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1 Préparé par : M.BOUZANA Zouheyr Année Universitaire 2014/2013 Introduction au

1 Préparé par : M.BOUZANA Zouheyr Année Universitaire 2014/2013 Introduction aux Réseaux Intelligents Exemple : Systèmes de Radio Cognitive –CRS- (Cognitive Radio System) 2 I. Introduction La récente et rapide évolution des technologies sans fil entraine une forte demande en termesde ressources spectrales afin de fournir les services souhaitables et essayer de satisfaire les utilisateurs en termes de haut débit et la qualité des services (QoS).Pour pallier à ce problème il faut une bonne gestion du spectre et donc une utilisation plus efficace de celui-ci. Et compte tenu de la demande croissante du spectre radioélectrique, les technologies nouvelles et émergentes devraient permettre une utilisation globale plus souple et plus efficace. C’est le cas notamment de deux technologies: celle des systèmes radio définis par logiciel et celle des systèmes radio cognitifs(Les technologies de radiocommunication de prochaine génération utiliseront le spectre plus souplement). Le progrès que cela suppose ne supprime toutefois pas la nécessité de continuer de déterminer, à l’échelle mondiale, des bandes de fréquences harmonisées pour permettre la mise en œuvre des services mobiles large bande de demain (IMT Advanced) qui exigeront des débits de données élevés. A partir de cet exposé, on va parler sur un parmi ces deux nouvelles technologies en cours de développements qui sera les systèmes radio cognitif (CRS), en étudiant les définitions, les caractéristiques, architecture ainsi que les avantages et les inconvénients de ce système. Notre expose sera divise en 3 chapitres, le premier est réservé à la définition technique de ce système, en suite en passe à présenter son architecture et en termineras par la citation de ses avantages et inconvénients. II. Historique L'idée de la radio cognitive a été présentée officiellement par Joseph Mitola III à un séminaire à KTH, l'Institut royal de technologie, en 1998, publié plus tard dans un article de Mitola et Gerald Q. Maguire, Jr en 1999 [MIT 99].Connu comme le « Père dela radio logicielle». Dr. Mitola est l'un des auteurs les plus 3 cités dans le domaine. 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 : « Une radio cognitive peut connaître, percevoir et apprendre de son environnement puis agir pour simplifier la vie de l'utilisateur » On profite l’occasion à ce moment de vous fournir la définition du système de la radio défini par logiciel (SDR). III. Définitions : III.1. Un système radio défini par logiciel (SDR)émetteur et/ou récepteur de radiocommunication utilisant une technologie qui permet de régler ou de modifier au moyen d'un logiciel les paramètres d'exploitation RF, par exemple la gamme de fréquences, le type de modulation ou la puissance de sortie (la liste n'est pas exhaustive), à l'exclusion de modifications des paramètres d'exploitation qui interviennent pendant l'exploitation normale préinstallée et prédéterminée d'un appareil de radio conformément à une norme ou à une spécification de système. III.2. Un système radio cognitif (CRS) est un Système de radiocommunication qui utilise une technologie lui permettant d'obtenir des informations sur son environnement opérationnel et géographique, sur les principes en vigueur et sur son état interne; cette technologie lui permet aussi d'adapter de façon dynamique et autonome ses paramètres et protocoles d'exploitation en fonction des informations obtenues, pour pouvoir atteindre des objectifs préalablement définis, et de tirer parti des résultats ainsi obtenus. Le SDR Forum (élaboration des normes industrielles du matériel et du logiciel des technologies, en ce moment il mène des travaux de recherches sur la radio cognitive et l’efficacité du spectre) et le groupe de travail P1900 de l’IEEE ont approuvé en Novembre 2007 cette définition : "Une radio intelligente est une radio dans laquelle les systèmes de communications sont conscients de leur environnement et état interne, et peuvent prendre des décisions quant à leur mode de 4 fonctionnement radio en se basant sur ces informations et objectifs prédéfinis. Les informations issues de l’environnement peuvent comprendre ou pas des informations de localisation relatives aux systèmes de communication". Le principe de la radio cognitive, repris dans la norme IEEE 802.22, nécessite une gestion alternative du spectre qui est la suivante : un mobile dit secondaire pourra àtout moment accéder à des bandes de fréquence qu’il jugelibre, c’est-à-dire, non occupées par l’utilisateur dit primaire possédant unelicence sur cette bande. L’utilisateur secondaire devra les céder une fois le service terminé ou une fois qu’un utilisateur primaire aura montré des velléités de connexion. On entreprend actuellement de modifier la norme IEEE 802.16 (WiMAX) par le biais de la norme IEEE 802.16h afin de prendre en charge lacoexistence et la collaboration dans le même canal. La norme IEEE 802.22, qui vise la coexistence avec les microphones et les systèmes de télévision, présente des caractéristiques semblables. Les deux normes mettent en application les techniques de la radio cognitive. Un Réseau Cognitif coordonne les transmissions suivant différentes bandes de fréquences et différentes technologies en exploitantles bandes disponibles à un instant donné et à un endroit donné. Il a besoin d’une station debase capable de travailler sur une large gamme de fréquences afin de reconnaître différents signaux présents dans le réseau et se reconfigurer intelligemment. Un CRS n'est pas un service de radiocommunication, mais un système qui utilise une technologie qui peut être mis en œuvre dans un large éventail d'applications dans le service mobile terrestre. Un système dans le service mobile terrestre en utilisant la technologie CRS doit fonctionner conformément au Règlement des radiocommunications (RR) régissant l'utilisation d'une bande particulière, comme c'est également le cas pour n'importe quel système mobile terrestre ou dans tout autre service. L'introductionet le déploiement desystèmes de radiocommunication cognitifsnécessiteencoredes études supplémentaires surlesquestions techniques et opérationnelles. 5 III.3. Relation entre radio cognitive et radio logicielle restreinte L’une des principales caractéristiques de la RC 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, l’état du réseau, la géolocalisation,...etc. La radio logicielle est capable d’offrir les fonctionnalités de flexibilité, dereconfigurabilité et de portabilité inhérentes à l’aspect d’adaptation de la radio cognitive. Par conséquent, cette dernière doit être mise en oeuvre autour d’une radio logicielle. En d’autres termes, la radio logicielle est une "technologie habilitante" pour la radio cognitive. Dans un modèle simple, les éléments de la radio cognitive entourent le support radio logicielle restreinte. IV. Caractéristiques techniques et capacités Les trois caractéristiques techniques (voir fig. 1) qui caractérisent un CRS sont les suivantes: a) la capacité d'obtenir la connaissance de son environnement radio opérationnel et géographique, son état interne, et les politiques établies, ainsi que de surveiller les tendances d'utilisation et les préférences des utilisateurs. Ceci peutêtre accompli, parexemple,pardétection despectre, en utilisant une base de données, et/ ou la réceptiond'informationsde contrôle et degestion; b)la capacitéd'ajusterdynamiquementet de manière autonomesesparamètreset les protocoles opérationnelsselon les connaissancesen vue d'atteindredes objectifsprédéfinis, par exemple,une utilisation plusefficace du spectre, et c)la capacitéd'apprendreà partir des résultatsde sesactionsafind'améliorer encoreses performances. 6 Internal state Learning Obtaining knowledge Decision and Adjustment C R S Outside World Figure 1: Déroulement de l’information entre les caractéristiques d’un CRS. Les flèches sur la figure 1 représentent le flux d'informations entre les caractéristiques techniques d'un CRS. Par exemple, le monde extérieur comprend des informations sur l'environnement radio, les politiques établies, et les préférences des utilisateurs. L'état interne, d'autre part, représente des informations telles que les niveaux de répartition de charge de trafic et la puissance de transmission. Un CRS obtient des informations et surveille le monde extérieur et de ses états internes, et après le pré- traitement de l’information en connaissance utilise dans le processus d'apprentissage ainsi que dans le processus d’ajustement. V. Architectured’une radio cognitive Mitola a défini l’architecture d’une radio cognitive par un ensemble cohérent de règles de conception par lequel un ensemble spécifique de composants réalise une série de fonctions de produits et de services. 7 Figure 2: Architecture d’un système de radio cognitive. Les six composantes fonctionnelles de l’architecture d’une radio cognitive sont: 1. La perception sensorielle (Sensory Perception : SP) de l'utilisateur quiinclut l'interface hépatique (du toucher), acoustique, la vidéo et les fonctions dedétection et de la perception. 2. Les capteurs de l'environnement local (emplacement, température,accéléromètre, etc.) 3. Les applications système (les services médias indépendants comme un jeuen réseau). 4. Les fonctions SDR (qui incluent la détection RF et les applications radio dela SDR). 5. Les fonctions de la cognition (pour les systèmes de contrôle, deplanification, d'apprentissage). 6. Les fonctions locales effectrices (synthèse de la parole, du texte, desgraphiques et des affiches multimédias). L'architecture du protocole de la radio cognitive est représentée dans la figure ci-dessous. Dans la couche physique, le RF est mis en œuvre à base de radio définie par logiciel. Les protocoles d'adaptation de la couche MAC, réseau, transport, et applications doivent être conscients des variations de l'environnement radio cognitif. En particulier, les protocoles d'adaptation devraient envisager l'activité du trafic des principaux utilisateurs, les exigences de transmission d'utilisateurs secondaires, et les variations de qualité du canal… Pour relier tous les modules, un contrôle radio uploads/Management/ expose-zouheyr-sur-les-systemes-intelligents-exemple-crs-2014.pdf