия (FCC) және Телекоммуникациялар мен ақпарат бойынша Ұлттық әкімшілік (NTIA), сонымен қоса, басқа мемлекеттердегі реттеуші органдардың қарастырылатын басты мәселесі спектрді тиімді пайдалануды қамтамасыз ететін жаңа инновациялық технологияны жобалау.

Шынымен, басқа желілермен әрекеттескендегі интерференцияны төмендету мақсаты  және басқа да мақсаттарды когнитивті радио арқылы автоматтандыруға болады. Когнитивті радио арқылы реттеуіш тарату саясатын бұдан да жоғары деңгейде атқара алады. Сонымен қатар, құрал-жабдықтар мен инфрақұрылым қолжетімді жиілік, қорек көзі, толқын пішіні, географиясы және жабдық мүмкіншіліктері сияқты қойылған белгілі тәжірибелік шектік шарттарды қанағаттандырады деп күтуге болады. Сөйтіп, радио мақсатқа жетуде кез-келген протоколды және құралды қолдана алады.

Қазақстан Республикасында  да көптеген жаңа инновациялық жобалар  дамуда, келешекте басталатын жобалар  саны да күннен күнге артуда. Сондықтан, әрбір жаңа сымсыз байланыс саласындағы  технологияның тұрақты жұмысын  қамтамасыз ету үшін спектрді тиімді қолдану мәселесін шешкен жөн. Бұл  жобаның негізгі мақсаты Қазақстан  Республикасында кең қолданыс тапқан сымсыз байланыс технологиясына жаңа когнитивті радио қосымшасын енгізу. Ол үшін жаңа қолданысқа енетін радио құрылғыларды жаңадан бағдарламалау қажет. Ол құрылғылардың негізгі параметрлерін бұзбайды, тек жаңа тиімді қосымшаларды қосады [8].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 Қазақстан Республикасындағы сымсыз байланыс технологиялары

 

Сымсыз байланыс технологиялары дегеніміз  радиотолқындарды қолданып мәлліметтерді  тарататын технология болып табылады. Арнайы мәліметтерді тарату үшін желілерді  құру қажет пе? Мәліметтерді телефон  арнасы арқылы (модем) жіберуге болады, бірақ оларды дестелі режимде  жіберу тиімдірек. Дестелі режимді  жүкті жүк таситын көлікпен автострада арқылы жеткізумен салыстыруға болады: жүк болмаса, көлік жіберілмейді. Ал телефон арналары үздіксіз жұмыс  істейтін конвейерге ұқсайды: сөйлегенде құм себіледі, үндемесең – себілмейді. Бұдан автостраданың өткізу қабілеті өте жоғары екенін көріп отырмыз, себебі, автострадаға жүк таситын  көлік толған сайын жүріп отырады, ал конвейерді қолдансақ, автостраданы көптеген тар конвейерга бөліп тастап, әрқайсысын бөлек қолданамыз. Ал телефон желісі осы екінші принципке негізделеді. Сондықтан дестелі режим магистральді байланыс жолдарын қолдануды үнемдейді.

Әртүрлі жиіліктер диапазондарын, радиотолқындар модуляциясының әр түрлерін және әртүрлі антенналарды қолданып, эфирде «байланыс арналарын» ұйымдастыруға  болады. Радиоарналардың бірнеше  түрін қолданып қосылулардың бірнеше  түрін ұйымдастыруға болады [9].

Мысалы, сіз көлік кептелісінде тұрсыз, сіздің жолағыңызда қаланың  барлық көліктері жиналған, ал көршілес жолақ кең әрі бос, бірақ ол жолмен жүруге сіздің лицензияңыз жоқ. Қазіргі спектрді қолдану осы жағдайға ұқсайды, кейбір жиіліктер кең қолданысқа енген, ал кейбіреулері тіпті қолданылмайды. Когнитивті радио осы қолданылмайтын жиілік спектрлерін қолдана отырып жұмыс атқаратын технология болмақшы. Бұл ең басты сымсыз байланыс технологияларына арналған жаңашылық. Елімізде сымсыз байланыс технологиялары шапшаң түрде дамуда. Сондықтан, әрбір жаңа сымсыз байланыс саласындағы технологияның тұрақты жұмысын қамтамасыз ету үшін спектрді тиімді қолдану мәселесін шешкен жөн. Бұл жобаның негізгі мақсаты Қазақстан Республикасында кең қолданыс тапқан сымсыз байланыс технологиясына жаңа когнитивті радио қосымшасын енгізу. Ол үшін жаңа қолданысқа енетін радио құрылғыларды жаңадан бағдарламалау қажет. Ол құрылғылардың негізгі параметрлерін бұзбайды, тек жаңа тиімді қосымшаларды қосады.

Когнитивті радио жасанды  интеллект пен радиобайланысты  біріктіреді. Бұл көпсалалы, дәстүрлі байланыс пен радио-электрлік жобаларды, информатикалық түсініктерді біріктіретін бағыт.

 

 

 

 

 

 

 

5 Жобаны жүзеге асыру  үшін таңдалатын жабдықтар

 

Ең басты қарастырылатын жағдай ол когнитивті радионың негізі ретінде  өлшемдері бағдарланатын радионың (SDR) қолданылуы. Бұл бөлімді SDR-дің жабдықтық және бағдарламалық қамтамасыз етілуін қарастырудан бастаймыз. Көзге көрінетін айқын ерекшеліктермен қатар екі технологиянық жабдықтық және бағдарламалық қамтамасыз етілуінде жасырынды айырмашылықтары да бар. Жалпы алғанда, жабдықтық қамтамасыз етілуінде ол жабдықтың мүмкіншіліктерін сараптайды. Мысалы, анықталған радиожиілік – тек белгілі бір жиілікке дейін таралады, мәліметтерді түрлендіруші өткізу қабілеттілігінің ең жоғары мәнін таңдауы мүмкін, ал процессор секундына қанша миллион команда (MIPS) орындайтынын шешеді. Бағдарламалық қамтамасыз етілуі, керісінше, орындалу механизмі ретінде қарастырылады. Мысалы, (1) сигналдарды өңдеу – кітапханасы модуляцияның түрлерін қолдайды, (2) операциялық жүйесі көпағындылықты қолдауы мүмкін, немесе (3) аралық бағдарламалық қамтамасыз етілудің белгілі орындалуы аталудың құрылымдарын қолдауы мүмкін. Сондықтан, мұндай ерекшеліктерді ескере отырып, жабдықтық қамтамасыз етілуді өнімділіктің жоғарғы шегі ретінде, ал бағдарламалық қамтамасыз етілуін қолданылатын функциялар мен мүмкіншіліктердің минималды жинағы ретінде қарастырып өтеміз [4].

Жүйе үшін қолданылатын жабдықтың  құрылымы үлкен өнімділікті қамтамасыз ету керек. 5.1 (a) суретінде негізгі радиоқабылдағыш көрсетілген. Ал 5.1 (b) суретінде радиоқабылдағыштың негізгі сәулетінің мысалы ретінде жобалық шешім көрсетілген.

 

Сурет 5.1. (a) Жалпыланған когерентті радиоқабылдағыштың компонентті құрылымы және мәліметтер ағыны. (b) Сандық жүйелерге жобаланған жалпыланған когерентті радиоқабылдағыштың компонентті құрылымы және мәліметтер ағыны.

 

Суретте көрсетілген сәулеттің  құрам бөліктерін қарастырайық.

Радиожиіліктің келбеті. Көптеген радиолар қанағаттандыратын  өнімділік деңгейіне резонансты ұзындықты пассивті өткізушіден  тұратын антенна арқылы жетеді. Бірақ бізге керегі функциялары әмбебаб антенна, 2 МГцтен 2 ГГцке дейінгі диапазонды алатын антеннаның ауыстырып-қосқышты басқаратындай қабілеті болу қажет. Мысалы, электронды басқарылатын антенна немесе MIMO күрделі антеннасы.

Келесі сыртқы құрамдас бөлігі – радиожиіліктің қуатын күшейткіш.

Қабылдап-таратқыш фильтрлам  мен күшейткіштерден тұрады.

Сигналдардың динамикалық  диапазонын қабылдаушы күшейтуді автоматты реттеуші арқылы өңдейді.

Аналогды-сандық түрлендіргіштер. Уақыт өте келе үлкен өзгерістерге ұшырай қойған жоқ.

Модем. Әртүрлі өңдеу  мен түрлендірулерден кейін қабылданған  сигналдар қайта құрылып, хабарлама  алынады.

Қатені алдын-ала жөндеу. Арналық  кодтау-декодтау элементі болып табылады.

Өңдеудің орта деңгейі. Құрылымдық ақпаратты, адресацияны, қателерді  табу, инкапсуляция, дефрагментация функцияларын орындайды.

Пайдаланушының қосымшасы. Ұялы телефон, мәліметтерді тарату желілері немесе ноутбук және тағы басқалары болуы  мүмкін.

 Жобалық шешімдер. Кейбір құрам бөліктері басқаша орналасқан. Сигналдарды өңдеуге жеке қадамды бөлмей, оны орта жолда орындаған тиімді, сондықтан функционалды бөліктерді демодуляторға дейінгі бөлікке жылжытамыз. Математикалық тұрғыдан, бұл процесстердің орнын ауыстырғанымен, соңғы ақпараттың мәні бұзылмайды. Бұл жүйенің жалпы өнімділігін арттыруға мүмкіндік береді [4].

 

 

5.1 Бағдарламалық қамтамасыз  етуді жобалау

 

Бағдарламалық қамтамасыз етуді жобалау  когнитивті радионы жобалаудағы  басты бөлімі. Бұл бөлімде саясат механизмі, жасанды интеллект, сигналдарды  өңдеудің жетілдіріген тәсілі, желілік  протоколдар қарастырылады.

Саясат механизмі. Радиотаратқыштар – жетілген технология. Ең басты ережесі пайдаланушылар арасындағы интерференцияны болдырмау немесе азайту. Бұл құрамдас бөлікте когнитивті радионың барлық функциялары ескерілуі қажет.

Жасанды интеллект. Жасанды интеллект көптеген жылдар бойы зерттеушілердің қызығушылықтарын тудыруда. Жасанды интеллекттің әдісі агентті қолдану.  Агент – сезетін және жұмыс атқаратын объект. Когнитивті радиоға сай келетін агенттің ақылды түрлері бар. Бізге белгілі ақылды агенттердің төрт түрі бар: қарапайым шағылған агент, үлгіге негізделген шағылған агент, мақсатқа негізделген агент, утилитаға негізделген агент [1].

Қарапайым шағылған агент құрылғыға еңгізілген параметрлерді орындайды, күйін сақтамайды, үйренбейді, ортаға бейімделмейді.

Үлгіге  негізделген шағылған агент қарапайым шағылған агентке ұқсайды, бірақ соңғы еңгізілген параметрлерді есінде сақтайды. Минималды деңгейдегі агент.

Мақсатқа негізделген агент  қоршаған ортаға бейімделіп, мақсатына  сай келетін параметрді таңдайды. Кері байланыстың болмауына байланысты үйрену деңгейі шектеулі.

Утилитаға негізделген агент үйрену және бейімделу функцияларын қолданады, қоршаған ортада ең оңтайлы параметрді таңдау мақсатымен тәжірибелер өткізуге дайын.

Сигналдарды  өңдеудің жетілдіріген тәсілі. Жүйеішілік бағдарламалар сигналдарды коммуникациялық өңдеуге арналған: модуляция, демодуляция, қателерді алдын-ала жою, коррекция, сүзгілеу және тағы басқалары.

Желілік протоколдар. Когнитивті радио өзінің анықтамасына сай көптеген протоколдарды қолдауы тиіс. Басты протоколдар ретінде маршрутизация протоколдарын қолдану тиімді [1].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Қорытынды

 

Қазақстан Республикасында  да көптеген жаңа инновациялық жобалар  дамуда, келешекте басталатын жобалар  саны да күннен күнге артуда. Сондықтан, әрбір жаңа сымсыз байланыс саласындағы  технологияның тұрақты жұмысын  қамтамасыз ету үшін спектрді тиімді қолдану мәселесін шешкен жөн. Бұл  жобаның негізгі мақсаты Қазақстан  Республикасында кең қолданыс тапқан сымсыз байланыс технологиясына жаңа когнитивті радио қосымшасын енгізу. Ол үшін жаңа қолданысқа енетін радио  құрылғыларды жаңадан бағдарламалау  қажет. Ол құрылғылардың негізгі  параметрлерін бұзбайды, тек жаңа тиімді қосымшаларды қосады [9].

Осы есептің бірінші бөлімінде  тәжірибе өтілген компания туралы мәлімет  келтірілген. Бүгінгі таңда Қазақстанда  электронды үкімет жобасы қарқынды дамуда. Бұл жобаның басты жауапты  орындаушысы «Kazsatnet» ҰК» АҚ болып табылады. Бұл жоба түрлі қолайлы е-қызметтерді қамтиды, бұл қызметтер арқасында Интернет арқылы үйде отырып айыппұлдарды төлеуге, баланың тууын тіркеуге және тағы басқа нәрселерді жасауға мүмкіншілік туындауда. Компания ұстанатын саясаттың бағыттары өте көп. Үкімет қаулысы бойынша Kazsatnet міндеттеріне жоғары эффективті әлеуметтік-экономикалық міндеттерді шешуге бағытталған және ақпаратты қорғаудың бірыңғай саясатын қамтамасыз ететін ақпараттық технологияларды құру, мәліметтерді тарату саласында ғылыми-зерттеулік және тәжірибелік-конструкторлық жұмыстарды жүргізу жатады.

Есептің екінші бөлімінде бейімделгіш  жүйелердің үлгісі – когнитивті радио  қарастырылған. Бұл диплом жобасының  атауына сай және жетекшіден алынған  тапсырма болып табылады.  Бұл бейімделгіш жүйелер басқа технологиялардың қатарында енгізіліп, тәуелсіз дамып, кез-келген радиобайланыс қызметтерінің жүйелерінде қолданылуы мүмкін. Когнитивті радиожүйелері – зерттеу аймақтары болып табылады. Когнитивті функцияларды қолданатын жүйелер енгізілуде, кейбір әкімшіліктер бұндай жүйелерді қолдануды қолдайды (мысалы, жиіліктерді динамикалық таңдау құрылғылары және ақ кеңістікте жұмыс істейтін құрылғылар).

Когнитивті радио мен  желілер есептеуіш интеллектуалды технологиялардың аса жоғары сапалы, тиімді қосымшалары ретінде дамуда. Идеалды когнитивті радионың мақсаты, ол радио-қолдаушы ақпараттық қызметтерді  белгілі бір тұтынушының белгілі  қалауларына ыңғайластыру.

Есептің үшінші және төртінші бөлімдері қойылған мақсаттарды  және жүзеге асырылу аймақтарын бөліп  көрсетеді.

Ал бесінші бөлім  осы технологияны еңгізуде қолданылатын негізгі жабдықтар туралы мәліметті  береді.

Жалпы тәжірибені өту кезінде  төрт жыл бойы алынған теориялық  білімді тәжірибе жүзінде қолдануға  мүмкіндік туды. Тәжірибе орындарында  түрлі жүйелердің жұмысымен таныстық, жұмыста қажетті техникалық дағдыларды игердік.

Пайдаланылған дерек көздер тізімі

 

1 Bruce Fette. Cognitive radio technology. - Academic Press. 2009

2 О компании АО «НК "Kazsatnet». http://www.kazsatnet.kz/.

3 Связь государственной важности или компания Kazsatnet. http://www.bnews.kz/.

4 Alexsander M. Wyglinsky. Cognitive Radio Communications and Networks. - Academic Press. 2010

5 Mitola J. III. Cognitive Radio. An Integrated Agent Architecture for Software Defined Radio. Kista: Royal Institute of Technology, 2000. 313 p.

6 Системы радиосвязи с программируемыми параметрами и когнитивного радио. https://www.itunews.itu.int/.

7 Когнитивное радио – что это такое. http://www.venture-biz.ru/.

8 Петербургское «умное» радио. http:// www .spbit.ru/.

9 Беспроводные сети и передача данных. http://www. kunegin.narod.ru/.

10 Oрысша-қазақша және қазақша-орысша сөздік. http://www.sozdik.kz/.

11 Мирманов А.Б., Наурыз К.Ж., Кенебаева Д.Б., Клюева П.Ю.:

Дипломдық жоба орындауға арналған әдістемелік  нұсқаулық. Астана. 2009.

12 Кенебаева  Д.Б. «РЭТ» кафедрасының ӘН  «Коммутация жүйелері». 2009.