認知網絡體系及認知行為模型

【摘要】本文分析了認知網絡理論體系中的環境感知、數據挖掘、智能決策與網絡動態配置存在緊密的內在邏輯性。提出了基于OSI的認知網絡分層行為模型，在傳統分層網絡的每一層引入反饋環，使各層具有認知功能。

【關鍵詞】認知網絡；行為模型；理論體系

1.基本概念

認知網絡是指網絡能夠感知外部環境，通過對外部環境的理解與學習，實時調整通信網絡內部配置，智能地適應外部環境的變化。專用認知網絡是指通信網絡能夠感知專用環境，通過對專用環境的理解與學習，實時調整通信網絡內部配置，智能地適應專用環境的變化。

2.認知網絡理論體系

圖1給出了認知網絡的理論體系。該理論體系從人類的認知特性出發，以系統工程方法論、信息處理與人工智能為基礎，圍繞認知將環境感知、數據挖掘、智能決策與網絡動態配置緊密有機地結合在一起。

在認知網絡理論體系中，環境感知、數據挖掘、智能決策與網絡動態配置存在緊密的內在邏輯性，其關系如圖2所示。其中，環境感知包括對無線環境和網絡環境的感知。幾者間的關系可描述為：環境感知為數據挖掘提供基礎；數據挖掘為智能決策提供依據；智能決策確定了網絡重構的具體目標；網絡重構的實施使得網絡能夠動態適應環境。

3.認知網絡行為模型

傳統的OSI網絡結構模型是基于分層協議棧的思想設計的，這種分層模型只能通過接口協議在上下層之間進行相互通信。這種單純的上下層交互模式已經不能適應認知網絡對環境快速感知、智能決策等要求。由于認知網絡的認知特性，需要在傳統分層網絡的每一層引入反饋環，使各層具有認知功能，能夠從外界環境中獲得必要的信息，并且各層需要全向的信息傳遞，從而實現信息橫向、縱向的全交互。圖3以OSI網絡分層模型為例，將OODDA環引入模型的各層，并簡要分析它們在各層的作用和關鍵技術。

在物理層引入認知過程的目的是對周圍的物理環境進行感知。首先認知網絡需要對物理環境進行觀察和分析，然后認知網絡通過對之前的物理環境信息的收集和整理進行定向。在決策階段，認知網絡需要對信道的進行確認，主要包括信道狀態估計和信道容量預測等。之后，認知網絡根據之前的決策對網絡進行調整，選擇合適的調制方式。

數據鏈路層認知過程的主要目的選擇合適的調度策略。首先認知網絡收集鏈路狀態的信息，進而獲得的信息做出決策，確定感知時間和感知頻率，選擇合適的感知方式和介質接入控制方式，決定競爭合作策略和調度機制策略等。

網絡層的認知過程的主要目的是獲知周圍的網絡拓撲，選擇最佳的路由策略。首先在觀察過程中，認知網絡需要完成網絡狀態信息的收集和進行鄰居發現的工作，從而獲得周圍網絡拓撲的情況以便進行定向。在決策階段，認知網絡需要新路由的判據，確定路由策略及轉發參數。最后，認知網絡需要更新的路由策略重新設置路由，并對有效的路由進行再學習。

應用層認知過程的目的是更好了解用戶和業務的需求，從而更好地提供服務。認知網絡需要對用戶和業務的需求進行感知，進而確定業務類型的歸屬，確定QoS等級，重新協調業務的類型，為業務提供安全可靠的服務。

4.結論

傳統的分層協議棧無法靈活地適應無線移動環境的變化，信息逐層傳遞的交互模式在很多情況下也已經無法滿足環境高度動態變化的要求。因此為了保證認知網絡的可靠連接和應用的順利完成，保證各層之間快速的信息交互，保證認知網絡有效地進行調整和重配置，在認知網絡中引入跨層機制是十分必要的。 [科]

【參考文獻】

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