Medium access control design for distributed opportunistic radio networks

Existing wireless networks are characterized by a fixed spectrum assignment policy. However, the scarcity of available spectrum and its inefficient usage demands for a new communication paradigm to exploit the existing spectrum opportunistically. Future Cognitive Radio (CR) devices should be able to sense unoccupied spectrum and will allow the deployment of real opportunistic networks. Still, traditional Physical (PHY) and Medium Access Control (MAC) protocols are not suitable for this new type of networks because they are optimized to operate over fixed assigned frequency bands. Therefore, novel PHY-MAC cross-layer protocols should be developed to cope with the specific features of opportunistic networks. This thesis is mainly focused on the design and evaluation of MAC protocols for Decentralized Cognitive Radio Networks (DCRNs). It starts with a characterization of the spectrum sensing framework based on the Energy-Based Sensing (EBS) technique considering multiple scenarios. Then, guided by the sensing results obtained by the aforementioned technique, we present two novel decentralized CR MAC schemes: the first one designed to operate in single-channel scenarios and the second one to be used in multichannel scenarios. Analytical models for the network goodput, packet service time and individual transmission probability are derived and used to compute the performance of both protocols. Simulation results assess the accuracy of the analytical models as well as the benefits of the proposed CR MAC schemes.

Implementing Role Based Access Control into the Enterprise Environment to Support Business and IT Functions

The thesis studies role based access control and its suitability in the enterprise environment. The aim is to research how extensively role based access control can be implemented in the case organization and how it support organization’s business and IT functions. This study points out the enterprise’s needs for access control, factors of access control in the enterprise environment and requirements for implementation and the benefits and challenges it brings along. To find the scope how extensively role based access control can be implemented into the case organization, firstly is examined the actual state of access control. Secondly is defined a rudimentary desired state (how things should be) and thirdly completed it by using the results of the implementation of role based access control application. The study results the role model for case organization unit, and the building blocks and the framework for the organization wide implementation. Ultimate value for organization is delivered by facilitating the normal operations of the organization whilst protecting its information assets.

Control framework for dexterous manipulation using dynamic visual servoing and tactile sensors’ feedback

Tactile sensors play an important role in robotics manipulation to perform dexterous and complex tasks. This paper presents a novel control framework to perform dexterous manipulation with multi-fingered robotic hands using feedback data from tactile and visual sensors. This control framework permits the definition of new visual controllers which allow the path tracking of the object motion taking into account both the dynamics model of the robot hand and the grasping force of the fingertips under a hybrid control scheme. In addition, the proposed general method employs optimal control to obtain the desired behaviour in the joint space of the fingers based on an indicated cost function which determines how the control effort is distributed over the joints of the robotic hand. Finally, authors show experimental verifications on a real robotic manipulation system for some of the controllers derived from the control framework.

Engineering access control for distributed enterprise applications

Access control (AC) is a necessary defense against a large variety of security attacks on the resources of distributed enterprise applications. However, to be effective, AC in some application domains has to be fine-grain, support the use of application-specific factors in authorization decisions, as well as consistently and reliably enforce organization-wide authorization policies across enterprise applications. Because the existing middleware technologies do not provide a complete solution, application developers resort to embedding AC functionality in application systems. This coupling of AC functionality with application logic causes significant problems including tremendously difficult, costly and error prone development, integration, and overall ownership of application software. The way AC for application systems is engineered needs to be changed. ^ In this dissertation, we propose an architectural approach for engineering AC mechanisms to address the above problems. First, we develop a framework for implementing the role-based access control (RBAC) model using AC mechanisms provided by CORBA Security. For those application domains where the granularity of CORBA controls and the expressiveness of RBAC model suffice, our framework addresses the stated problem. ^ In the second and main part of our approach, we propose an architecture for an authorization service, RAD, to address the problem of controlling access to distributed application resources, when the granularity and support for complex policies by middleware AC mechanisms are inadequate. Applying this architecture, we developed a CORBA-based application authorization service (CAAS). Using CAAS, we studied the main properties of the architecture and showed how they can be substantiated by employing CORBA and Java technologies. Our approach enables a wide-ranging solution for controlling the resources of distributed enterprise applications. ^

An aspect-oriented approach to designing role-based access control services

Access control (AC) limits access to the resources of a system only to authorized entities. Given that information systems today are increasingly interconnected, AC is extremely important. The implementation of an AC service is a complicated task. Yet the requirements to an AC service vary a lot. Accordingly, the design of an AC service should be flexible and extensible in order to save development effort and time. Unfortunately, with conventional object-oriented techniques, when an extension has not been anticipated at the design time, the modification incurred by the extension is often invasive. Invasive changes destroy design modularity, further deteriorate design extensibility, and even worse, they reduce product reliability. ^ A concern is crosscutting if it spans multiple object-oriented classes. It was identified that invasive changes were due to the crosscutting nature of most unplanned extensions. To overcome this problem, an aspect-oriented design approach for AC services was proposed, as aspect-oriented techniques could effectively encapsulate crosscutting concerns. The proposed approach was applied to develop an AC framework that supported role-based access control model. In the framework, the core role-based access control mechanism is given in an object-oriented design, while each extension is captured as an aspect. The resulting framework is well-modularized, flexible, and most importantly, supports noninvasive adaptation. ^ In addition, a process to formalize the aspect-oriented design was described. The purpose is to provide high assurance for AC services. Object-Z was used to specify the static structure and Predicate/Transition net was used to model the dynamic behavior. Object-Z was extended to facilitate specification in an aspect-oriented style. The process of formal modeling helps designers to enhance their understanding of the design, hence to detect problems. Furthermore, the specification can be mathematically verified. This provides confidence that the design is correct. It was illustrated through an example that the model was ready for formal analysis. ^

Engineering access control for distributed enterprise applications

Access control (AC) is a necessary defense against a large variety of security attacks on the resources of distributed enterprise applications. However, to be effective, AC in some application domains has to be fine-grain, support the use of application-specific factors in authorization decisions, as well as consistently and reliably enforce organization-wide authorization policies across enterprise applications. Because the existing middleware technologies do not provide a complete solution, application developers resort to embedding AC functionality in application systems. This coupling of AC functionality with application logic causes significant problems including tremendously difficult, costly and error prone development, integration, and overall ownership of application software. The way AC for application systems is engineered needs to be changed. In this dissertation, we propose an architectural approach for engineering AC mechanisms to address the above problems. First, we develop a framework for implementing the role-based access control (RBAC) model using AC mechanisms provided by CORBA Security. For those application domains where the granularity of CORBA controls and the expressiveness of RBAC model suffice, our framework addresses the stated problem. In the second and main part of our approach, we propose an architecture for an authorization service, RAD, to address the problem of controlling access to distributed application resources, when the granularity and support for complex policies by middleware AC mechanisms are inadequate. Applying this architecture, we developed a CORBA-based application authorization service (CAAS). Using CAAS, we studied the main properties of the architecture and showed how they can be substantiated by employing CORBA and Java technologies. Our approach enables a wide-ranging solution for controlling the resources of distributed enterprise applications.

A PHR system with policy-based fine-grained access control and revocation mechanism

Collaborative sharing of information is becoming much more needed technique to achieve complex goals in today's fast-paced tech-dominant world. Personal Health Record (PHR) system has become a popular research area for sharing patients informa- tion very quickly among health professionals. PHR systems store and process sensitive information, which should have proper security mechanisms to protect patients' private data. Thus, access control mechanisms of the PHR should be well-defined. Secondly, PHRs should be stored in encrypted form. Cryptographic schemes offering a more suitable solution for enforcing access policies based on user attributes are needed for this purpose. Attribute-based encryption can resolve these problems, we propose a patient-centric framework that protects PHRs against untrusted service providers and malicious users. In this framework, we have used Ciphertext Policy Attribute Based Encryption scheme as an efficient cryptographic technique, enhancing security and privacy of the system, as well as enabling access revocation. Patients can encrypt their PHRs and store them on untrusted storage servers. They also maintain full control over access to their PHR data by assigning attribute-based access control to selected data users, and revoking unauthorized users instantly. In order to evaluate our system, we implemented CP-ABE library and web services as part of our framework. We also developed an android application based on the framework that allows users to register into the system, encrypt their PHR data and upload to the server, and at the same time authorized users can download PHR data and decrypt it. Finally, we present experimental results and performance analysis. It shows that the deployment of the proposed system would be practical and can be applied into practice.

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.

Using a prioritized medium access control protocol for incrementally obtaining an interpolation of sensor readings

This paper addresses sensor network applications which need to obtain an accurate image of physical phenomena and do so with a high sampling rate in both time and space. We present a fast and scalable approach for obtaining an approximate representation of all sensor readings at high sampling rate for quickly reacting to critical events in a physical environment. This approach is an improvement on previous work in that after the new approach has undergone a startup phase then the new approach can use a very small sampling period.

Collision-free prioritized medium access control in wireless networks with hidden nodes

We propose a collision-free medium access control (MAC) protocol, which implements static-priority scheduling and works in the presence of hidden nodes. 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 sense the channel while transmitting to the channel. Our protocol is collision-free even in the presence of hidden nodes and it achieves this without synchronized clocks or out-of-band busy tones. In addition, the protocol is designed to ensure that many non-interfering nodes can transmit in parallel and it functions for both broadcast and unicast transmissions.

A type system for access control in an object-oriented language

Trabalho apresentado no âmbito do Mestrado em Engenharia Informática, como requisito parcial para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Informática

An automated maneuver control framework for a remotely operated vehicle

OCEANS, 2001. MTS/IEEE Conference and Exhibition (Volume:2 )

A control framework for a remotely operated vehicle

A control framework enabling the automated maneuvering of a Remotely Operate Vehicle (ROV) is presented. The control architecture is structured according to the principle of composition of vehicle motions from a minimal set of elemental maneuvers that are designed and verified independently. The principled approach is based on distributed hybrid systems techniques, and spans integrated design, simulation and implementation as the same model is used throughout. Hybrid systems control techniques are used to synthesize the elemental maneuvers and to design protocols, which coordinate the execution of elemental maneuvers within a complex maneuver. This work is part of the Inspection of Underwater Structures (IES) project whose main objective is the implementation of a ROV-based system for the inspection of underwater structures.