توصيفگر ها :
راديوشناختمند , يادگيري عميق , يادگيري جمعي , OFDM , حسگري طيف , شبكههاي عصبي
چكيده فارسي :
با توسعه اينترنت، افزايش تقاضا در حوزه اينترنت اشيا جهت تبادل دادههاي بيسيم به دليل رشد بيسابقه دستگاههاي همراه و برنامههاي كاربردي مبتني بر اينترنت، در حال افزايش است. اين رشد سريع در تعداد محصولات اينترنت اشيا، نيازمند توجه جدي به بهرهوري انرژي و مديريت طيف است. اين در حالي است كه ميزان بهرهبرداري (در زمان و مكان) از طيفهاي تخصيصيافته به كاربران داراي مجوز، بين 15 تا 85 درصد متغير است. ازطرفي دسترسي به طيف گرانبها بوده و محدوديتهايي را دارد. در همين راستا، براي استفاده بهينهتر از باندهاي فركانسي و افزايش بهرهوري آن و پيداكردن راهحلي براي مشكل بين اتلاف طيف فركانسي و محدود بودن آن، مفهوم راديوشناختمند مطرح گرديده است. فناوري شبكة راديوشناختمند استفاده مجدد و دوباره از باندهاي فركانسي تخصيصيافته را امكانپذير مينمايد. در شبكه راديوشناختمند مدلهاي مختلفي براي دسترسي به طيف فركانسي پيشنهاد شده است كه يكي از متداولترين آنها مدل درونبافي است. در اين مدل كاربران ثانويه قبل از ارسال داده، اقدام به حسكردن طيف فركانسي كرده و درصورتيكه كانال را خالي از كاربر اوليه يافتند، ارسال خود را آغاز مينمايند. در همزيستي ميان شبكه اوليه و ثانويه، تداخل تحميل شده به كاربران اوليه در اثر ارسال داده كاربران ثانويه اجتنابناپذير است. اين تداخل بايد در سطح خاصي نگاهداشته شود. تداخل مذكور، ازيكطرف ناشي از خطاي حسكردن طيف و از طرف ديگر ناشي از بازگشت كاربر اوليه به طيف در حين ارسال كاربر ثانويه است. از سوي ديگر، يادگيري ماشين و يادگيري عميق بهعنوان زيرمجموعههاي هوش مصنوعي، در تشخيص طيف و تشخيص كاربر اوليه از روشهاي سنتي بهتر عمل ميكنند. در الگوريتمهاي يادگيري ماشين و شبكههاي عصبي، قدرت استخراج خودكار و دقيق اطلاعات پنهان از دادهها باعث بهبود چشمگير كارايي در تشخيص ويژگيها و الگوها ميشود. اين روشها، به دليل هوشمندي و انعطافپذيري بيشتر، توانايي پاسخ به تنوع گستردهاي از كاربران را دارند و با افزايش حجم دادهها بهصورت بهتري عمل ميكنند. اين پيشرفتها، يادگيري ماشين و يادگيري عميق را به ابزارهاي كارآمد و كليدي تبديل كرده است.
اين پژوهش با بهرهگيري از ساختارهاي عصبي عميق، پيكربندي لايههاي شبكه مربوطه و انجام پردازشهاي مناسب، به نتايج قابل قياسي با پژوهشهاي قبلي دستيافته كه اين فرايند در سه ساختار مختلف مورد بررسي قرار گرفته است. ساختارها مبتني بر يادگيري ماشين بوده كه براي تشخيص هوشمندانه طيف جهت شبكههاي راديوشناختمند استفاده ميشود. ساختار عصبي عميق داراي توانايي استخراج انرژي سيگنال و شباهتهاي پيشوند چرخشي جهت تشخيص سيگنال OFDM به طور كارآمد و بدون هيچگونه دانش اوليه است تا ويژگيهاي مختلف قابلتوصيف و غيرقابلتوصيف سيگنال OFDM استخراج گردد. بهمنظور ارزيابي عملكرد سه ساختار پيشنهادي، معيارهاي مختلفي مانند ماتريس درهمريختگي، مساحت زير منحني، مقدار تلفات، منحني مشخصه عملكرد گيرنده (ROC) و احتمال تشخيص براي سيگنال به نويزهاي مختلف مورد مقايسه قرار گرفته است. نتايج بهدستآمده نشان ميدهد در مقايسه با روشهاي مطرح پيشين، در فاز سوم به دليل همكاري بين يادگيرندههاي ضعيف و قوي، عملكرد ساختار پيشنهادي به طرز چشمگيري بهبوديافته است.
چكيده انگليسي :
The proliferation of mobile devices and web-based applications has led to a significant increase in demand for wireless data exchange within the Internet of Things (IoT). Consequently, a growing need to focus on energy efficiency and spectrum management arises, especially with the increasing entry of IoT products into the market. Despite a utilization rate of only 15-85% of the spectrum allocated to licensed users, access to the spectrum remains limited and costly. To address this issue, cognitive radio technology has emerged as a potential solution to reduce spectrum frequency waste and overcome existing limitations. Cognitive radio networks enable the reuse of allocated frequency bands; one widely adopted model is the interweave model, wherein secondary users scan the frequency spectrum before transmitting data. If primary users are not actively utilizing the channel, secondary users are granted access to transmit their data. However, this approach introduces the challenge of potential interference with primary users during the transmission of secondary users. In this context, machine learning and deep learning, both subsets of artificial intelligence, have demonstrated superiority over traditional methods in spectrum detection and primary user detection. The inherent capability of machine learning algorithms and neural networks to automatically and accurately extract hidden information from data renders them more intelligent and flexible, allowing for improved performance with increasing data volumes and diverse user scenarios. This research focuses on employing deep neural structures, configuring relevant network layers, and applying appropriate processing techniques to achieve comparable results to prior studies. The investigation centers on three distinct structures based on machine learning to enable intelligent spectrum detection in cognitive radio networks. The proposed deep neural structure effectively extracts signal energy and cyclic prefix similarities for efficient Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) signal detection without the need for prior knowledge. Furthermore, it enables the extraction of various describable and indescribable features of the OFDM signal. Various metrics, such as the confusion matrix, area under the curve, loss value, Receiver Operating Characteristic (ROC) curve, and detection probability for different signal-to-noise ratios, were employed to evaluate the performance of the proposed structures. The results indicated significant performance improvement in the third phase due to the collaboration between weak and robust learners compared to previous methods. In conclusion, this study demonstrates the potential of employing machine learning and deep neural structures for intelligent spectrum detection in cognitive radio networks. The findings highlight the effectiveness of these techniques in mitigating spectrum frequency waste and improving overall network performance, thus contributing to the advancement of wireless communication systems within the IoT paradigm.