Bibliografie selectiv[1] P.Bourret,J.Reggia,M.Samuelides," Rseauxneuronaux, une aproche connexioniste de lIntelligence Artificielle",Teknea Toulouse,1991[2] I.Ciocoiu "Reele neurale artificiale", 2000[3] L.O.Chua and T.Roska "Cellular Neural Networks. Premiries and Foundations ",Notes course Berkeley,1997[4] D.Dumitrescu, H.Costin, "Retele Neuronale", Editura Teora, 1996 [5] S.Haykin "Neural Networks" Mcmillan Publishing Co.,Englewood Cliffs,1994[6]Herv Abdi,"Les Rseaux de neurones ", Presses Universitaire de Grenoble, 1994[7] Hecht-Nielsen "Neurocomputing" Addison-Wesley Publishing Company, 1990[8] T.Kohonen Self-organisation and Associative Memory, Springer Verlag, Berlin Heidelberg, 1989[9] B.Kosko "Neural Networks and Fuzzy Systems",Prentice Hall, Englewood Cliffs, NJ,1992[10] T.Roska and J.Vandewalle "Cellular Neural Networks" John Wiley & Sons Ltd.,1993[11] I.Zurada " Introduction to Artificial Neural Systems. Learning and Applications,West Publishing Co.,Wien,1992[12] ***"Student Edition of Mathlab V4, User's Guide, Prentice Hall, Englowood Cliffs, NJ, 1995[13]Yu Hen Hu, Jeng-Neng Hwang, Handbook of Neural Networks. Signal Processing, CRC Press, 2002Reviste" IEEECommunications Magazine"" IEEE Transactions on Communications"" IEEE Transactions on Circuits and Systems"" IEEE Transactions on Neural Networks""Neural Computation"" IEEE Transactions on Communications"" IEEE Transactions on Networking"11. Introduceren 1876 experimentul lui Alexander Graham Bell care demonstra c vocea poate fi transmis la distan pe cabluri de cupru a marcat naterea telecomunicaiilor. Zece ani mai trziu erau 155.000 de telefoane n uz n SUA. Telecomunicaiile au avut o evoluie fr precedent n tiin, de la comutarea de circuite la comutarea de pachete de mare vitez, de la transmisiile prin cablurile de cupru la cele prin fibre optice, prin satelit i comunicaiile mobile. n prezent suntem martori ai unei revoluii tehnologice care va reconfigura ntreaga infrastructur, att a telecomunicaiilor ct i a informaticii. Creterea volumului de informaii vehiculate pe canalele de comunicaii, cererea de noi servicii i aplicaii la viteze din ce n ce mai mari, de ordinul gigabiilor pe secund (sau chiar Tbiilorau determinat nlocuirea reelei de telecomunicaii cu un sistem digital avansat B-ISDN (Broadband Integrated Services DigitalNetwork). Videoteleconferina , comunicaiile multimedia, televiziunea de nalt definiie, comunicaiile la distan interumane nsoitede realitate virtual (telemedicin, nvmntul la distan), servicii de comunicaiipersonalesuntcteva exemple de servicii care necesit integrarea reelelor telefonice cu reelele de calculatoare, pentru a se putea asigura transmisia att a semnalelorcontinue video /audio ct i acelornumerice.2. Caracteristicile reelelor moderne de comunicaiiReelele moderne de comunicaii, au un numr de mii de noduri, cu diferitetipuri de surse, diferite tipuri de trafic, care deservesc un numr variabil, foarte mare de utilizatori. Reelele care erau n principal orientate pe mbuntirea serviciilor vocale au evoluat spre comunicaiile multimedia. S-a ncetenit opinia c multimedia i videoconferinele vor reprezenta preponderent traficul viitorului. Toate aceste servicii necesit o band larg de frecvene ocupate. Exist aplicaii ca de exemplu bazele de date geospaiale care consum chiar mai mult band dect comunicaiile multimedia. Comunicaiile interumane, ca educaia i telemedicina, nsoite de realitate virtual necesit nu numai o band foarte mare dar i parametrii care definesc calitatea serviciului satisfctori (QoS quality of service).Deci scopul BISDN este s ofere o palet larg de serviciiunui numr ct mai mare, variabil de utilizatori, la diferite viteze (rate de bit) ntr-o manier eficient i la un pre accesibil. BISDNtrebuiesasigureintegrareareelelor prinsatelit cureelelemobile, celulare i cu reelele terestre. BISDN trebuie s garanteze compatibilitatea componentelor, conectivitate total (global roaming) n condiiile unei capaciti ct mai mari de transmisie, aunei vitezedeprocesarentimpreal i asatisfacerii parametrilor QOS. Vorbimnprezent deogeneraie3asistemelor detransmisiei seprefigureazdeja generaia 4G. Sistemele de comunicaie curente suport aplicaii multimedia i INTERNET. Ca de exemplu, sistemul Spaceway asigur o legtur de transmisie n jos cu viteze de pn la 100Mb pe secund i o capacitate total de 4,4 Gb/s.2Otehnologie cheie pentru B-ISDN, o reprezint modul de transfer asincron, al informaieiATM (AsynchronusTransfer Mode), prin care informaia este segmentat n pachete de lungime fix numite celule, ceea ce faciliteazcomutarea de mare vitez. O celul reprezint doar o parte din blocul de date de transmis. Fiecare celulare un antet care determin destinaia, permindastfel o rutaretransparent prin reea. Celula conine pe lng adresadestinaie i alte informaii necesare pentru o mai bun circulaie a acesteia prin canaluldecomunicaie. Celulelenusuntpreasignate, elesuntasignate itransmiseprin multiplexare n timpla cererea utilizatorului. n reelele ATM,comunicaia este orientatpe conexiune,utiliznd circuitul virtual la nivelul cel mai de jos.Transmisia ATM nu estelimitat la un tip de mediu de transmisie, putnd fi utilizat n toate mediile de comunicaie existente, cablu coaxial, cablu torsadat, fibre optice. Organizaia ATMForumrecomandfolosireaurmtoarelorinterfeefizicepentruATM: FDDI, Fiber Channel, SONET, Frame Relay i X.25.Tehnologia ATM ndeplinete cteva dintre obiectivele majore ale BISDN: suport toate serviciile existente n prezent, asigur o utilizare eficient a resurselor reelei, minimizeaz timpul de procesare n nodurile intermediare, suport viteze mari de transmisie, garanteaz performanele necesare pentru aplicaiile existente.nceeaceprivetedezvoltareaulterioarareelelor decomunicaii existmai multe scenarii caretoateaulabaztransmisiileprinsatelit, fiecutilizeaztehnicaATM, fie protocoalele INTERNET. Reeaua global trebuie s integreze reele ATM cu Internetul, dup cum se poate observa din arhitecturile prezentate n paragraful [].3. Caracteristicile traficului ntr-o reea de comunicaiiPrincipala caracteristic a traficului este c aproape toi parametrii si variaz, respectiv numrul utilizatorilor,topologia reelei, ratele de transfer ale informaiei, limea de band necesar. Astfel nctcerineletransmisiei difernfunciedeniveleledeserviciioferite utilizatorilor.Voceampachetatnecesitobandrelativredusdatdeovitezdetransmisiede aproximativ 8 kb/s, dar necesit o ntrziere redus pentru a asigura calitate la destinaie.Traficul video necesit o band mai larg, dat de o transmisie de 128-384 kb/s i de asemenea o ntrziere redus n transmisie.Traficul de date,respectiv de fiiere sau email poate accepta laten n transmisie fr depreciereaparametrilor QOS. Emailul necesit bandredus, dar transmisiadefiiere necesit band larg.Traficul se desfoar n rafale i modelarea sa este posibildoar n anumite condiiide constrngere i pentru aplicaii specifice. Presupunerea fcut n reeaua telefonic a distribuiei Poisson s-a demonstrat neviabil n transmisia de date.nteoria curenti n practic nc domin modelele exponeniale, care ns s-au demonstrat a fi adecvate doar la o scar limitat de timp. Nici unul dintre aceste modele nu este capabil s ilustreze exact proprietile traficului real. Limitrile algoritmilor convenionali se datoreaz n special necesitii modelrii exacte a problemei, ceea ce este foarte dificil de realizat n condiiile complexe ale traficului real. Fig.2 prezint comparativtraficul pe baza modelului Poissoni cel real, de tip J PEG (Joint Photographic Expert Group), adic digitizat i comprimat, al unei secvene din filmul 3Star Wars, la diferite scale de timp. Ambele secvene sunt prezentate din punctul de vedere al celulelor ATM, n coordonate numr de celule / interval de timp. Pecoloananti reprezentareaestedinpunctul devederelaslot-ului. Slotul este intervalul de timp egal cu timpul de transfer al unei celule ATM.Coloana doi reprezint aceleai secvene cu scala de timp schimbat, unitatea fiind slice-ul.Slice-ul corespunde la a treizecea parte dintr-un cadru.A treia coloan reprezint traficul din punctul de vedere al cadrului.Fig.2 TraficulATM (a)-(c) conform unui model Poisson(d)-(e) secven JPEG din filmul Star WarsCe se poate constata?. n general c exist mari diferene.Rafalele traficului real apar la momente de timp care nu corespundmodelului Poisson. Traficul Poisson se netezete pe msur ce intervalul de timp crete. Dimpotriv, traficul real este i la o scal de timp mai mare tot nrafale, aa cumera la scal redus. Forma debaz a traficului armas neschimbat. Deoarece traficul real are rate mari de variaie i este n rafale, el este complet diferit de imaginea ideal (static) a teletraficului din perioada telefoniei statice.n plus, n permanen apar servicii noi , cu caracteristici de trafic diferite, cereri QOS diferite de la reeaua de telecomunicaii.Obiectivul strategiei administrrii eficiente ATM este un nalt grad de utilizare, n timp ce se menine calitatea serviciilor. Proiectarea unei astfel de strategii utiliznd tehnicile de programaretradiionalenupoatefieficientdatoritgradului maredecomplexitate. Este 4necesar oschimbare radical de opinie, nsensul abandonrii teoriei ateptrii, cuo matematic exact.Este necesar s se neleag calitativ implicaiile caracteristicilor dominante ale traficului msurat.Pentruaurmri i controla parametrii traficului trebuie s se elaboreze rutine noi i complexe. Acestea au nevoie de o enorm cantitate de procesare, vitez de calcul i control n timp real.n acest context,reelele de comunicaiiale viitoruluitrebuie s fie sisteme adaptive iinteligente, pentruaasiguraflexibilitateaifiabilitateareelei, prediciaexact a parametrilor traficului, utilizarea eficient a canalului disponibil, administrarea optimizat n raport cu diferite medii, ntr-o permanent dinamic.n concluzie, nu modelarea stohastic i analiza cozii de ateptare reprezint rspunsul problemelor complexe pe care le ridic traficul modern ci tehnicile inteligente, ca de exemplu reelele neuronale.4. Parametrii de calitate ai serviciilorParametrii decalitateai serviciilor , definii deForumul ATM, sunt parametrii tehnici asociai unei conexiuni pentru un mai bun control al traficului. Printre acetia cei mai importani sunt: rata de pierdere a celulelor (CLR cell loss rate) reprezint procentulde celule care nu au fost livrate la destinaie, fiind pierdute n reea datorit congestiei i suprancrcrii cozilor de ateptare; rata de vrf a celulelor (PCR peak cell rate) este rata maxim de celule la care poate transmite utilizatorul; rata ntreinut a celulelor (SCR sustained cell rate) reprezint rata medie de transmisie a celulelor pe durata unei conexiuni; ntrziereacelulei datorattransferului (CTDcell transfer delay) estesumatuturor ntrzierilor unei celule de la intrarea n reea pn la punctul de ieire (ntrzieri de propagare n cozile de ateptare); variaia ntrzierii celulei (CDVcell delay variation) este variaia ntrzierilor n transferul unei celule de la intrarea n reea pn la punctul de ieire;Scopulmanagementului resurselor reelei decomunicaii dinpunctul devedereal parametrilor QOS este s mpart eficient accesul la resursele disponibile ntre diferitele tipuri de trafic, meninnd parametrii QOS.Reelele ofer dou tipuri de servicii: garantate i cu "best effort", adic cu cel mai bun efort. Pentruserviciile cu parametrii QOS garantai, reeaua garanteaz parametrii diferiilor utilizatori, adicminimul, maximul, unpragspecificat. nserviciilecu"best effort" parametrii QOS sunt n funcie de starea reelei. Transmisia emailu-lui este astfel asigurat. Nu exist nici o garanie a parametrilor serviciilor.5. Sisteme de comunicaii prin satelitSistemele de comunicaii 4G trebuie s asigure procesare n timp real, de mare vitez, servicii multimedia interactive, deci mai puine tolerane la erori i ntrzieri. Ele trebuie s funcionezelaanumii parametrii QOSi sasigureintegrarei compatibilitatentre componente. nprezent ateniacercettorilor seconcentreazasupratransmisiilor prin satelit, considerndu-le parte integrant a autostrzii informaionale.5Trendul n sistemele 4G este spre o reea global ce ofer servicii multimedia flexibile utilizatorilor, la cerere, oricnd i oriunde.Sistemele de transmisie de band larg, prin satelit pot fi bazate pe tehnologia ATM, cu OBP i OBS sofisticate i legturi intersatelii, sau pe transpondere (bent-pipe transponder relays). Proiectarea depinde de factori ca : acoperirea, cerinele traficului, utilizator i nu n ultimul rnd, costul.Amplasarea sistemelor prin satelit poate fi pe orbite: geostaionare GEO (geostationary orbit) , pe orbite medii MEO (medium sau midle earth orbit) joase LEO (low earth orbit), sau combinaii, dependent de acoperirea i serviciile prestate. Sistemele viitorului vor folosi satelii MEO i LEO. SatelitulGEO(geostationaryorbit) este amplasat la 22300 mile (35786) distan de suprafaapmntului i seroteteodatcuacesta..1mileste1,5km. Staiaterestr intete un singur punct n spaiu.Satelitul MEO este amplasat la o distan ntre 1000 i 22300 mile (35786) de suprafaa pmntului.Satelitul LEO este amplasat la o distan ntre 400 i 1000 mile de suprafaa pmntului se deplaseaz cu viteze mari, n jur de 8 km pe secund, sau 27400 km pe or, adic o revoluiecomplet la90min. nconcluzienusunt necesarelegturi ntresatelii i sistemele sunt adecvate pentru zone izolate.Dei gradul de acoperire GEO este un avantaj fa de MEO i LEO, timpul de ntrziere mai mare al transmisiilor le face mai puin adecvate ppentru aplicaiile interactive multimedia al sistemelor 4G. Pentru LEO ntrzierea este de ordinul a 10 ms, ptr. MEO 8o ms i ptr. GEO 250-270 ms. Alte ntrzieri datorate procesrii i transmisiei sunt de ordinul a 80-100 ms ptr. Traficul regional i 250-270 ms ptr. Traficul internaional pot fi limitative ptr. calitatea transmisiei. Sistemele LEO i MEO au alte carene: datorit deplasrii rapide exist ntreruperi ntre terminal i satelit (handover) ptr. operioad scurt de timp. Mobilitatea mare determin schimbri regulate n topologia reelei i transmisia este supus efectului Doppleriatenurilormulticanal (multipathfading)nplussistemeleLEOi MEO depind de legturileintersatelit pentru asigurarea acoperirii. Exist astfel risculs aparerori dejitter carealtereazvoceai performaneleQOS. Osoluiebunpentru problema de jitter este tamponul. Mai multe sisteme au fost folosite pn n prezent, dup cum se poate observa n Tabelul 1.Tabelul 16 Spaceway are 16 satelii GEO i 20 MEO n banda Ka(24-32 GHz), cu o vitez de transmisie de 16 kb/s -6Mb/s ptr. legtura n sus i 100Mb/s ptr. legtura n jos i o capacitate total de 4,4 Gb/s. Sistemul integreaz transmisiile de date de mare vitez cu Internetul i transmisiile multimedia. Skybridge are 80 satelii n banda Ku (10,7GHz-14,5 GHz) i o capacitate total de 4,5 Gb/s, respectiv 20 milioane de utilizatori.Fig.3Benzile de frecven din domeniul microundelorDac primele sisteme prin satelit erau n banda C (2,4-4,2GHz), proiectarea curent este orientat spre banda K (Ku i Ka). Aceasta a permis i rspndirea terminalelor cu apertur redus i n zonele n care sistemele celulare nu exist, implementarea lor fiind prea scump. Este de ateptat pe viitor s se utilizeze frecvene din ce n ce mai mari pe msur ce spectrul devine tot mai redus. Frecvenele nalte vor permite utilizarea unor terminale mai reduse i potenial obinerea unei mobiliti mai mari.Exist dou tipuri de topologii, dup cum se poate vedea n Fig.4. Subreeaua bazat pe satelit poate fi ultima legtura care conecteaz terminalele la Internet sau alte reele, ca n structura din stnga sau poate fi coloana vertebral a unui sistem global, ca n structura din dreapta.7 Fig.4 Dou tipuri de arhitecturi pentru sistemele de transmisie prin satelit nprimulcazutilizatorii demultimediai dedateacceseazunulsaumai multe servere printr-o legtur cu satelitul i o staie poart, Internetul i alte reele.Aceast arhitecturesteadecvatzonelor izolate, undear fi costisitor accesul princablusau legtur radio. Comunicaiile prin satelit au avantajul unei acoperiri largi, latoi utilizatorii din zona de acoperire.nal doileacazreeauaprinsatelit oferservicii depurttoare(carrier services) furnizorilor de servicii Internet. Pentru minimizarea numrului staiilor poarti creterea acoperirii Semnificaia notaiilor este urmtoarea: NCS Network Control Station este staia de control care asigur controlul general al resurselor reelei i operaiile de rutare;Staia de control (Network Control Station) este n sistemele geostaionare, n mod uzual, cte una pe satelit. Ea asigur controlul general al operaiilor i resurselor reelei. Staia de control asigur resursele radio staiilor poart conform unei strategii de planificare a resurselor pe termen lung. Nodul de control este responsabil cu rutarea i administrarea accesului. Ca de exemplu, actualizeaz locaiile, autentific, nregistreaz, terge i pltete, adic contorizeaz apelul. n sistemele non geostaionare aceste operaii se realizeaz n mai multe staii poart, n mod distribuit. GTW(Gateway stations)Staiile poart sunt staii terestre care asigur conectivitatea cu reelele terestre;ntr-un sistem pe orbit geostaionar plasamentul acestor staii i numrul lor depinde doar de solicitrile traficului. Acolo unde traficul este intens numrul staiilor terestre este mare. n sistemele non geostaionare numrul i amplasamentul staiilor poart depinde i de unele caracteristici de proiectare. De exemplu , ntr-un sistem pe orbit medie, fr legtur ntre satelii un numr mai mic de zece staii poate asigura conectivitatea total a utilizatorilor n majoritatea timpului. Un sistem pe orbit joas necesit zeci pn la sute de staii terestre, 8darnumrul lor poatefi redusutilizndlegturi ntresatelii. Toateterminalelefolosesc aceeai schem de acces i stiv de protocoale. SAU (Satelite adaptation unit) staia de adaptare a satelitului este o unitate special care asigur accesul la reeaua prin satelit. Ea realizeaz toate adaptrile de protocoale necesare de la terminalul utilizatorului la platforma de protocoale a satelitului. Include toate funciile nivelului fizic ale transmisiilor, adic codarea de canale, modulaia / demodulaia, procesarea semnalului de radofrecven.Ea furnizeaz o interfa de acces similar UNI (user network interface) ptr. ATM. Reeaua prin satelit trebuie s opereze cu diferite tipuri de terminale i cerine de transmisie, de la viteze de 816 kb/s pn la 144 kb/s (sau 384 kb/s)pentru terminale de uz personal, pn la 2048 kb/s sau mai mari, pentru restul utilizatorilor. ISL (Intersatellite link) legturi ntre satelii Scopul ISL este de a mri acoperirea i de a reduce numrul staiilor terestre. IWU(Interworkingunits) furnizezroamingntrereelei diferitestandarde pentru a evita ntreruperea recepiei unui anumit serviciu. OBS(Onboard switch) respectivOBP(Onboard processing unit)asigurmultiplexarea, demultiplexarea, codarea de canal / decodarea, comutarea rapid . Tehnologia ATM este uneori utilizat. Unitile de comutare ATM sunt experimentale i includ doar pri ale funciilor pe care ar trebui s le ndeplineasc comutarea ATM terestr. Majoritatea operaiilor ce necesit o mare putere de procesare sunt realizate terestru, ca de exemplu controlul admisiei i terminarea apelului.Toateaceste componente ale sistemului prin satelit colaboreaz ntre ele ptr. a asigura mobilitatea i suportul rutrii, la parametrii QOS necesari.9Fig. 5 Arhitectura unei reelei globale prin satelit Arhitectura unui sistem de al doilea tip este detaliat n. Fig. 5 .Terminaleleutilizatorilor funcioneaz pe baza mai multor protocoale standard, ATM sau INTERNET, prin intermediul crora se pot conecta la staia de adaptare a satelitului: ATM User Network Interface; Narrow Band-ISDN; Transmision Control Protocol / Internet Protocol; Frame Relay UNI; Public Switched Telephone Network;Interconexiunile spre alte pri ale reelei terestrede launitatea de control sunt realizate prin protocoalele aferente sistemul de semnalizare Nr 7 (Signaling System 7).Reeaua inteligent (IN Intelligent Network) este platforma de protocoale inteligente care asigurlocalizareainformaiei, funcionareai ntreinereantregului sistem. Earezolv problemele legate de rutarea apelului i mobilitatea personal i de terminal.Tendina actual este spre sisteme ce ncorporeaz terminale compatibile ATM, cu mari viteze de transmisie a datelor, astfel nct infrastructura unei reele BISDN devine esenial.Dup o prezentare succint a aspectelor arhitecturale tehnice ne vom ocupa de caracteristicile traficului ntr-o reea global de comunicaii. 10Reelele neuronale sunt unbun candidat deoarece asigur controlul adaptiv, flexibil, fiabil,optim i o vitez extraordinar de procesare.Tehnologiile de vrf ale OBP permit integrarea n acelai sistem a terminalelor mobile ieftine cu aplicaiile de mare vitez. Aceasta implic reducerea staiilor terestre, utilizarea de emitoare, receptoare de dimensiune redus, uoare i mobile. Se poate separa astfel legtura n sus de cea de transmisie n jos, n scopul optimizrii separate. Fiind necesar o putere de emisie mai redus i efectul neliniaritilor introduse de transpondere sau de canalele adiacente este mai redus. Caracteristicile eseniale ale OBP n transmisiile de mare vitez ale viitorului sunt flexibilitatea i reconfigurabilitatea.Acestea se refer la : Reprogramarea memoriilor de control ; Reconfigurarea staiilor terestre ; Asigurarea comutrii de pachete i de circuite ; Adoptarea a diferite strategii de control, i de flux ptr. Fiecare zon dependent de ncrcarea i de tipul traficului ;OBP trebuie s asigure servicii compatibile cu structura BISDN/TCP/ IP, servicii compatibile ptr. Aplicaiile de date i servicii video la cerere, servicii punct la punct i servicii multipunct.Comutarea poate fi integral pe satelit sau comutare parial sistat de staiile terestre. n primul caz, pe sateli se face toat procesarea i comutarea, echipamentul de pe satelit devine complicat i scump, dar staiile terestre sunt simplificate. n al doilea caz, staiile terestreasistprocesareai comutareadepesatelit, acrui echipament sesimplific. Sigurana n funcionare este astfel crescut.Se poate realiza OBP cu : Procesare i comutare n banda de baz ; Cu comutare pe frecvena intermediar ; Cu comutare rapid de pachete; Cu comutatoare fotonice n banda de baz ; Cu comutatoare ATM ;Dependent de tipul traficului, comutarea n banda de baz poate fi orientat spre circuit sau spre pachete.Oprovocareptr. tehnologiileviitorului oreprezintprocesareantimpreal, eficient.Astfel de tehnologii au aprut deja, ca de exemplu modulaia adaptiv,CDMA code division multiple acces .Modelul unui sistem de transmisie prin satelit Modelul simplificat al unui sistem mobil de transmisie prin satelit n banda de baz este prezentat n Fig. 11Traficul de comunicaii este asimetric ptr. legtura spre satelit i dinspre satelit.Legtura n jos necesit mai multe resurse n ceea ce privete banda alocat, viteza de transmisie i puterea necesar. De exemplu, sistemele mobile de transmisie prin satelit ce furnizeaz servicii Internet de mare vitez permit utilizatorilor accesul la date multimedia, ceeacenecesitocapacitatei ovitezmaredetransmisie. Legturade transmisie n sus necesit o capacitate mai mic i viteze mai mici, deoarece utilizatorii transmit cantiti mici de informaie, ca de exemplu: email, cereri de browsing, informaii de baz .Pentru acrete puterea semnalului sateliii se echipeaz cu amplificatoare de putere echipate cu tuburi cu und progresiv sau amplificatoare n stare solid. Acestea au o caracteristic de transfer neliniar att n ceea ce privete amplitudinea ct i faza, aa cum se poate vedea n figura de mai jos. Aceste distorsiuni sunt importante n special n schemele de modulare multinivel, ca de exemplu M-QAM (M array quadrature amplitude modulation).Transmitor i canal de transmisie n susAmplificatorde putereUmbrire,Transmisie multicanalReceptorSecveninformaiezgomot aditiv12Fig.1.7 Caracteristica de amplitudine a) respectiv de faz b) a unui tub cu und progresivFigurademai josprezintconstelaiaieirilorunuicanalneliniarpentruun semnal 64-QAM. SemnaleleM-QAMsunt mai eficientedinpunct devederespectral. Datorit neliniaritilor primele sisteme de transmisie prin satelit utilizau modulaii binare i BPSK, mai puin sensibile la neliniariti, dar ineficiente din punct de vedere spectral.Fig.1.8 constelaia unui semnal 64-QAM la intrarea, respectiv la ieirea unui canal neliniar.13Efectul deumbrireesteimportant laununghi deincidenmici apare datoritefectului deumbriregeometric- undaincidentnupoateiluminaporiunile umbrite de obiecte naltePropagarea undei pe ci multiple (multipath propagation) ndeprteaz semnificativ condiiile de propagare de cazul ideal i se refer la posibilitatea propagrii undei pe diferite traiectorii de la emitor la receptor.Exist 2 ci de propagare a undei: direct prin atmosfer indirect prin reflexie i refracie la suprafaa de separare ntre atmosfer i pmnt Propagarea pe cai multipleDeplasarea sateliilor i a terminalelor mobile determin caracterul aleatoriu i variant n timp al canalului de propagare. Cercetarea n ultimele dou decenii s-a concentrat pemsurareaimodelareadecanal attn mediul urban cti n celsuburban.Exist diferitemodelepentrudiferitebenzi. BandaKarespectiveaproximativintervalul 20-30 14GHz reprezint cea mai potrivit band de frecvene ptr. aplicaiile multimedia i Internet. Exemple sunt :1) modelul Loo 2) modele statistice multistareCercetrile viitoare vor include i exploatarea unor noi benzi de frecven ptr. a face fa cantitii tot mai mari de date ce trebuie vehiculat.Tehnicile moderne au ca obiectiv creterea eficienei spectrale i de putere.Eficiena spectral abilitatea unui sistem de a opera eficient ntr-o band de frecven alocatEficiena de putere - abilitatea unui sistem de a transmite informaie la un nivel ct mai mic de putereCaracteristicile modelului de canal ale viitorului s se bazeze pe o estimare precis i o modelare statistic a propagrii s conin efectele combinate ale atenurii datorate precipitaiilor, propagrii pe ci multiple i umbririi s ia n considerare schimbrile de stare, de exemplu cu sau fr umbrire s fie adecvat procesrii n timp realModelarea i estimarea corect i eficient este f.important pentru tehnicile noi: Procesarea adaptiv de semnal Modularea adaptiv codat Proiectarea cross-layerReelele neuronale sunt sisteme neliniare formate dintr-un numr mare de procesoare elementare, relativ simple care opereaz n paralel. Procesoarele interacioneaz ntre ele prinintermediul conexiunilor: excitatorii i inhibitorii, crora le sunt asociate ponderi. nvarea se realizeaz prin modificarea ponderilor conform unei reguli de nvare. Cursul nr. 2 Argumente pentru utilizarea reelelor neuronale n comunicaii15Ctevadintrecaracteristicileintrinseci aleRNsunt i argumentealeutilizrii lor n reelele de comunicaii :Neliniaritatea Reeleleneuronalesunt sistemecuintrri i ieiri multiplecarepot nvaorelaie neliniar ntre intrare iieire. Reelele neuronale nu au nevoie de modelul traficuluiReelele neuronale audemonstrat capacitatea de a rezolva probleme complexe fr cunotine exacte sau experien apriori Aadar nu este necesar un model al traficului ci o bun reprezentare a problemei.GeneralizareaReeleleneuronale(uneori acompaniatedelogicafuzzy)sunt capabilesaproximeze relaii complicate intrare-ieire selectnd intrrile semnificative i obinnd parametri caracteristici. Eleseadapteazi intrrilorafectatedezgomot i incomplete, furnizndi n aceast situaie rspunsul corect. Adic, reelele neuronale generalizeaz, genereaz soluia corect i n cazul n care la intrare se aplic date noi care nu au fost experimentate n timpul antrenamentului.Flexibilitatea Fiecare component a reelei neuronale ( numit neuron, perceptron sau unitate) este un procesor ce opereaz independent de celelalte procesoare din sistem, astfel nct, pentru rezolvarea unor probleme mai complexe, sistemul se poate extinde ntr-o manier modular, prin adugarea de procesoare fr a fi necesar reproiectarea.Tolerana la deteriorarentr-un mod similar sistemului nervos uman, performanele sistemului neuronal se degradeaz treptat nfuncie dedeteriorarea interconexiunilor saua funcionrii neuronilor. Datorit procesrii paralele i distribuite, reeaua va continua s funcioneze chiar i n condiii de deteriorare pn la pragul de avarie major.Viteza de procesareDatorit paralelismului i posibilitii de implementare hard, inclusiv implementri optice, reelele neuronale au o vitez extraordinar de procesare. S-au raportat viteze de Terra operaii pe secund pentru un chip de 1 cm2.Potenialul de procesarePotenialul de procesare al RN este extraordinar. Datorit caracterului neliniar i vitezei de procesare RN au un potenial de aplicabilitate deosebit, practic n toate domeniile de activitate uman apar n permanen noi aplicaii.Datorit tuturor acestor caracteristici RN: pot nva variaiile traficului din experien; se pot adapta la solicitrile dinamice ale reelei; prezice comportarea ulterioar a traficului;Optimizarea traficului utiliznd reele neuronaleReelele neuronale fac posibil rezolvarea problemelor din domeniul comunicaiilor i asigur o mbuntire a funcionrii i siguranei procesului de comunicaie. Ele ofer soluii de mare vitez n: caracterizarea i predicia traficului (estimarea calitii serviciilor);16 controlul admiterii conexiunii; controlul fluxului i congestiei; rutarea dinamic; controlul comutrii; proiectarea de reea; atribuirea de canal n reelele de comunicaii mobile;Caracterizarea i predicia traficuluiPentru controlul rapid i exact al traficului, n condiiile suprancrcrii reelei este necesar caracterizarea traficului i predicia sa. O RN este capabil s nvee funcia distribuie de probabilitate a traficului, s selecteze parametrii semnificativi statistici i s estimeze valorile previzibile ale lor. Deci caracterizarea, clasificarea i predicia traficului reprezint o aplicaie direct a RN.Aplicaiile uzuale sunt cu reele multistrat antrenate cu metoda retropropagrii erorii [][] i reelele neuronale pe baz de funcii radiale [].Controlul admiterii conexiuniiControlul admiterii apelului a fost una dintre primele probleme rezolvate cu reele neuronale datorit abilitii acestora de a se adapta la situaiile de schimbare a traficului.Controlul admiterii conexiunii este setul de aciuni luate de reea n timpul fazei de stabilire a apelului pentruadeterminadaccerereadeconexiune/ calevirtualpoatefi acceptatsau rejectat. Ocereredeconexiuneesteacceptatdoar dacsunt suficienteresursedisponibile pentrustabilireaapelului peparcursul ntregii ci laparametrii QoSsolicitai, parametrii de eficienaiutilizriiconexiuniii globaliai reelei,n condiiilemenineriiparametrilorcilor existente. Pentru aceasta trebuie evaluatgradulde disponibilitate curent ancrcriireelei i impactul adugrii de noi conexiuni. CACeste practic implementat prinrutare, controlul admisiei legturii, alocarea legturii i controlul comutrii.Ideea principal este de a nva RN o relaie ntre sosirea unei celule de la o anumit sursncadrul unei ferestrei bandaechivalentnecesarpentruasuportasursa. Simulrile indic o reducere a ratei de pierdere a celulelor i o utilizare eficient a reelei de comunicaii n cazul controlului admisiei conexiunii cu reele neuronale. Controlul fluxului i congestieiControlul fluxului i congestiei reprezint probabil cea mai important aplicaie n domeniul comunicaiilor. Apariia congestiei se poate datora mai multor cauze: viteza de prelucrare ainformaiilor dectreprocesoareleexistente n nodurilereeleifiind limitat, se ajunge n situaia ca numrul celulelor retransmise pe cile de ieire s devin tot mai mic datorit timpului afectat operaiilor de administrare la nivelul nodului; capacitatea de transport spre urmtorul nod poate fi depit dac pe mai multe ci de intrare se recepioneaz date ce trebuie dirijate spre aceeai ieire;Osoluieestefolosireamemoriilor tamponnnodurileintermediarepentrucaacesteas absoarb salturile traficului i s evite pierderea de celule. Dar introducerea memoriilor tampon produce ntrzieri nedorite , care reprezint un impediment major n diferite tipuri de servicii, ca de exemplu o conferin multimedia. Majoritatea mecanismelor de control ale congestiei dezvoltate pn n prezent sunt ineficiente. De aceea gsirea unui mecanism de evitare a congestiei n timp real fr degradarea calitii serviciilor este vital pentru comunicaiile moderne.RNaudemonstrat creprezintosoluiepromitoare. Majoritateaaplicaiilor utilizeaz reelemultistrat cualgoritmi denvarecucontrol [] saucompetitivi []. Experimenteleau condus la o pierdere semnificativ redus a celulelor i reducerea timpului de reacie.17Controlul comutriin nodurile de comutare bufferele de ieire trebuie s rezolve conflictele de comutare care apar atunci cnd mai multe celule sunt comutate simultan ctre aceeai legtur destinaie. Cnd sosesc prea multe celule simultan sau /i apar conflicte de comutare repetate registrele de ieire se vor satura i se vor pierde celule.Cozile de ateptare a celulelor pot fi amplasate fie la porturile de intrare, fie la cele de ieire avnd asignate prioriti n funcie de caracteristicile traficului.Strategiile de control cu RN ale comutrii au evoluat n general ca o soluie la problemele de optimizare.Oproblem celebr de optimizare este aceea a comis voiajorului. Acesta trebuie parcurgntraseul suNorae, trecndosingurdatprinfiecareora. Problemaestedea determina ordinea oraelor n traseu , astfel nct distana pe care o parcurge comis voiajorul s fie minim.Problema este de tip combinatorial,numrul variantelor ce trebuie testate fiind N! =1x2x3x.xN. Acest numr este relativ comod pentruvalorimicialeluiN,dar devinerapid foarte mare. Se spune c este o problem de tip NP- complet . ntr-un mod similar problemelor de optimizare, ponderile reelei Hopfield pentru comutareadepachetesunt alesenconformitatecumecanismul decomutare[]. Minimiznd funcia de energie asociat reelei neuronale, reeaua neuronal gsete regula de programare a pachetelor de la intrarea cozilor de ieire din comutator, evitnd blocarea la cap de linie (head of line blocking).Rutarea dinamicMajoritatea strategiilor de rutare sunt derivate din reeaua Hopfield. Cile de comunicaie alereelei primesc ponderi nconformitatecudiferite cereri. Toi algoritmii minimizeaz o funcie de cost (energie) asociate RN.Exist rezultate promitoare ale aplicrii reelelor neuronale celulare, ceutilizeaz metoda Manhattan pentru gsirea drumului cel mai scurt [].Ideea principal a algoritmului este distribuirea spaial a pachetelor n reea ct se poate de uniform. Aceasta se realizeaz uitiliznd strategia de rutarea drumuluicel mai scurt, metoda Manhattan,dar innd cont de distribuia pachetelor n reea exprimat n funcie de densitatea traficului. Modelarea cu reele neuronale celulare a fost aleas pentruposibilitatea implementrii VLSI ia vitezei deosebite de procesare. Simulrile au demonstrat beneficiile strategiei de rutare prin mbuntirea semnificativ a performanelor n special n condiii de trafic greu.Proiectarea de reeaPermanenta dezvoltare a mecanismelor de procesare crete necesitatea procesrii distribuite ce trebuie realizat ntr-o reea de comunicaie complex cu un mare numr de noduri cei mpart informaia. ntr-unastfel demediueste dificil degsit soluiacorect pentru structurareelei. Proiectareaunei reeledecomunicaie, adugareapermanentdeechipament nou, implementareadetehnici noi, actualedevineosarcindeosebit dedificil. Proiectarea convenional separecestedepit. Principalul motivesteabsenatuturor datelor pentru echipament i tehnicile de transmisie, din moment ce reeaua de comunicaie este ntr-o permanent schimbare.n plus orice inovaii trebuie simulate nainte de implementarea reelei, ceea ce crete timpul afectat proiectrii.RN proiectant folosete parametrii msurai ai reelei n dezvoltarea acesteia .Atribuirea de canal n reelele de comunicaii mobilePentruatribuirea decanal nreelele decomunicaii mobiles-autestat diferite RN, reeaua Hopfield [] i reele competitive autoorganizatoare cu o regul Kohonen modificat [], iar rezultatele obinute au fost performante. x1 x2 x3 xn w1 w2 wn x0=-1 w0= pragul(w0=b curentde polarizare) x1 x2 x3 xn w1 w2 wn w0=-1 pragul net18 Ca o concluzie RN sunt adecvate n toate situaiile n care nu exist informaie suficient sau experien, acolo unde metodele clasice au euat n a da soluii eficiente.COMPONENTELE UNEI R.N.Componentele unei R.N. sunt:-unitile de procesare;-starea de activare a neuronilor (starea curent); -o ieire pentru fiecare unitate;-interconexiunile dintre uniti, crora le sunt asociate ponderi;-o regula de propagare prin reeaua de conexiuni;-o funcie de activare care combina intrarea cu starea curenta a unei uniti pentru a genera o nou stare de activare;-o regul de nvare care modific ponderile interconexiunilorprin experien;-un mediu n care opereaz sistemul;Fig1 ilustreaz componentele unei R.N. Prin cercuri sunt reprezentate unitile de procesare. Unitatea uiare la un moment dat valoarea de activare ai(t), care trecuta prin funcia de activare fi determin o noua valoare de activare, care de obicei este chiar ieirea oi. Prin intermediul conexiunilor , oieste aplicat unitilor reelei. Fiecrei conexiuni i se asociaz un numr real wij, numit pondere, care determina efectul unitii j asupra unitii i. Toate intrrile ntr-o unitate sunt combinate printr-un operator (uzual adunare), formnd intrarea net, neti. Ponderile interconexiunilor sunt adaptabile, decise pot modifica printr-o funcie de nvare.Fig.2.1. Componentele unei reele neuronaleFig.2 prezint dou simboluri utilizate adesea pentru marcarea neuronilor ntr-o RN.2.1 Modelele neuronuluin literatur exist mai multe modele pentru neuronii artificiali. Fig.2.2 prezint dou astfel de modele. Pragul(curentul de polarizarea) poate fi abordat i ca ponderea unei conexiuni de la o x1 x2 x3 xn w1 w2 wn x0=-1 w0= pragul(w0=b curentde polarizare) x1 x2 x3 xn w1 w2 wn w0=-1 pragul net19ujujnetinetjai(t)aj(t+1)=f(aj(t),netj(t)oi(t)oj(t)ukak(t)wjiwjkwjlintrareseparatx0. El sescade(sausensumeaz)dinsumaponderatacelorlalteintrri dup valoarea intrrii x0 (1). Ecuaiile care i caracterizeaz sunt de fapt aceleai:n1 ii ji jx . w net(2.1)) x w ( f on1 ij i ji j (2.2)unde:wji care multiplic intrarea xi se numete pondere.Cuwjise noteaz ponderea conexiunii de la neuronul i nspre neuronul j; xi este intrarea i; este o constant care se numete prag i trebuie sustras din suma produselor dintre intrri i ponderi; netj este intrarea net n neuronul j; funcia f(.) este funcia de activare; oj este ieirea x1 x2 x3 xn w1 w2w3 wn x0=-1 w0= pragul(x0=+1) (w0=b curentde polarizare)f(.)o=f(net-)net- x1 x2 x3 xn w1 w2w3 wn w0=-1f(.)o=f(net-) pragul net(net+b)20Fig.2.2 Dou modele ale neuronului;Simbolurile neuronului corespunztoare celor dou modele sunt ilustrate n Fig.2.3.Fig.23 Simbolurile unui neuron2.2 Unitile de procesarenR.N.unitile deprocesare suntmici entiti,de tipcaracteristic.Elepotreprezenta: caracteristici, litere,cuvinte,concepte,elemente abstracte asupra crora pot fi definite modele cu anumite semnificaii.Toate unitile proceseaz n acelai timp, n paralel.Exist trei tipuri de uniti: de intrare, de ieire si ascunse.Unitile de intrare primesc semnale de la sursele externe sistemului. Aceste intrri pot fi de tip senzorial sau pot proveni din alte pri ale unui sistem mai mare, n care este ncadrat reeaua.Unitile de ieire transmit semnale spre ieirea sistemului. Semnalele de ieire pot aciona asupra altor sisteme.Unitileascunseprimesci transmit semnalencadrul sistemului modelat. Elenusunt "vizibile" din exteriorul sistemului.2.3 Starea de activareStarea unitii ui la momentul t este caracterizat destarea sa de activare ai(t). Starea unei reele neuronale este dat de un vector de N numere reale, n care fiecare element reprezint starea de activare a unei uniti la un moment dat t.. Evoluia RN n timpul procesrii este reprezentat prin strile de activare ale unitilor sale n timp.n diferite modele,se fac presupuneri diferite asupra valorilor de activare permise pentru o unitate.Valorile de activare pot fi analogice sau discrete. Valorile analogice pot fi orice numr real sauntr-un interval mrginit. Valorile discrete pot fi binare, bipolaresau orice set mic de valori. O activare de 1 are semnificaia c unitatea este activ, 0 (sau -1) are semnificaia c unitatea este inactiv. Uneori sunt folosite seturi de valori discrete, ca de exemplu: (-1,0,1), (1,2,3, ...,9).Potrivit descoperirilor neurologice creierul uman este un calculator analogic. Fr a avea n prim plan criteriul plauzibilitii biologice, dezbaterile referitoare la alegerea optim dintre abordarea logic sau discret este unsubiect de actualitate. Argumentul major n favoarea abordrii analogice este viteza superioar recunoscut a calcului analogic, la care se adaug lipsa necesitii sincronizrii (obligatorie la RN digitale sincrone) dificil de realizat la reelele mari.21f/x1x1x2x2x3x3...xnxnojojjuj...xn -2-1012Avantajul principal al abordrii discreteestepreciziacalculelor, importantmai alesn cazurile n care parametrii reelei sunt supui unor restricii severe, de exemplu referitoare la condiii de simetrie. Posibilitatea memorrii pe o durat de timp a unor valori numerice utile reprezint un alt avantaj. O problem nesoluionat satisfctor pn n prezent este n cazul RN discrete rezoluia necesar procesrii ntr-o aplicaie dat. Trebuie fcut o distincie suplimentar n legtur cu gradul de cuantizare al semnalelor. Exist reele care folosesc semnale cu mai multe nivele de cuantizare al semnalelor, care pot proveni din utilizarea unor funcii de activare multinivel, sau pot avea intrinsec un asemenea caracter, ca n cazul utilizrii unor coduri multinivel. 2.4 Ieirea unitilorUnitile unui sistem interacioneaza ntre ele prin intermediul ieirii. Uzual ieirea unitii este dat de starea ei de activare. 2.5 Interconexiunile reeleiUnitile sunt conectate ntre ele prin interconexiuni crora li se asociaz ponderi.Modelul de interconexiune reprezint "ceea ce tie sistemul" si va determina modul n care el rspunde la o intrare arbitrar.n majoritatea cazurilor,fiecare unitate are o contribuie aditiv la intrarea unitilor la care este conectat. n aceste cazuri, intrarea total net a unitii uj, neti(t) este suma tuturor activrilor unitilor ponderate.net w xj ij ii. (2.3)O pondere pozitiva reprezint o intrare excitatoare. O pondere negativa reprezint o intrare inhibitorie. Adesea este convenabila reprezentarea modelului de conexiune printr-o matrice pondere W.n cazul cel mai simplu, intrrile excitatorii si inhibitorii ponderate sunt nsumate algebric. Dac intrrile sunt supuse unei reguli mai complexe dect simpla nsumare algebrica, este necesar definirea uneimatrici separate We pentru intrrile excitatorii si Wi pentru cele inhibitorii.n cazul general este necesar un model mai complex. O unitate poate primi intrri de diferite tipuri, caresunt nsumateseparat. Pentrufiecaretipdeconexiuneesterecomandabil savemo matrice de conexiune separat.2.6 Regula de propagareRegula de propagare combin vectorul o(t) al ieirilor cu matricea de conexiune pentru a produceintrarea net , pentru fiecare tip de intrare ntr-o unitate.Fie netijintrarea net de tipul i in unitatea uj. Dac exist un singur tip de conexiune se suprim indicele i, deci intrarea net in uj va fi netj. Regula de propagare este n general de tip nainte, adic dinspre intrarea RN spre ieirea acesteia..Intrarea net este uzual suma ponderat a intrrilor ntr-o unitate.Aceasta este dat de vectorul produs, care de exemplu pentru intrarea excitatorie este: ) t ( o . W nete e (2.4) Similar pentru intrarea inhibatorie:neti = Wi.o(t)22 -2-1012Cnd sunt implicate modele mai complexe de activare, sunt necesare reguli mai complexe de propagare.2.7 Funcia de activareFunciadeactivarereprezintfunciadetransferintrare-ieireaneuronului. Eacombin intrareacurentcustareadeactivareexistentnneurona(t)pentruageneraonoustarede activare a(t+1): )) t (inet ), t (ia ( f ) 1 t (ia +(2.5)Funcia de activare poate fi determinist sau stohastic (probabilistic). n cele ce urmeaz se prezint cteva exemple: funcia Heaviside (cunoscut n reelele neuronale i sub numele de hard-limitatoare): unipolar (t) (treapt unitate) saubipolar sgn(t);'< +0 ) t ( net dac 10 ) t ( net dac 1)) t ( net ( sgn ) 1 t ( aiii i (2.6)Fig. 2.4 Funcia HeavesideUneori intrareanettrebuiesdepeascovaloarenumitpragpentrudeterminarea unei noi activri: )) t ( ) t (ja w ( f ) 1 t (iaijij i + (2.7) O funcie semiliniar unipolar poate fidefinit printr-o relaie de forma.:( )' > < < + < +) t ( net pentru , 1net pentru ,2) t ( net) t ( net pentru , 0net f ) 1 t ( ai (2.8)Pentru varianta bipolar se poate utiliza relaia :( ) ( ) 1 net f 2 net fb (2.9)Adesea funcia de activare trebuie s fie o funcie neliniar, nedescresctoare, ca de exemplu:i i ii iirest n 0) t ( net dac ) t ( net) t ( net dac 1) 1 t ( a