` Introdução à Redes Sem Fio Inteligentes Minicurso Semana Acadêmica do Instituto de Informática Porto Alegre, 22 a 24 de maio de 2013 Cristiano Both,

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1 ` Introdução à Redes Sem Fio Inteligentes Minicurso Semana Acadêmica do Instituto de Informática Porto Alegre, 22 a 24 de maio de 2013 Cristiano Both, Rafael Kunst, Lucas Bondan, Maicon Kist, Leonardo Faganello, Lisandro Granville, Juergen Rochol

2 ① Evolução das pesquisas em Rádio Cognitivo ② Conferências Relevantes ③ Hot Topics em Rádio Cognitivo ④ Alguns exemplos de projetos com SDR/Rádios Cognitivos ⑤ Pesquisas no nosso Grupo ⑥ Considerações Finais 2 Semana Acadêmica do Instituto de Informática Porto Alegre, 22 a 24 de maio de 2013

3  Quatro principais funções cognitivas:  Sensoriamento  Decisão  Mobilidade  Compartilhamento  Software Defined Radio (SDR)  SDR é um habilitador para rádio cognitivo  Rádio Cognitivo é um conceito que pode ser utilizado em qualquer tecnologia sem fio  Rádio Cognitivo é um tema interdisciplinar 3 Semana Acadêmica do Instituto de Informática Porto Alegre, 22 a 24 de maio de 2013

4 4 JournalH-indexSiglaPeríodo IEEE Transactions on Wireless Communications 33TWC2002/2011 Communications of the ACM33CACM1999/2011 IEEE Communications Magazine31COMMAG1999/2011 IEEE Computer Networks22COMNET1999/2011 IEEE Signal Processing Magazine21SIGPROC1999/2011 IEEE Personal Communications/IEEE Wireless Communications 9PERCOM/W COM 1999/2011

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9 9  INFOCOM - http://infocom.di.unimi.ithttp://infocom.di.unimi.it  SIGCOMM - http://conferences.sigcomm.orghttp://conferences.sigcomm.org  WCNC - http://wcnc2014.ieee-wcnc.orghttp://wcnc2014.ieee-wcnc.org  MobiCom - http://www.sigmobile.org/mobicomhttp://www.sigmobile.org/mobicom  ICC - http://ieee-icc.orghttp://ieee-icc.org  Globecom - http://www.ieee-globecom.orghttp://www.ieee-globecom.org

10 10 Semana Acadêmica do Instituto de Informática Porto Alegre, 22 a 24 de maio de 2013 INFOCOM 2013 - http://infocom.di.unimi.it  7 Sessões Técnicas sobre Rádio Cognitivo  28 artigos diretamente relacionados com RC  Principais tópicos: 1) Spectrum Sensing 4) Spectrum Energy 2) Spetrum Decision 5) Spetrum Pricing 3) RC Cooperativo6) Coexistência de Redes

11 11 Semana Acadêmica do Instituto de Informática Porto Alegre, 22 a 24 de maio de 2013  A Survey on Machine- Learning Techniques in Cognitive Radios (Bkssiny, et al. )

12 12 Semana Acadêmica do Instituto de Informática Porto Alegre, 22 a 24 de maio de 2013  A Survey on Machine- Learning Techniques in Cognitive Radios (Bkssiny, et al. )

13 ① Evolução das pesquisas em Rádio Cognitivo ② Conferências Relevantes ③ Hot Topics em Rádio Cognitivo ④ Alguns exemplos de projetos com SDR/Rádios Cognitivos ⑤ Pesquisas no nosso Grupo ⑥ Considerações Finais 13 Semana Acadêmica do Instituto de Informática Porto Alegre, 22 a 24 de maio de 2013

14 14 AINDA EXISTEM POUQUÍSSIMAS APLICAÇÕES  WANG, J.; GHOSH, M.; CHALLAPALI, K. Emerging Cognitive Radio Applications: a survey. IEEE Communications Magazine, 2011, sugeriram:  Smart Grid  Segurança pública  Redes celulares  Aplicações médicas Semana Acadêmica do Instituto de Informática Porto Alegre, 22 a 24 de maio de 2013

15 15  Objetivo: Permitir operadoras de celular lidar com mais de um padrão de telecomunicação em uma única torre  GSM, CDMA, etc  Substituição de estações rádio base em cidades pequena  Mercado de estações de rádio movimenta ~ $ 45 bilhões  55 funcionários  Forbes: http://www.forbes.com/forbes/2002/1125/138.html http://www.forbes.com/forbes/2002/1125/138.html Semana Acadêmica do Instituto de Informática Porto Alegre, 22 a 24 de maio de 2013

16 16  Vanu Bose fez doutorado no MIT  Tese: Design and Implementation of a Software Radio Using a General Purpose Processor  Download: http://www.sigmobile.org/phd/1999/theses/bose.pdfhttp://www.sigmobile.org/phd/1999/theses/bose.pdf  Principal produto da empresa é o Anywave Semana Acadêmica do Instituto de Informática Porto Alegre, 22 a 24 de maio de 2013

17 17  Projeto da Microsoft Research  Utiliza o Sora  Projeto dividido em duas versões:  Versão 1: Objetivo é criar redes de comunicação nos canais não ocupados do espectro  Versão 2: Desenvolvimento de uma estação base que não faz uso de um canal de controle dedicado Semana Acadêmica do Instituto de Informática Porto Alegre, 22 a 24 de maio de 2013

18 18 Semana Acadêmica do Instituto de Informática Porto Alegre, 22 a 24 de maio de 2013 Reduces hidden terminal, fragmentation [LANMAN’07] Coordinate spectrum availability [DySpan’07] Maximize Spectrum Utilization [MobiHoc’07]

19 19 Semana Acadêmica do Instituto de Informática Porto Alegre, 22 a 24 de maio de 2013 Qual banda do espectro dois rádios cognitivos devem usar? 1.Largura do canal? 2.Frequência? 3.Duração? Reduces hidden terminal, fragmentation [LANMAN’07] Coordinate spectrum availability [DySpan’07] Maximize Spectrum Utilization [MobiHoc’07]

20 20 Semana Acadêmica do Instituto de Informática Porto Alegre, 22 a 24 de maio de 2013 Qual banda do espectro dois rádios cognitivos devem usar? 1.Largura do canal ? 2.Frequencia ? 3.Duração ? B-SMART: distributed spectrum allocation over white spaces Tenta prever a melhor largura de banda e frequência para realizar uma futura comunicação

21 21 Semana Acadêmica do Instituto de Informática Porto Alegre, 22 a 24 de maio de 2013 Qual banda do espectro dois rádios cognitivos devem usar? 1.Largura do canal ? 2.Frequencia ? 3.Duração ? B-SMART: distributed spectrum allocation over white spaces Tenta prever a melhor largura de banda e frequência para realizar uma comunicação futura.

22 22 Semana Acadêmica do Instituto de Informática Porto Alegre, 22 a 24 de maio de 2013 Net Stack TV/MIC detection FFT Connection Manager Atheros Device Driver PC UHF RX Daughterboard FPGA UHF Translator Wi-Fi Card Whitespace Radios Scanner (SDR) Temporal Analysis (SIFT)

23 23 Semana Acadêmica do Instituto de Informática Porto Alegre, 22 a 24 de maio de 2013  WhiteSpaceFinder  Visualizador dos canais de TV disponíveis nos EUA  http://whitespaces.msresearch.us/WSWebGUI/whitespaces.aspx http://whitespaces.msresearch.us/WSWebGUI/whitespaces.aspx SHOW TIME !

24 24  Visualização da utilização dos canais de TV VHF/UHF  Objetivo do Google é se tornar um spectrum broker  Fornecer informações sobre quais canais podem ser utilizados em uma rede de rádios cognitivos  http://www.google.org/spectrum/whitespace http://www.google.org/spectrum/whitespace SHOW TIME! Semana Acadêmica do Instituto de Informática Porto Alegre, 22 a 24 de maio de 2013

25 ① Evolução das pesquisas em Rádio Cognitivo ② Conferências Relevantes ③ Hot Topics em Rádio Cognitivo ④ Alguns exemplos projetos de pesquisa ⑤ Pesquisas no nosso Grupo ⑥ Considerações Finais 25 Semana Acadêmica do Instituto de Informática Porto Alegre, 22 a 24 de maio de 2013

26 Improving Reinforcement Learning Algorithms for Dynamic Spectrum Allocation in Cognitive Sensor Networks 26  Definimos um modelo de ocupação de canais de frequência para uma rede de sensores  Projetamos uma decisão espectral baseado no algoritmo Q-Learning – Q-Noise Semana Acadêmica do Instituto de Informática Porto Alegre, 22 a 24 de maio de 2013

27 Improving Reinforcement Learning Algorithms for Dynamic Spectrum Allocation in Cognitive Sensor Networks 27 Semana Acadêmica do Instituto de Informática Porto Alegre, 22 a 24 de maio de 2013

28 Improving Reinforcement Learning Algorithms for Dynamic Spectrum Allocation in Cognitive Sensor Networks 28 Semana Acadêmica do Instituto de Informática Porto Alegre, 22 a 24 de maio de 2013

29 29  Utilizar técnicas de aprendizagem de máquina para fazer o algoritmo descobrir o limiar de energia correto  Utilizar o aprendizado bayesiano  Precisa receber uma avaliação sobre como está se comportando – “feedback”  Feedback é fornecido por um algoritmo mais confiável: forma de onda Semana Acadêmica do Instituto de Informática Porto Alegre, 22 a 24 de maio de 2013

30 30 Semana Acadêmica do Instituto de Informática Porto Alegre, 22 a 24 de maio de 2013 Reasoning Component Sensing Component Adaptive Feedback System USRP2

31 31 Semana Acadêmica do Instituto de Informática Porto Alegre, 22 a 24 de maio de 2013 Reasoning Component Sensing Component Adaptive Feedback System USRP2 Sensoriamento paralelo

32 32 Semana Acadêmica do Instituto de Informática Porto Alegre, 22 a 24 de maio de 2013 Reasoning Component Sensing Component Adaptive Feedback System Sensoriamento paralelo Controle dos Feedbacks

33 33 Semana Acadêmica do Instituto de Informática Porto Alegre, 22 a 24 de maio de 2013

34 34  Utilizar técnicas de aprendizagem por reforço para ordenar a lista de canais candidatos para operação  Utiliza o algoritmo Q-Learning  Adaptamos o Q-Noise para aprender sem transmitir, baseado no sensoriamento espectral Semana Acadêmica do Instituto de Informática Porto Alegre, 22 a 24 de maio de 2013

35 35 Semana Acadêmica do Instituto de Informática Porto Alegre, 22 a 24 de maio de 2013

36 36 Semana Acadêmica do Instituto de Informática Porto Alegre, 22 a 24 de maio de 2013

37 37  Rádio Cognitivo é a bola da vez  Veio para ficar  EMPREENDA !!!  É um tema interdisciplinar  Mais cedo ou mais tarde você estará utilizando !!! Semana Acadêmica do Instituto de Informática Porto Alegre, 22 a 24 de maio de 2013

38 38 Escalonamento para Compartilhamento Espectral  Duas abordagens principais:  Centralizada [70, 71, 72]  Teoria das filas  Decisão baseada em cadeias de Markov  Distribuído ( mesh ) [73, 74]  Compartilhamento colaborativo  Troca de mensagens de controle Semana Acadêmica do Instituto de Informática Porto Alegre, 22 a 24 de maio de 2013