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
`
Agenda
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
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Relembrando
 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
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Evolução das Pesquisas - Journal
Journal
H-index Sigla
Período
IEEE Transactions on Wireless
Communications
33
TWC
2002/2011
Communications of the ACM
33
CACM
1999/2011
IEEE Communications Magazine
31
COMMAG
1999/2011
IEEE Computer Networks
22
COMNET
1999/2011
IEEE Signal Processing Magazine
21
SIGPROC
1999/2011
IEEE Personal Communications/IEEE
Wireless Communications
9
PERCOM/W
COM
1999/2011
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4
Evolução das Pesquisas - Journal
12.0%
% of overall research
8.0%
6.0%
4.0%
2.0%
0.0%
1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011
Ano
8.0%
7.0%
% de Publicações
% de Publicações
10.0%
% of CR related papers
6.0%
5.0%
4.0%
3.0%
2.0%
1.0%
0.0%
1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011
Ano
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5
Evolução das Pesquisas - Journal
12.0%
Spectrum Sharing
% de Publicações por Tópicos
10.0%
8.0%
Spectrum Sensing
Performance Evaluation
SDR
6.0%
QoS
4.0%
2.0%
0.0%
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
Ano
2006
2007
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2008
2009
2010
2011
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Evolução das Pesquisas - Journal
45.0%
40.0%
35.0%
30.0%
25.0%
20.0%
15.0%
41.0%
23.4%
10.0%
5.0%
0.0%
USA
9.3%
8.3%
8.0%
5.4%
4.5%
Canada
China
Singapore
UK
South
Korea
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Others
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Evolução das Pesquisas - Journal
90%
% of publications
80%
70%
60%
50%
40%
84%
30%
20%
33%
10%
13%
0%
Academia
Government
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Industry
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Conferências Relevantes
 INFOCOM - http://infocom.di.unimi.it
 SIGCOMM - http://conferences.sigcomm.org
 WCNC - http://wcnc2014.ieee-wcnc.org
 MobiCom - http://www.sigmobile.org/mobicom
 ICC - http://ieee-icc.org
 Globecom - http://www.ieee-globecom.org
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Conferências Relevantes
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 Cooperativo
6) Coexistência de Redes
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Hot Topics em Rádio Cognitivo
 A Survey on Machine-
Learning Techniques in
Cognitive Radios
(Bkssiny, et al.)
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Hot Topics em Rádio Cognitivo
 A Survey on Machine-
Learning Techniques in
Cognitive Radios
(Bkssiny, et al.)
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Agenda
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
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Alguns exemplos de projetos com SDR/RC
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
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Projeto 1: Vanu
 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
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Projeto 1: Vanu
 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.pdf
 Principal produto da empresa é o Anywave
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Projeto 2: KNOWS
 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
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Projeto 2: Knows – Versão 1
Maximize Spectrum
Utilization
[MobiHoc’07]
Coordinate spectrum
availability
[DySpan’07]
Reduces hidden
terminal, fragmentation
[LANMAN’07]
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Projeto 2: Knows – Versão 1
Qual banda do espectro dois
rádios cognitivos devem usar?
1. Largura do canal?
2. Frequência?
3. Duração?
Maximize Spectrum
Utilization
[MobiHoc’07]
Coordinate spectrum
availability
[DySpan’07]
Reduces hidden
terminal, fragmentation
[LANMAN’07]
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Projeto 2: Knows – Versão 1
B-SMART:
distributed
spectrum allocation
Qual
banda
do espectro
dois
over white spaces
rádios
cognitivos devem usar?
prever a melhor
largura ?
de banda e
1.Tenta
Largura
do canal
para realizar uma futura
2.frequência
Frequencia
?
comunicação
3. Duração ?
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Projeto 2: Knows – Versão 2
PC
TV/MIC
detection
Net
Stack
Scanner (SDR)
FFT
Temporal Analysis
(SIFT)
FPGA
UHF RX
Daughterboard
Whitespace
Radios
Connection Manager
Atheros Device Driver
Wi-Fi
Card
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UHF
Translator
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Projeto 2: Knows – Extras
 WhiteSpaceFinder
 Visualizador dos canais de TV disponíveis nos
EUA

http://whitespaces.msresearch.us/WSWebGUI/whitespaces.aspx
SHOW TIME!
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Projeto 3: Google Spectrum Database
 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
SHOW TIME!
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Agenda
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
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Improving Reinforcement Learning Algorithms for Dynamic
Spectrum Allocation in Cognitive Sensor Networks
 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
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Improving Reinforcement Learning Algorithms for Dynamic
Spectrum Allocation in Cognitive Sensor Networks
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Improving Reinforcement Learning Algorithms for Dynamic
Spectrum Allocation in Cognitive Sensor Networks
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An Adaptive Feedback System to Support
Threshold Learning in Cognitive Radio
 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
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An Adaptive Feedback System to Support
Threshold Learning in Cognitive Radio
Reasoning Component
Adaptive Feedback System
Feedback Time Algorithm
Feedback Control Algorithm
Threshold
Learning
Algorithm
Sensing
Component
USRP2
Waveform Detector
(on demand)
Energy Detector
(continuous)
RF Front End
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An Adaptive Feedback System to Support
Threshold Learning in Cognitive Radio
Reasoning Component
Adaptive Feedback System
Feedback Time Algorithm
Feedback Control Algorithm
Sensoriamento paralelo
Threshold
Learning
Algorithm
Sensing
Component
USRP2
Waveform Detector
(on demand)
Energy Detector
(continuous)
RF Front End
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An Adaptive Feedback System to Support
Threshold Learning in Cognitive Radio
Controle dos Feedbacks
Reasoning Component
Adaptive Feedback System
Feedback Time Algorithm
Feedback Control Algorithm
Sensoriamento paralelo
Threshold
Learning
Algorithm
Sensing
Component
Waveform Detector
(on demand)
Energy Detector
(continuous)
RF Front End
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An Adaptive Feedback System to Support
Threshold Learning in Cognitive Radio
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ChiMaS: A Channel List Management
System for Cognitive Radio Networks
 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
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ChiMaS: A Channel List Management
System for Cognitive Radio Networks
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ChiMaS: A Channel List Management
System for Cognitive Radio Networks
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Considerações Finais
 Rádio Cognitivo é a bola da vez
 Veio para ficar
 EMPREENDA !!!
 É um tema interdisciplinar
 Mais cedo ou mais tarde você estará utilizando !!!
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