波段危机与认知算法

看看你即将参加的球赛和音乐会吧。你会看到成千上万的粉丝会给他们的朋友发短信、打电话、或者发邮件。这些智能机大军背后则是令人吃惊的无线数据增长率:思科公司预测移动数据将会以16倍的增长在2016年出现大规模拥堵,Bell Labs 则预测说会有25倍。

     随着交通越来越拥挤,无线网络也会这样吗?

     只用了两年,美国联邦通信委员会主席——Julius Genachowski建议到,美国的无线产业迫切需要得到由政府机构或广播电视机构控制的未充分利用的频谱部分。他说:“如果我们什么也不做,面对迫在眉睫的频谱危机,许多消费者将面临更高的价格,因为市场是依据供给和需求被迫作出的反应。“

    同样,ATT的首席执行官Jim Cicconi,说,需要更多的频谱是一个全行业的问题和解决问题。不过不要对所有球类游戏感到内疚。实际上,频谱是一种有限的资源,增加的频谱,本身并不会自动增加容量。容量取决于如何有效的在不同的时间不同的地点使用。无线网络过载时,真正的罪魁祸首可能是现有的频谱的低效利用,而不是容量的不足。传统上,政府分配的频谱用于特定用途,如收音机或电视。但是,有些情况下,至少在某些时候,在某些地区,这些并未得到充分的利用。

    “我们没有这么多,因为我们有频谱政策紧缩的频谱危机,微软的技术顾问、麻省理工教授兼英特尔公司执行副总裁David Tennenhouse说,。 所谓的频谱危机真实地反映了人为的频谱短缺,他说。

     简单地囤积波段问题的部分原因是:有些公司拥有超过其所需的权力,有时是因为商业模式没有成功。例如,Clearwire公司,拥有华盛顿州贝尔维尤市的频谱使用权,但是它没有使用,导致Sprint Nextel公司买了Clearwire很多的股票,来扩大自己的网络。事实上,企业完全可以热衷于吞并频谱。 ATT表示,其建议与T-Mobile合并,合并两家公司的频谱资源。仍然有大量的闲置政府控制的频谱。

    此外,用户有时会感到其实还有很多的方法,可以更有效地使用现有的频谱,以最终解决危机。在球赛或演唱会上,例如,你会经常发现牛奶纸盒大小的Wi-Fi接收器藏在小木棍里。这些接收器上运行未授权频谱,但实际上已处理60%的数据流量ATT的网络(您的手机支持Wi-Fi在蜂窝频率上发送数据,但机会主义选择无线网络连接)。路由器们占据交通的咽喉要道,如体育场馆和火车站,并直接将其发送到光纤上再传输,没有任何蜂窝网络的需求。

    Wi-Fi的兴起说明如何对现有的频谱实行弹性工作制,可以处理容量不足的问题。 如果你看看几年前,你会说我们现在要走出频谱了,”马萨诸塞州剑桥市的Vanu线通讯公司创始人兼首席执行官——Vanu Bose说。他是在最近的一次白宫关于这个课题的报告中的一个技术顾问。指着的不在控制范围内获得成功的无牌照的无线Wi-Fi,微软的藤农豪斯补充说:我们面临的挑战现在是,以延长这些经过验证的成功,以使更广泛的地区宽带接入使用其他未充分利用的部分的频谱。事实上,该报告说,这样的策略可能增加成千上万倍的无线能力。

安装新的大型基站不再可能在一些地区没有干扰,但短程发射器和被称为小细胞的接收器是另一种选择。其中最小的,被称为毫微微蜂窝基站,可以便宜到200美元,在家庭和办公室的环境中给予清晰准确的服务,并且同时不受大基站的影响。 小细胞现在是在无线通信领域最热门的东西,弗吉尼亚理工大学的无线研究实验室主任杰夫·里德说。约翰·多诺万,ATT的执行副总裁说,本月初,该公司仍然希望更多的频谱,眼前的危机已经渡过,还有到2015年一半的新需求将可由wifi小细胞处理,wifi细胞的处理频率会使用3G4G网络。

   可以感应频率并且能在它们之间以毫秒为单位转移的认知无线电,可以提供另一个大的推动作用。博尔德科罗拉多大学第一室外测试正在进行中,其他大学的一些大学,包括加州大学伯克利分校弗吉尼亚理工大学,罗格斯大学,也在这方面进行测试。

更重要的是,新技术可以更有效地让更多的编码数据传达。例如,研究人员已经证明,现在我们可以尽量减少和通信需要修复丢失的数据包的数据(见“A带宽突破”)。虽然这种技术可能会被广泛实施几年,实验室演示表明,它甚至在没有频谱共享的情况下可能的能力都增加了十倍。

但现在,硬性规定不允许使用灵活的认知无线电等新技术。Bose说:“如果你考虑频谱空间和时间的话,会有巨大的容量考虑,”在他帮助下的一个报告需要一个强调共享频谱,而不是简单地试图重新分配和重现授权专用用途的新战略。 “有很多的方式来满足需求,”他说。 “添加光谱肯定是其中之一,所以我们甚至还没有设想的小细包来替代卸载技术和创新。”

微软已经在西雅图和华盛顿州雷德蒙,华盛顿特区屋顶上安装了三个光谱观测器来找出到底有多少未充分利用的频谱。小工具实时读出带实际使用的时间地点,这是该公司希望将是一个更广泛的数据收集工作第一步。“这个问题在世界各地进行了讨论,我们有频谱,或我们没有谱,但需要有一个良好的科学数据。”微软研究院的流动性和网络研究经理维克多·巴尔说。

同时,共享一些早期的努力已经开始。例如,不使用的电视频道,在一个给定的地理区域,简称为“空格”,现在可以使用其他装置。和FCC允许将用于小的细胞相比,他/她在很短的范围内工作,如办公楼内的某些其它部分的频谱。

腾出频谱的努力也是不断的。FCC的设计使电视行业可以释放一些它的频谱明年的拍卖。该机构预计将筹集70亿美元,它希望使用它们以帮助基金安全网络的宽带安装,并继续资助3亿美元的RD.

新技术能源避开频谱短缺的问题是不是永远不会消失?

“永远是很长一段时间,”藤农豪斯说。但他补充说,几十年的研究进展,等待在这个问题上被释放。“现在,我们有一个15 – 20年的积压,新的技术和架构,包括共享和小细胞,这可能需要很长的路要走到未来。”

站岗是一个艰难的任务。大部分的时间没有什么可看的,即使威胁突然出现,也可能很难被发现。在一些军事的研究显示,人类发现只有47%的可见危险。

美国国防部高级研究计划局(DARPA)的一个项目运行表明,比较机器视觉系统相结合的能力与人类的哨兵的能力可能是一个更好的识别危险的方法。它还使用了脑电图,以确定大脑活动的高峰对应的辨别物体的潜意识。

DAPRA提供了一个目前用人机结合的方式判断危险最有效的方法。
一个DAPRA开发的实验系统把人类观察者添加到电脑可视化系统层与层中间,并且看起来效率优于单独的人或者机器。
名为“可认知技术威胁探测系统”的装置由一个的广角镜头和一个雷达组成,用来搜集人类外貌特征并显示在屏幕上,还有一个供穿戴的心电图装置来监控其大脑的活动。
这允许系统在P300的屏幕上检测无意识情况下识别能力的变化。
在实验中,一个参与者被要求回顾在军队网站中的沙漠和雨林里测试的镜头时候,这个系统模拟捕捉到百分之91的事件(比如人在走路或接近车辆)。

它也拓宽了有效监控的视野。只有0.2%的纪律发生错误警报,比一个电脑系统单独工作时的35%的错报率降低很多了。
DAPRA 说,当与雷达融合在一起的时候,系统可以检测到肉眼看不到的东西,并且它的准确性接近100%。
芝加哥丰田技术研究中心的计算机科学家 Devi Parikh说:“DAPRA项目与human-in-the-loopâ项目不同,因为它的优势在于人不用做任何‘工作’。”
Parikh 正在研究人类和机器的专业知识相结合的视觉系统。
虽然脑电图测量的售价最高值好几百美元,但 Parikh 警告说这个技术仍处于起步阶段。
此外,她还指出,P300信号可能会有所不同,需要进行设置或个性化处理,这可能使其难以在推广使用时对其系统进行拓展。

知识拓展:

DAPRA 美国国防部先进研究计划局

在先进的雷达和无人机覆盖无法获得的时候,战士们通常要依靠自己的视觉来扫描他们周围的环境,由于周围大片范围需要扫描,由于人类眼睛的视场有限,由于人会疲劳,这项工作是具有挑战性的。目前用于单兵战场目标探测的技术装备有双筒望远镜、摄像机和便携式雷达等,它们能够帮助改善可见度,提高探测到威胁的概率。不幸的是,目前这些设备的漏检率仍达到47%或以上。
于是,为了解决这一问题,DAPRA于2008年创建了一个全新的勘察系统–认知技术威胁警报系统(CT2WS)。在这个系统中,士兵使用的工具主要有 三样:一个具有120万像素以及120度视野和光电功能的摄像机、可在笔记本上运行的检测威胁认知视觉处理算法以及但检测到威胁时用于查看士兵大脑信号以 及记录的脑电图。这些组成部分可根据需要与现有的系统一起工作,并满足特定的使命任务要求。

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