Joint physical-MAC layer design of the broadcast channel protocol in adhoc networks

Broadcast transmission mode in ad hoc networks is critical to manage multihop routing or providing medium accesscontrol (MAC)-layer fairness. In this paper, it is shown that ahigher capacity to exchange information among neighbors may beobtained through a physical-MAC cross-layer design of the broadcastprotocol exploiting signal separation principles. Coherentdetection and separation of contending nodes is possible throughtraining sequences which are selected at random from a reducedset. Guidelines for the design of this set are derived for a lowimpact on the network performance and the receiver complexity.

Wireless Authentication and Authorization, case Wireless Access Control System

Lyhyen kantaman radiotekniikoiden hyödyntäminen mahdollistaa uudenlaisten paikallisten palveluiden käytön ja vanhojen palveluiden kehittämisen. Kulunvalvonta on päivittäisenä palveluna valittu työn esimerkkisovellukseksi. Useita tunnistus- ja valtuutustapoja tutkitaan, ja julkisen avaimen infrastruktuuri on esitellään tarkemmin. Langattomat tekniikat Bluetooth, Zigbee, RFID ja IrDA esitellän yleisellä tasolla langattomat tekniikat –luvussa. Bluetooth-tekniikan rakennetta, mukaan lukien sen tietoturva-arkkitehtuuria, tutkitaan tarkemmin. Bluetooth-tekniikkaa käytetään työssä suunnitellun langattoman kulunvalvontajärjestelmän tietojen siirtoon. Kannettava päätelaite toimii käyttäjän henkilökohtaisena luotettuna laitteena, jota voi käyttää avaimena. Käyttäjän tunnistaminen ja valtuuttaminen perustuu julkisen avaimen infrastruktuuriin. Ylläpidon allekirjoittamat varmenteet sisältävät käyttäjän julkisen avaimen lisäksi tietoa hänestä ja hänen oikeuksistaan. Käyttäjän tunnistaminen kulunvalvontapisteissä tehdään julkisen ja salaisen avaimen käyttöön perustuvalla haaste-vastaus-menetelmällä. Lyhyesti, järjestelmässä käytetään Bluetooth-päätelaitteita langattomina avaimina.

Mobile Protocol Stack Simulator

Nykypäivän maailma tukeutuu verkkoihin. Tietokoneverkot ja langattomat puhelimet ovat jo varsin tavallisia suurelle joukolle ihmisiä. Uusi verkkotyyppi on ilmestynyt edelleen helpottamaan ihmisten verkottunutta elämää. Ad hoc –verkot mahdollistavat joustavan verkonmuodostuksen langattomien päätelaitteiden välille ilman olemassa olevaa infrastruktuuria. Diplomityö esittelee uuden simulaatiotyökalun langattomien ad hoc –verkkojen simulointiin protokollatasolla. Se esittelee myös kyseisten verkkojen taustalla olevat periaatteet ja teoriat. Lähemmin tutkitaan OSI-mallin linkkikerroksen kaistanjakoprotokollia ad hoc –verkoissa sekä vastaavan toteutusta simulaattorissa. Lisäksi esitellään joukko simulaatioajoja esimerkiksi simulaattorin toiminnasta ja mahdollisista käyttökohteista.

Collaborative group membership and access control for JXTA

Peer-reviewed

An infection control protocol: effectiveness of immersion solutions to reduce the microbial growth on dental prostheses

This investigation evaluated the effectiveness of an infection control protocol for cleansing and disinfecting removable dental prostheses. Sixty-four dentures were rubbed with sterile cotton swab immediately after they had been taken from patients' mouths. Samples were individually placed in the culture medium and immediately incubated at 37 +/- 2 degreesC. The dentures were scrubbed for 1 min with 4% chlorhexidine, rinsed for 1 min in sterile water and placed for 10 min in one of the following immersion solutions: 4% chlorhexidine gluconate, 1% sodium hypochlorite, Biocide (iodophors) and Amosan (alkaline peroxide). After the disinfection procedures, the dentures were immersed in sterile water for 3 min, reswabbed and the samples were incubated. All samples obtained in the initial culture were contaminated with micro-organisms. All the lower dentures immersed in Biocide showed positive growth, and the upper dentures were positive for growth in six of eight dentures. The 4% chlorhexidine gluconate, 1% sodium hypochlorite and Amosan solutions have been proved effective to reduce the growth of the micro-organisms in the 10 min immersion period. The protocol evaluated in this study seems to be a viable method to prevent cross-contamination between dental personnel and patients.

SMAC multi-hop mesh routing protocol using IEEE 802.15.4

This paper discusses some aspects related to Wireless Sensor Networks over the IEEE 802.15.4 standard, and proposes, for the very first time, a mesh network topology with geographic routing integrated to the open Freescale protocol (SMAC - Simple Medium Access Control). For this is proposed the SMAC routing protocol. Before this work the SMAC protocol was suitable to perform one hop communications only. However, with the developed mechanisms, it is possible to use multi-hop communication. Performance results from the implemented protocol are presented and analyzed in order to define important requirements for wireless sensor networks, such as robustness, self-healing property and low latency. (c) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Performance optimisation of the MAC protocol with multiple contention slots in MIMO ad hoc networks

The multiple-input multiple-output (MIMO) technique can be used to improve the performance of ad hoc networks. Various medium access control (MAC) protocols with multiple contention slots have been proposed to exploit spatial multiplexing for increasing the transport throughput of MIMO ad hoc networks. However, the existence of multiple request-to-send/clear-to-send (RTS/CTS) contention slots represents a severe overhead that limits the improvement on transport throughput achieved by spatial multiplexing. In addition, when the number of contention slots is fixed, the efficiency of RTS/CTS contention is affected by the transmitting power of network nodes. In this study, a joint optimisation scheme on both transmitting power and contention slots number for maximising the transport throughput is presented. This includes the establishment of an analytical model of a simplified MAC protocol with multiple contention slots, the derivation of transport throughput as a function of both transmitting power and the number of contention slots, and the optimisation process based on the transport throughput formula derived. The analytical results obtained, verified by simulation, show that much higher transport throughput can be achieved using the joint optimisation scheme proposed, compared with the non-optimised cases and the results previously reported.

Grant-free protocols for massive multiple access

In next generation Internet-of-Things, the overhead introduced by grant-based multiple access protocols may engulf the access network as a consequence of the proliferation of connected devices. Grant-free access protocols are therefore gaining an increasing interest to support massive multiple access. In addition to scalability requirements, new demands have emerged for massive multiple access, including latency and reliability. The challenges envisaged for future wireless communication networks, particularly in the context of massive access, include: i) a very large population size of low power devices transmitting short packets; ii) an ever-increasing scalability requirement; iii) a mild fixed maximum latency requirement; iv) a non-trivial requirement on reliability. To this aim, we suggest the joint utilization of grant-free access protocols, massive MIMO at the base station side, framed schemes to let the contention start and end within a frame, and succesive interference cancellation techniques at the base station side. In essence, this approach is encapsulated in the concept of coded random access with massive MIMO processing. These schemes can be explored from various angles, spanning the protocol stack from the physical (PHY) to the medium access control (MAC) layer. In this thesis, we delve into both of these layers, examining topics ranging from symbol-level signal processing to succesive interference cancellation-based scheduling strategies. In parallel with proposing new schemes, our work includes a theoretical analysis aimed at providing valuable system design guidelines. As a main theoretical outcome, we propose a novel joint PHY and MAC layer design based on density evolution on sparse graphs.

WPAC: wireless payment and access control: dispositivos móveis no pagamento de serviços e controlo de acessos

A rápida evolução dos dispositivos móveis e das tecnologias de comunicação sem fios transformou o telemóvel num poderoso dispositivo de computação móvel. A necessidade de estar sempre contactável, comum à civilização moderna, tem aumentado a dependência deste dispositivo, sendo transportado pela maioria das pessoas num ambiente urbano e assumindo um papel talvez mais importante que a própria carteira. A ubiquidade e capacidade de computação dos telemóveis aumentam o interesse no desenvolvimento de serviços móveis, além de tradicionais serviços de voz. Um telemóvel pode em breve tornar-se um elemento activo nas nossas tarefas diárias, servindo como um instrumento de pagamento e controlo de acessos, proporcionando assim novas interfaces para serviços existentes. A unificação de vários serviços num único dispositivo é um desafio que pode simplificar a nossa rotina diária e aumentar o conforto, no limite deixaremos de necessitar de dinheiro físico, cartões de crédito ou débito, chaves de residência e de veículos automóveis, ou inclusive documentos de identificação como bilhetes de identidade ou passaportes. O interesse demonstrado pelos intervenientes, desde os fabricantes de telemóveis e operadores de rede móvel até às instituições financeiras, levaram ao aparecimento de múltiplas soluções de serviços móveis. Porém estas soluções respondem geralmente a problemas específicos, apenas contemplando um fornecedor de serviços ou uma determinada operação de pagamento, como seja a compra de bilhetes ou pagamento de estacionamento. Estas soluções emergentes consistem também tipicamente em especificações fechadas e protocolos proprietários. A definição de uma arquitectura genérica, aberta interoperável e extensível é necessária para que os serviços móveis possam ser adoptados de uma forma generalizada por diferentes fornecedores de serviços e para diversos tipos de pagamento. A maior parte das soluções actuais de pagamento móvel depende de comunicações através da rede móvel, algumas utilizam o telemóvel apenas como uma interface de acesso à internet enquanto outras possibilitam o envio de um SMS (Short Message Service) para autorizar uma transacção, o que implica custos de comunicação em todas as operações de pagamento. Este custo de operação torna essas soluções inadequadas para a realização de micropagamentos e podem por isso ter uma aceitação limitada por parte dos clientes. As soluções existentes focam-se maioritariamente em pagamentos à distância, não tirando partido das características do pagamento presencial e não oferecendo por isso uma verdadeira alternativa ao modelo actual de pagamento com cartões de crédito/débito. As capacidades computacionais dos telemóveis e suporte de diversos protocolos de comunicação sem fio local não têm sido aproveitadas, vendo o telemóvel apenas como um terminal GSM (Global System for Mobile Communications) e não oferecendo serviços adicionais como seja a avaliação dinâmica de risco ou controlo de despesas. Esta dissertação propõe e valida, através de um demonstrador, uma aquitectua aberta para o pagamento e controlo de acesso baseado em dispositivos móveis, intitulada WPAC (Wireless Payment and Access Control). Para chegar à solução apresentada foram estudadas outras soluções de pagamento, desde o aparecimento dos cartões de débito até a era de pagamentos electrónicos móveis, passando pelas soluções de pagamento através da internet. As capacidades dos dispositivos móveis, designadamente os telemóveis, e tecnologias de comunicação sem fios foram também analisadas a fim de determinar o estado tecnológico actual. A arquitectura WPAC utiliza padrões de desenho utilizados pela indústria em soluções de sucesso, a utilização de padrões testados e a reutilização de soluções com provas dadas permite aumentar a confiança nesta solução, um destes exemplos é a utilização de uma infra-estrutura de chave pública para o estabelecimento de um canal de comunicação seguro. Esta especificação é uma arquitectura orientada aos serviços que utiliza os Web Services para a definição do contracto do serviço de pagamento. A viabilidade da solução na orquestração de um conjunto de tecnologias e a prova de conceito de novas abordagens é alcançada com a construção de um protótipo e a realização de testes. A arquitectura WPAC possibilita a realização de pagamentos móveis presenciais, isto é, junto do fornecedor de bens ou serviços, seguindo o modelo de pagamento com cartões de crédito/débito no que diz respeito aos intervenientes e relações entre eles. Esta especificação inclui como aspecto inovador a avaliação dinâmica de risco, que utiliza o valor do pagamento, a existência de pagamentos frequentes num período curto de tempo, e a data, hora e local do pagamento como factores de risco; solicitando ao cliente o conjunto de credenciais adequado ao risco avaliado, desde códigos pessoais a dados biométricos. É também apresentada uma alternativa ao processo normal de pagamento, que apesar de menos cómoda permite efectuar pagamentos quando não é possível estabelecer um canal de comunicação sem fios, aumentando assim a tolerância a falhas. Esta solução não implica custos de operação para o cliente na comunicação com o ponto de venda do comerciante, que é realizada através de tecnologias de comunicação local sem fios, pode ser necessária a comunicação através da rede móvel com o emissor do agente de pagamento para a actualização do agente de software ou de dados de segurança, mas essas transmissões são ocasionais. O modelo de segurança recorre a certificados para autenticação dos intervenientes e a uma infra-estrutura de chave pública para cifra e assinatura de mensagens. Os dados de segurança incluídos no agente de software móvel, para desabilitar a cópia ou corrupção da aplicação mas também para a comparação com as credenciais inseridas pelo cliente, devem igualmente ser encriptados e assinados de forma a garantir a sua confidencialidade e integridade. A arquitectura de pagamento utiliza o standard de Web Services, que é amplamente conhecido, aberto e interoperável, para definição do serviço de pagamento. Existem extensões à especificação de Web Services relativas à segurança que permitem trocar itens de segurança e definem o modo de cifra e assinatura de mensagens, possibilitando assim a sua utilização em aplicações que necessitem de segurança como é o caso de serviços de pagamento e controlo de acesso. O contracto de um Web Service define o modo de invocação dos serviços, transmissão de informação e representação de dados, sendo normalmente utilizado o protocolo SOAP que na prática não é mais que um protocolo de troca de mansagens XML (eXtensible Markup Language). O envio e recepção de mensagens XML; ou seja, a transmissão de simples sequências de caracteres, é suportado pela maioria dos protocolos de comunicação, sendo portanto uma solução abrangente que permite a adopção de diversas tecnologias de comunicação sem fios. O protótipo inclui um agente de software móvel, implementado sobre a forma de uma MIDlet, aplicação Java para dispositivos móveis, que implementa o protocolo de pagamento comunicando sobre uma ligação Bluetooth com o ponto de venda do comerciante, simulado por uma aplicação desenvolvida sobre a plataforma .NET e que por isso faz prova da heterogeneidade da solução. A comunicação entre o comerciante e o seu banco para autorização do pagamento e transferência monetária utiliza o protocolo existente para a autorização de pagamentos, com base em cartões de crédito/débito. A definição desta especificação aberta e genérica em conjunto com o forte interesse demonstrado pelos intervenientes, proporciona uma boa perspectiva em termos de adopção da solução, o que pode impulsionar a implementação de serviços móveis e dessa forma simplificar as rotinas diárias das pessoas. Soluções móveis de pagamento reduzem a necessidade de transportar vários cartões de crédito/débito na nossa carteira. A avaliação dinâmica de risco permite aumentar a segurança dos pagamentos, com a solicitação de mais credenciais ao cliente para pagamentos com um maior risco associado, sendo um ponto importante quer para os clientes quer para as instituições financeiras pois diminui o risco de fraude e aumenta a confiança no sistema. Esta solução de pagamento electrónico pode também facilitar a consulta de pagamentos efectuados e saldos, mantendo um histórico dos movimentos, o que não é possível nos cartões de crédito/débito sem uma visita a uma ATM (Automated Teller Machine) ou utilização de homebanking.

IEEE 802.15.4 for wireless sensor networks: a technical overview

Low-rate low-power consumption and low-cost communication are the key points that lead to the specification of the IEEE 802.15.4 standard. This paper overviews the technical features of the physical layer and the medium access control sublayer mechanisms of the IEEE 802.15.4 protocol that are most relevant for wireless sensor network applications. We also discuss the ability of IEEE 802.15.4 to fulfil the requirements of wireless sensor network applications.

Static-priority scheduling of sporadic messages on a wireless channel

Consider the problem of scheduling sporadic messages with deadlines on a wireless channel. We propose a collision-free medium access control (MAC) protocol which implements static-priority scheduling and present a schedulability analysis technique for the protocol. The MAC protocol allows multiple masters and is fully distributed; it is an adaptation to a wireless channel of the dominance protocol used in the CAN bus. But unlike that protocol, our protocol does not require a node having the ability to receive an incoming bit from the channel while transmitting to the channel.

Adding local priority-based dispatching mechanisms to P-NET networks: a fixed priority approach

In this paper we address the real-time capabilities of P-NET, which is a multi-master fieldbus standard based on a virtual token passing scheme. We show how P-NET’s medium access control (MAC) protocol is able to guarantee a bounded access time to message requests. We then propose a model for implementing fixed prioritybased dispatching mechanisms at each master’s application level. In this way, we diminish the impact of the first-come-first-served (FCFS) policy that P-NET uses at the data link layer. The proposed model rises several issues well known within the real-time systems community: message release jitter; pre-run-time schedulability analysis in non pre-emptive contexts; non-independence of tasks at the application level. We identify these issues in the proposed model and show how results available for priority-based task dispatching can be adapted to encompass priority-based message dispatching in P-NET networks.

Estimating the number of nodes in wireless sensor networks

We propose an efficient algorithm to estimate the number of live computer nodes in a network. This algorithm is fully distributed, and has a time-complexity which is independent of the number of computer nodes. The algorithm is designed to take advantage of a medium access control (MAC) protocol which is prioritized; that is, if two or more messages on different nodes contend for the medium, then the node contending with the highest priority will win, and all nodes will know the priority of the winner.

Efficient aggregate computations in large-scale dense WSN

We focus on large-scale and dense deeply embedded systems where, due to the large amount of information generated by all nodes, even simple aggregate computations such as the minimum value (MIN) of the sensor readings become notoriously expensive to obtain. Recent research has exploited a dominance-based medium access control(MAC) protocol, the CAN bus, for computing aggregated quantities in wired systems. For example, MIN can be computed efficiently and an interpolation function which approximates sensor data in an area can be obtained efficiently as well. Dominance-based MAC protocols have recently been proposed for wireless channels and these protocols can be expected to be used for achieving highly scalable aggregate computations in wireless systems. But no experimental demonstration is currently available in the research literature. In this paper, we demonstrate that highly scalable aggregate computations in wireless networks are possible. We do so by (i) building a new wireless hardware platform with appropriate characteristics for making dominance-based MAC protocols efficient, (ii) implementing dominance-based MAC protocols on this platform, (iii) implementing distributed algorithms for aggregate computations (MIN, MAX, Interpolation) using the new implementation of the dominance-based MAC protocol and (iv) performing experiments to prove that such highly scalable aggregate computations in wireless networks are possible.

New schedulability analysis for WiDom

WiDom is a wireless prioritized medium access control (MAC) protocol which offers a very large number of priority levels. Hence, it brings the potential for employing non-preemptive static-priority scheduling and schedulability analysis for a wireless channel assuming that the overhead of WiDom is modeled properly. One schedulability analysis for WiDom has already been proposed but recent research has created a new version of WiDom with lower overhead (we call it: WiDom with a master node) and for this version of WiDom no schedulability analysis exists. Also, common to the previously proposed schedulability analyses for WiDom is that they cannot analyze message streams with release jitter. Therefore, in this paper we propose a new schedulability analysis for WiDom (with a master node). We also extend the WiDom analyses (with and without master node) to work also for message streams with release jitter.