Cross-layer Energy-Efficiency Optimization of Packet Based Wireless MIMO Communication Systems

Energy in today's short-range wireless communication is mostly spent on the analog- and digital hardware rather than on radiated power. Hence,purely information-theoretic considerations fail to achieve the lowest energy per information bit and the optimization process must carefully consider the overall transceiver. In this paper, we propose to perform cross-layer optimization, based on an energy-aware rate adaptation scheme combined with a physical layer that is able to properly adjust its processing effort to the data rate and the channel conditions to minimize the energy consumption per information bit. This energy proportional behavior is enabled by extending the classical system modes with additional configuration parameters at the various layers. Fine grained models of the power consumption of the hardware are developed to provide awareness of the physical layer capabilities to the medium access control layer. The joint application of the proposed energy-aware rate adaptation and modifications to the physical layer of an IEEE802.11n system, improves energy-efficiency (averaged over many noise and channel realizations) in all considered scenarios by up to 44%.

A New Android Malware Detection Method Using Bayesian Classification

Mobile malware has been growing in scale and complexity as smartphone usage continues to rise. Android has surpassed other mobile platforms as the most popular whilst also witnessing a dramatic increase in malware targeting the platform. A worrying trend that is emerging is the increasing sophistication of Android malware to evade detection by traditional signature-based scanners. As such, Android app marketplaces remain at risk of hosting malicious apps that could evade detection before being downloaded by unsuspecting users. Hence, in this paper we present an effective approach to alleviate this problem based on Bayesian classification models obtained from static code analysis. The models are built from a collection of code and app characteristics that provide indicators of potential malicious activities. The models are evaluated with real malware samples in the wild and results of experiments are presented to demonstrate the effectiveness of the proposed approach.

Two-Stage Orthogonal Least Squares Methods for Neural Network Construction

A number of neural networks can be formulated as the linear-in-the-parameters models. Training such networks can be transformed to a model selection problem where a compact model is selected from all the candidates using subset selection algorithms. Forward selection methods are popular fast subset selection approaches. However, they may only produce suboptimal models and can be trapped into a local minimum. More recently, a two-stage fast recursive algorithm (TSFRA) combining forward selection and backward model refinement has been proposed to improve the compactness and generalization performance of the model. This paper proposes unified two-stage orthogonal least squares methods instead of the fast recursive-based methods. In contrast to the TSFRA, this paper derives a new simplified relationship between the forward and the backward stages to avoid repetitive computations using the inherent orthogonal properties of the least squares methods. Furthermore, a new term exchanging scheme for backward model refinement is introduced to reduce computational demand. Finally, given the error reduction ratio criterion, effective and efficient forward and backward subset selection procedures are proposed. Extensive examples are presented to demonstrate the improved model compactness constructed by the proposed technique in comparison with some popular methods.

DEX: self-healing expanders

Statistical data correction for unreliable memories

In this paper, we introduce a statistical data-correction framework that aims at improving the DSP system performance in presence of unreliable memories. The proposed signal processing framework implements best-effort error mitigation for signals that are corrupted by defects in unreliable storage arrays using a statistical correction function extracted from the signal statistics, a data-corruption model, and an application-specific cost function. An application example to communication systems demonstrates the efficacy of the proposed approach.

A Steganalysis System Utilizing Temporal Pixel Correlation Of HEVC Video

High Efficiency Video Coding (HEVC) is the most recent video codec coming after currently most popular H.264/MPEG4 codecs and has promising compression capabilities. It is conjectured that it will be a substitute for current video compression standards. However, to the best knowledge of the authors, none of the current video steganalysis methods designed or tested with HEVC video. In this paper, pixel domain steganography applied on HEVC video is targeted for the first time. Also, its the first paper that employs accordion unfolding transformation, which merges temporal and spatial correlation, in pixel domain video steganalysis. With help of the transformation, temporal correlation is incorporated into the system. Its demonstrated for three different feature sets that integrating temporal dependency substantially increased the detection accuracy.

A Cyber-Physical Security Analysis of Synchronous-Islanded Microgrid Operation

Cyber-security research in the field of smart grids is often performed with a focus on either the power and control domain or the Information and Communications Technology (ICT) domain. The characteristics of the power equipment or ICT domain are commonly not collectively considered. This work provides an analysis of the physical effects of cyber-attacks on microgrids – a smart grid construct that allows continued power supply when disconnected from a main grid. Different types of microgrid operations are explained (connected, islanded and synchronous-islanding) and potential cyber-attacks and their physical effects are analyzed. A testbed that is based on physical power and ICT equipment is presented to validate the results in both the physical and ICT domain.

Foreword

Presents the introductory welcome message from the conference proceedings. May include the conference officers' congratulations to all involved with the conference event and publication of the proceedings record.

Internet of Things. A proposed secured network topology

The myriad of technologies and protocols working at different layers pose significant security challenges in the upcoming Internet of Things (IoT) paradigm. Security features and needs vary from application to application and it is layer specific. In addition, security has to consider the constraints imposed by energy limited sensor nodes and consider the specific target application in order to provide security at different layers. This paper analyses current standardization efforts and protocols. It proposes a generic secured network topology for IoT and describes the relevant security challenges. Some exploitation examples are also provided.

Secure key generation from OFDM subcarriers' channel responses

The ability to exchange keys between users is vital in any wireless based security system. A key generation technique which exploits the randomness of the wireless channel is a promising alternative to existing key distribution techniques, e.g., public key cryptography. In this paper, a secure key generation scheme based on the subcarriers' channel responses in orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) systems is proposed. We first implement a time-variant multipath channel with its channel impulse response modelled as a wide sense stationary (WSS) uncorrelated scattering random process and demonstrate that each subcarrier's channel response is also a WSS random process. We then define the X% coherence time as the time required to produce an X% correlation coefficient in the autocorrelation function (ACF) of each channel tap, and find that when all the channel taps have the same Doppler power spectrum, all subcarriers' channel responses has the same ACF as the channel taps. The subcarrier's channel response is then sampled every X% coherence time and quantized into key bits. All the key sequences' randomness is tested using National Institute of Standards and Technology (NIST) statistical test suite and the results indicate that the commonly used sampling interval as 50% coherence time cannot guarantee the randomness of the key sequence.

Microstructure design of Titanate-based electroceramics

Electrocerâmicos são uma classe de materiais avançados com propriedades eléctricas valiosas para aplicações. Estas propriedades são geralmente muito dependentes da microestrutura dos materiais. Portanto, o objectivo geral deste trabalho é investigar o desenho da resposta dieléctrica de filmes espessos obtidos por Deposição Electroforética (EPD) e cerâmicos monolíticos, através do controlo da evolução da microestrutura durante a sinterização de electrocerâmicos à base de titanatos. Aplicações sem fios na indústria microelectrónica e de comunicações, em rápido crescimento, tornaram-se um importante mercado para os fabricantes de semicondutores. Devido à constante necessidade de miniaturização, redução de custos e maior funcionalidade e integração, a tecnologia de filmes espessos está a tornar-se uma abordagem de processamento de materiais funcionais cada vez mais importante. Uma técnica adequada neste contexto é EPD. Os filmes espessos resultantes necessitam de um passo subsequente de sinterização que é afectada pelo substrato subjacente, tendo este um forte efeito sobre a evolução da microestrutura. Relacionado com a miniaturização e a discriminação do sinal, materiais dieléctricos usados como componentes operando a frequências das microondas em aplicações na industria microelectrónica de comunicações devem apresentar baixas perdas dieléctricas e elevadas permitividade dieléctrica e estabilidade com a temperatura. Materiais do sistema BaO-Ln2O3- TiO2 (BLnT: Ln = La ou Nd), como BaLa4Ti4O15 (BLT) e Ba4.5Nd9Ti18O54 (BNT), cumprem esses requisitos e são interessantes para aplicações, por exemplo, em estações de base para comunicações móveis ou em ressonadores para telefones móveis, onde a miniaturização dos dispositivos é muito importante. Por sua vez, o titanato de estrôncio (SrTiO3, STO) é um ferroeléctrico incipiente com constante dieléctrica elevada e baixas perdas, que encontra aplicação em, por exemplo, condensadores de camada interna, tirando partido de fronteiras de grão altamente resistivas. A dependência da permitividade dieléctrica do campo eléctrico aplicado torna este material muito interessante para aplicações em dispositivos de microondas sintonizáveis. Materiais à base de STO são também interessantes para aplicações termoeléctricas, que podem contribuir para a redução da actual dependência de combustíveis fósseis por meio da geração de energia a partir de calor desaproveitado. No entanto, as mesmas fronteiras de grão resistivas são um obstáculo relativamente à eficiência do STO para aplicações termoeléctricas. Para além do efeito do substrato durante a sinterização constrangida, outros factores, como a presença de fase líquida, a não-estequiometria ou a temperatura de sinterização, afectam significativamente não apenas a microestrutura dos materiais funcionais, mas também a sua resposta dieléctrica. Se adequadamente compreendidos, estes factores podem ser intencionalmente usados para desenhar a microestrutura dos electrocerâmicos e, desta forma, as suas propriedades dieléctricas. O efeito da não-estequiometria (razão Sr/Ti 0.995-1.02) no crescimento de grão e resposta dieléctrica de cerâmicos de STO foi investigado neste trabalho. A mobilidade das fronteiras de grão aumenta com a diminuição da razão Sr/Ti. A resistividade do interior dos grãos e das fronteiras de grão é sistematicamente diminuída em amostras não-estequiométricas de STO, em comparação com o material estequiométrico. O efeito é muito mais forte para as fronteiras de grão do que para o seu interior. Dependências sistemáticas da não-estequiometria foram também observadas relativamente à dependência da condutividade da temperatura (muito mais afectada no caso da contribuição das fronteiras de grão), à capacitância do interior e fronteiras de grão e à espessura das fronteiras de grão. Uma anomalia no crescimento de grão em cerâmicos de STO ricos em Ti foi também observada e sistematicamente analisada. Foram detectadas três descontinuidades na dependência do tipo Arrhenius do crescimento de grão relativamente à temperatura com diminuições no tamanho de grão a temperaturas em torno de 1500, 1550 e 1605 °C. Além disso, descontinuidades semelhantes foram também observadas na dependência da energia de activação relativamente à condutividade das fronteiras de grão e na espessura das fronteiras de grão, avaliadas por Espectroscopia de Impedância. Estas notáveis coincidências suportam fortemente a formação de diferentes complexos de fronteira de grão com transições entre os regimes de crescimento de grão observados, que podem ser correlacionados com diferentes mobilidades de fronteira de grão e propriedades dieléctricas. Um modelo é sugerido, que se baseia na diminuição da fase líquida localizada nas fronteiras de grão, como o aumento da temperatura de sinterização, um cenário compatível com um fenómeno de solubilidade retrógrada, observado anteriormente em metais e semicondutores, mas não em cerâmicos. A EPD de filmes espessos de STO em substratos de folha de Pt e a sinterização constrangida dos filmes fabricados foram também preliminarmente tratadas. Filmes espessos de STO foram depositados com êxito por EPD sobre substratos de Pt e, depois de sinterizados, atingiram densidades elevadas. Um aumento da densificação e do tamanho de grão assim como o alargamento da distribuição de tamanho do grão foram observados com a diminuição da razão Sr/Ti, tal como anteriormente observado em amostras cerâmicas. Grãos equiaxiados foram observados para todas as composições, mas um certo grau de anisotropia na orientação dos poros foi detectado: os poros revelaram uma orientação vertical preferencial. Este trabalho focou-se também na sinterização constrangida do sistema BLnT (Ln = La ou Nd), nomeadamente de filmes espessos de BLT e BNT sobre substratos de folha de platina, e na relação do desenvolvimento de anisotropia microestrutural com as propriedades dieléctricas. As observações durante a sinterização constrangida foram comparadas com cerâmicos monolíticos equivalentes sinterizados livremente. Filmes espessos de BLnT (Ln = La ou Nd) com elevada densidade foram obtidos por EPD e subsequente sinterização constrangida. A anisometria cristalográfica do material em conjunto com um passo de sinterização constrangida resultou em grãos alongados e microestruturas anisotrópicas. O efeito do stress do substrato durante a sinterização constrangida originou graus mais elevados de anisotropia (grãos e poros alongados e orientação preferencial, bem como textura cristalográfica) nos filmes sinterizados relativamente aos cerâmicos equivalentes sinterizados livremente, não obstante o estado equivalente das amostras em verde. A densificação dos filmes de BLnT (Ln = La ou Nd) é retardada em comparação com os cerâmicos, mas depois de longos tempos de sinterização densidades semelhantes são obtidas. No entanto, em oposição a observações na sinterização constrangida de outros sistemas, o crescimento do grão em filmes de BLnT (Ln = La ou Nd) é favorecido pelo constrangimento causado pelo substrato. Além disso, grãos e poros alongados orientados paralelamente ao substrato foram desenvolvidos durante a sinterização constrangida de filmes espessos. Verificou-se uma forte correlação entre a evolução de grãos e poros, que começou assim que o crescimento do grão se iniciou. Um efeito da tensão do substrato no aumento do crescimento de grão, bem como um forte “Zener pinning”, origina microestruturas altamente texturizadas, o que também é observado a nível cristalográfico. Efeitos marcantes da anisotropia microestrutural foram também detectados nas propriedades dieléctricas dos filmes de BLnT (Ln = La ou Nd). Juntamente com o aumento da razão de aspecto dos grãos, do factor de orientação e do grau de textura cristalográfica, a permitividade relativa é ligeiramente diminuída e o coeficiente de temperatura da permitividade evolui de negativo para positivo com o aumento do tempo isotérmico de sinterização. Este trabalho mostra que a não-estequiometria pode ser usada para controlar a mobilidade das fronteiras de grão e, portanto, desenhar a microestrutura e as propriedades dieléctricas de electrocerâmicos à base de STO, com ênfase nas propriedades das fronteiras de grão. O papel da não-estequiometria no STO e dos complexos de fronteira de grão no desenvolvimento microestrutural é discutido e novas oportunidades para desenhar as propriedades de materiais funcionais são abertas. As observações relativamente à sinterização constrangida apontam para o efeito de tensões mecânicas desenvolvidas devido ao substrato subjacente no desenvolvimento da microestrutura de materiais funcionais. É assim esperado que a escolha adequada de substrato permitia desenhar a microestrutura de filmes espessos funcionais com desempenho optimizado. “Stress Assisted Grain Growth” (SAGG) é então proposto como uma técnica potencial para desenhar a microestrutura de materiais funcionais, originando microestruturas anisotrópicas texturizadas com propriedades desejadas.

Playing immersive games on the REVERIE platform

REVERIE (REal and Virtual Engagement in Realistic Immersive Environments) [1] is a multimedia and multimodal framework, which supports the creation of immersive games. The framework supports the creation of games integrating technologies such as 3D spatial audio, detection of the player’s body movement using Kinect and WIMO sensors, NPCs (Non-Playable Characters) with advanced AI capabilities featuring various levels of representation and gameplay into an immersive 3D environment. A demonstration game was developed for REVERIE, which is an adapted version of the popular Simon Says game. In the REVERIE version, a player tries to follow physical instructions issued by two autonomous agents with different degrees of realism. If a player follows a physical instruction correctly, they are awarded one point. If not, they are deducted one point. This paper presents a technical overview of the game technologies integrated in the Simon Says demo and its evaluation by players with variable computer literacy skills. Finally the potential of REVERIE as an immersive framework for gaming is discussed, followed by recommendations for improvements in future versions of the framework.

Preparing for disaster: a comparative analysis of education for critical infrastructure collapse

This article explores policy approaches to educating populations for potential critical infrastructure collapse in five different countries: the UK, the US, Germany, Japan and New Zealand. ‘Critical infrastructure’ is not always easy to define, and indeed is defined slightly differently across countries – it includes entities vital to life, such as utilities (water, energy), transportation systems and communications, and may also include social and cultural infrastructure. The article is a mapping exercise of different approaches to critical infrastructure protection and preparedness education by the five countries. The exercise facilitates a comparison of the countries and enables us to identify distinctive characteristics of each country’s approach. We argue that contrary to what most scholars of security have argued, these national approaches diverge greatly, suggesting that they are shaped more by internal politics and culture than by global approaches.

Frequency- domain multiuser detection for highly overloaded DS-CDMA systems

A DS-CDMA (Direct Sequence-Coded Division Multiple Access) system has maximum spectral efficiency if the system is fully loaded (i.e., the number of users is equal to the spreading factor) and we employ signals with bandwidth equal to the chip rate. However, due to implementation constraints we need to employ signals with higher bandwidth, decreasing the system’s spectral efficiency. In this paper we consider prefixassisted DS-CDMA systems with bandwidth that can be significantly above the chip rate. To allow high spectral efficiency we consider highly overloaded systems where the number of users can be twice the spreading factor or even more. To cope with the strong interference levels we present an iterative frequencydomain receiver that takes full advantage of the total bandwidth of the transmitted signals. Our performance results show that the proposed receiver can have excellent performance, even for highly overloaded systems. Moreover, the overall system performance can be close to the maximum theoretical spectral efficiency, even with transmitted signals that have bandwidth significantly above the chip rate.