Medium access control messaging scheme for cognitive radio networks

Los sistemas de radio cognitivos son una solución a la deficiente distribución del espectro inalámbrico de frecuencias. Usando acceso dinámico al medio, los usuarios secundarios pueden comunicarse en canales de frecuencia disponibles, mientras los usuarios asignados no están usando dichos canales. Un buen sistema de mensajería de control es necesario para que los usuarios secundarios no interfieran con los usuarios primarios en las redes de radio cognitivas. Para redes en donde los usuarios son heterogéneos en frecuencia, es decir, no poseen los mismos canales de frecuencia para comunicarse, el grupo de canales utilizado para transmitir información de control debe elegirse cuidadosamente. Por esta razón, en esta tesis se estudian las ideas básicas de los esquemas de mensajería de control usados en las redes de radio cognitivas y se presenta un esquema adecuado para un control adecuado para usuarios heterogéneos en canales de frecuencia. Para ello, primero se presenta una nueva taxonomía para clasificar las estrategias de mensajería de control, identificando las principales características que debe cumplir un esquema de control para sistemas heterogéneos en frecuencia. Luego, se revisan diversas técnicas matemáticas para escoger el mínimo número de canales por los cuales se transmite la información de control. Después, se introduce un modelo de un esquema de mensajería de control que use el mínimo número de canales y que utilice las características de los sistemas heterogéneos en frecuencia. Por último, se comparan diversos esquemas de mensajería de control en términos de la eficiencia de transmisión.

Robust Detection of Incumbents in Cognitive Radio Networks Using Groups

Cognitive radio is a wireless technology aimed at improvingthe efficiency use of the radio-electric spectrum, thus facilitating a reductionin the load on the free frequency bands. Cognitive radio networkscan scan the spectrum and adapt their parameters to operate in the unoccupiedbands. To avoid interfering with licensed users operating on a givenchannel, the networks need to be highly sensitive, which is achieved byusing cooperative sensing methods. Current cooperative sensing methodsare not robust enough against occasional or continuous attacks. This articleoutlines a Group Fusion method that takes into account the behavior ofusers over the short and long term. On fusing the data, the method is basedon giving more weight to user groups that are more unanimous in their decisions.Simulations have been performed in a dynamic environment withinterferences. Results prove that when attackers are present (both reiterativeor sporadic), the proposed Group Fusion method has superior sensingcapability than other methods.

Fully Distributed Cooperative Spectrum Sensing for Cognitive Radio Networks

Cognitive radio networks (CRN) sense spectrum occupancy and manage themselves to operate in unused bands without disturbing licensed users. The detection capability of a radio system can be enhanced if the sensing process is performed jointly by a group of nodes so that the effects of wireless fading and shadowing can be minimized. However, taking a collaborative approach poses new security threats to the system as nodes can report false sensing data to force a wrong decision. Providing security to the sensing process is also complex, as it usually involves introducing limitations to the CRN applications. The most common limitation is the need for a static trusted node that is able to authenticate and merge the reports of all CRN nodes. This paper overcomes this limitation by presenting a protocol that is suitable for fully distributed scenarios, where there is no static trusted node.

A Secure and Anonymous Cooperative Sensing Protocol for Cognitive Radio Networks

Spectrum is an essential resource for the provision of mobile services. In order to control and delimit its use, governmental agencies set up regulatory policies. Unfortunately, such policies have led to a deficiency of spectrum as only few frequency bands are left unlicensed, and these are used for the majority of new emerging wireless applications. One promising way to alleviate the spectrum shortage problem is adopting a spectrum sharing paradigm in which frequency bands are used opportunistically. Cognitive radio is the key technology to enable this shift of paradigm.Cognitive radio networks are self-organized systems in which devices cooperate to use those spectrum ranges that are not occupied by licensed users. They carry out spectrum sensing in order to detect vacant channels that can be used for communication. Even though spectrum sensing is an active area of research, an important issue remains unsolved: the secure authentication of sensing reports. Not providing security enables the input of false data in the system thus empowering false results. This paper presents a distributed protocol based on wireless physical layer security, symmetric cryptography and one-way functions that allows determining a final sensing decision from multiple sources in a quick and secure way, as well as it preserves users¿ privacy.

A Secure Cooperative Sensing Protocol for Cognitive Radio Networks

Cognitive radio networks sense spectrum occupancyand manage themselves to operate in unused bands without disturbing licensed users. Spectrum sensing is more accurate if jointly performed by several reliable nodes. Even though cooperative sensing is an active area of research, the secureauthentication of local sensing reports remains unsolved, thus empowering false results. This paper presents a distributed protocol based on digital signatures and hash functions, and ananalysis of its security features. The system allows determining a final sensing decision from multiple sources in a quick and secure way.

Review of Robust Cooperative Spectrum Sensing Techniques for Cognitive Radio Networks

Cognitive radio networks sense spectrum occupancy and manage themselvesto operate in unused bands without disturbing licensed users. The detection capability of aradio system can be enhanced if the sensing process is performed jointly by a group of nodesso that the effects of wireless fading and shadowing can be minimized. However, taking acollaborative approach poses new security threats to the system as nodes can report falsesensing data to reach a wrong decision. This paper makes a review of secure cooperativespectrum sensing in cognitive radio networks. The main objective of these protocols is toprovide an accurate resolution about the availability of some spectrum channels, ensuring thecontribution from incapable users as well as malicious ones is discarded. Issues, advantagesand disadvantages of such protocols are investigated and summarized.

Spectrum Sharing Models in Cognitive Radio

Spectrum scarcity demands thinking new ways tomanage the distribution of radio frequency bands so that its use is more effective. The emerging technology that can enable this paradigm shift is the cognitive radio. Different models fororganizing and managing cognitive radios have emerged, all with specific strategic purposes. In this article we review the allocation spectrum patterns of cognitive radio networks andanalyse which are the common basis of each model.We expose the vulnerabilities and open challenges that still threaten the adoptionand exploitation of cognitive radios for open civil networks.

Secure many-to-one communications in wireless sensor networks

Wireless Sensor Networks (WSN) are formed by nodes with limited computational and power resources. WSNs are finding an increasing number of applications, both civilian and military, most of which require security for the sensed data being collected by the base station from remote sensor nodes. In addition, when many sensor nodes transmit to the base station, the implosion problem arises. Providing security measures and implosion-resistance in a resource-limited environment is a real challenge. This article reviews the aggregation strategies proposed in the literature to handle the bandwidth and security problems related to many-to-one transmission in WSNs. Recent contributions to secure lossless many-to-one communication developed by the authors in the context of several Spanish-funded projects are surveyed. Ongoing work on the secure lossy many-to-one communication is also sketched.

Distributed fire detector system

Aquest treball pretén elaborar un sistema de detecció d'incendis implementat sota una xarxa de sensors sense fils. Aquesta xarxa està formada per petits dispositius autònoms equipats amb un transmissor de ràdio, un microcontrolador, diferents sensors (temperatura, lluminositat i efecte Hall) i alimentació per bateries (AA).

Locating and extracting the textual content from complex colour images using techniques inspired by human perception

Los sistemas de radio cognitivos son una solución a la deficiente distribución del espectro inalámbrico de frecuencias. Usando acceso dinámico al medio, los usuarios secundarios pueden comunicarse en canales de frecuencia disponibles, mientras los usuarios asignados no están usando dichos canales. Un buen sistema de mensajería de control es necesario para que los usuarios secundarios no interfieran con los usuarios primarios en las redes de radio cognitivas. Para redes en donde los usuarios son heterogéneos en frecuencia, es decir, no poseen los mismos canales de frecuencia para comunicarse, el grupo de canales utilizado para transmitir información de control debe elegirse cuidadosamente. Por esta razón, en esta tesis se estudian las ideas básicas de los esquemas de mensajería de control usados en las redes de radio cognitivas y se presenta un esquema adecuado para un control adecuado para usuarios heterogéneos en canales de frecuencia. Para ello, primero se presenta una nueva taxonomía para clasificar las estrategias de mensajería de control, identificando las principales características que debe cumplir un esquema de control para sistemas heterogéneos en frecuencia. Luego, se revisan diversas técnicas matemáticas para escoger el mínimo número de canales por los cuales se transmite la información de control. Después, se introduce un modelo de un esquema de mensajería de control que use el mínimo número de canales y que utilice las características de los sistemas heterogéneos en frecuencia. Por último, se comparan diversos esquemas de mensajería de control en términos de la eficiencia de transmisión.

Estudi del desenvolupament i situació reglamentària de la ràdio cognitiva

Este proyecto estudia la tecnología Radio Cognitiva. El concepto clave de esta tecnología es que permite a usuarios sin licencia compartir el espectro radioeléctrico de forma oportunista con los usuarios con licencia. Para empezar, se analizarán las características principales, su funcionamiento y como coexisten con los usuarios principales. Más adelante, se explicaran los métodos que se usan para la gestión del espectro radioeléctrico y las actividades de estandarización para la implementación de las redes de radio cognitiva. Por último, se analizara la posibilidad de la implementación de esta tecnología en España, analizando las ventajas e inconvenientes de inicializar un mercado secundario del espectro radioeléctrico.

Detección Robusta por Grupos de Señales Primarias

La radio cognitiva es una tecnología inalámbrica propuesta para usar eficientemente los recursos del espectro radioeléctrico permitiendo así reducir la carga existente en las bandas de frecuencia de uso libre.Las redes de radio cognitiva son capaces de escanear el espectro y adaptar sus parámetros para operar en las bandas no ocupadas. Para evitar interferir con usuarios con licencia que operan en un determinado canal, la sensibilidad de las redes tiene que ser muy alta. Ello se consigue con métodos de detección cooperativos. Los métodos de detección cooperativa actuales tienen una carencia de robustez ya sea frente a ataques puntuales o continuos.En este artículo presentamos un método de fusión por grupos que tiene presente el comportamiento de los usuarios a corto y largo plazo. Al realizar la fusión de los datos, el método se basa en dar mayor peso a los grupos de usuarios con mayor unanimidad en sus decisiones.Los resultados de las simulaciones prueban que en presencia de atacantes el método de fusión por grupos propuesto consigue una detección superior a otros métodos, cumpliendo los requisitos de sensibilidad mínimos de las redes de radio cognitiva incluso con un 12 de usuarios reiteradamente maliciosos o un 10 de atacantes puntuales.

Simulació de xarxes WSN (Wireless Sensor Network) per a la detecció d'incendis

Trabajo de final de carrera enfocado a la simulación de una WSN (Wireless Sensors Networks) mediante el programa Contiki 2.7 y el SO Ubuntu. La idea global del proyecto es conseguir simular un entorno con nodos sensores y, a posteriori, comprobar su correcto funcionamiento en motas reales, comprobando los resultados obtenidos en ambos entornos. De esta manera se puede facilitar la puesta en marcha de este tipo de redes inalámbricas en una aplicación real.

jxSensor: a sensor network integration layer for JXTA

Nowadays, Wireless Sensor Networks (WSN) arealready a very important data source to obtain data about the environment. Thus, they are key to the creation of Cyber-Physical Systems (CPS). Given the popularity of P2P middlewares as ameans to efficiently process information and distribute services, being able to integrate them to WSN¿s is an interesting proposal. JXTA is a widely used P2P middleware that allows peers to easily exchange information, heavily relying on its main architectural highlight, the capability to organize peers with common interests into peer groups. However, right now, approaches to integrate WSNs to a JXTA network seldom take advantage of peer groups. For this reason, in this paper we present jxSensor, an integrationlayer for sensor motes which facilitates the deployment of CPS¿s under this architecture. This integration has been done taking into account JXTA¿s idiosyncrasies and proposing novel ideas,such as the Virtual Peer, a group of sensors that acts as a single entity within the peer group context.

Estudio de sincronización cooperativa en redes de sensores

En este informe se estudia cómo es posible utilizar redes de sensores inalámbricos (WSN), para la localización de determinados eventos. Se hace un estudio previo de cómo una red de sensores puede llegar a estar sincronizada de una manera cooperativa, interactuando todos los sensores de la red entre sí. Primero se realiza el estudio para la sincronización de dos sensores con frecuencias diferentes, viéndose los parámetros que intervienen para que esta sincronización se realice con éxito, y también los efectos que en ella se produce al añadirle ruido. Seguidamente, se realiza el estudio para la sincronización de redes de N sensores, de manera que interactúen entre ellos de forma cooperativa. Se observan las características de la sincronización cuando todos los sensores llegan a consenso y, después, se busca la forma para que el consenso tienda hacia un valor determinado por mutuo acuerdo de los sensores. Finalmente, a partir de las características obtenidas en el consenso de N sensores, se realiza una aplicación práctica para la localización de eventos por medio del consenso de estas redes de sensores inalámbricos.