Modelo de comunicaciones cooperativas empleando Teoría de Juegos: Aplicaciones para Radios Cognitivos

Transcripción

1 Modelo de comunicaciones cooperativas empleando Teoría de Juegos: Aplicaciones para Radios Cognitivos Luis M. Gato Díaz Meiby Ortiz Bouza Jorge Torres Gómez Dept. of Telecommunications and Telematics, UTH Complex of Integrated Technological Investigations (CITI) 2 da Conferencia Anual de Tecnologías Informáticas, Multimedias y de Telecomunicaciones Luis M. Gato Díaz ACIMUTT 2017 Miércoles, 22 de Febrero, / 14

2 Cada vez menos incrementos en la eficiencia espectral [1] S. Kusaladharma, Aggregate Interference Analysis for Cognitive Radio Networks, University of Alberta, Luis M. Gato Díaz ACIMUTT 2017 Miércoles, 22 de Febrero, / 14

3 Ocupación ineficiente del espectro radioeléctrico Efficiency (%) Frequency (MHz) [2] Amir Ghasemi, Spectrum Sensing in Cognitive Radio Networks: Requirements, Challenges and Design Trade-offs. IEEE Communications Magazine, Luis M. Gato Díaz ACIMUTT 2017 Miércoles, 22 de Febrero, / 14

4 Usuarios primarios (PU) y Usuarios secundarios (SU) Luis M. Gato Díaz ACIMUTT 2017 Miércoles, 22 de Febrero, / 14

5 Ejemplo de tramas TDMA para una red de Radios Cognitivos Luis M. Gato Díaz ACIMUTT 2017 Miércoles, 22 de Febrero, / 14

6 Ejemplo de tramas TDMA para una red de Radios Cognitivos Tasa de bits alcanzable τ H0 = T T s T (1 P fa ) R b (1) τ H1 = T T s T (1 P d ) R b (2) Luis M. Gato Díaz ACIMUTT 2017 Miércoles, 22 de Febrero, / 14

7 Empleo de Teoría de Juegos Juego de formación de coaliciones Un juego de formación de coaliciones consiste en un par (N, v), donde N es un conjunto finito de jugadores y v es la función de utilidad que rige el juego y que asocia a cada coalición S N una recompensa v(s). Luis M. Gato Díaz ACIMUTT 2017 Miércoles, 22 de Febrero, / 14

8 Empleo de Teoría de Juegos Juego de formación de coaliciones Un juego de formación de coaliciones consiste en un par (N, v), donde N es un conjunto finito de jugadores y v es la función de utilidad que rige el juego y que asocia a cada coalición S N una recompensa v(s). Funciones de utilidad y de costo v(s i ) = Q d S i C(Q fa S i ) C(Q fa S i ) = ( ( α 2 log 1 ) ) 2 QS fa i α, para Q fa S i < α, para otros. (3) Luis M. Gato Díaz ACIMUTT 2017 Miércoles, 22 de Febrero, / 14

9 Formación de coaliciones Luis M. Gato Díaz ACIMUTT 2017 Miércoles, 22 de Febrero, / 14

10 Formación de coaliciones Luis M. Gato Díaz ACIMUTT 2017 Miércoles, 22 de Febrero, / 14

11 Ganancia de la cooperación Luis M. Gato Díaz ACIMUTT 2017 Miércoles, 22 de Febrero, / 14

12 Formación de coaliciones ante ataques Luis M. Gato Díaz ACIMUTT 2017 Miércoles, 22 de Febrero, / 14

13 Formación de coaliciones ante ataques Ataque jamming sobre el canal compartido: un atacante transmite ruido blanco Gaussiano para reducir la SNR en el receptor. Luis M. Gato Díaz ACIMUTT 2017 Miércoles, 22 de Febrero, / 14

14 Formación de coaliciones ante ataques Ataque jamming sobre el canal compartido: un atacante transmite ruido blanco Gaussiano para reducir la SNR en el receptor. Ataque Bizantino: un usuario de la red envía intencionalmente reportes erróneos acerca de la presencia o ausencia de señales de usuarios primarios. Luis M. Gato Díaz ACIMUTT 2017 Miércoles, 22 de Febrero, / 14

15 Formación de coaliciones ante ataques Ataque jamming sobre el canal compartido: un atacante transmite ruido blanco Gaussiano para reducir la SNR en el receptor. Ataque Bizantino: un usuario de la red envía intencionalmente reportes erróneos acerca de la presencia o ausencia de señales de usuarios primarios. Luis M. Gato Díaz ACIMUTT 2017 Miércoles, 22 de Febrero, / 14

16 Discusión y Trabajo Futuro La sobrecarga introducida por la cooperación en un esquema centralizado puede ser excesiva para un gran número de usuarios. Luis M. Gato Díaz ACIMUTT 2017 Miércoles, 22 de Febrero, / 14

17 Discusión y Trabajo Futuro La sobrecarga introducida por la cooperación en un esquema centralizado puede ser excesiva para un gran número de usuarios. Se empleó una búsqueda exhaustiva para la optimización de la función de utilidad, que puede ser demandante para mayor número de usuarios. Luis M. Gato Díaz ACIMUTT 2017 Miércoles, 22 de Febrero, / 14

18 Discusión y Trabajo Futuro La sobrecarga introducida por la cooperación en un esquema centralizado puede ser excesiva para un gran número de usuarios. Se empleó una búsqueda exhaustiva para la optimización de la función de utilidad, que puede ser demandante para mayor número de usuarios. No se analizó la existencia de múltiples canales compartidos. Luis M. Gato Díaz ACIMUTT 2017 Miércoles, 22 de Febrero, / 14

19 Discusión y Trabajo Futuro La sobrecarga introducida por la cooperación en un esquema centralizado puede ser excesiva para un gran número de usuarios. Se empleó una búsqueda exhaustiva para la optimización de la función de utilidad, que puede ser demandante para mayor número de usuarios. No se analizó la existencia de múltiples canales compartidos. Solamente se realizó un análisis descriptivo de las amenazas de seguridad. Luis M. Gato Díaz ACIMUTT 2017 Miércoles, 22 de Febrero, / 14

20 Conclusiones La Teoría de Juegos constituye un enfoque efectivo para modelar las comunicaciones cooperativas. Incremento sustancial de la probabilidad de detección. Permite manejar dinámicamente cambios en la red. Es posible diseñar funciones de utilidad y de costo para aplicaciones específicas. Luis M. Gato Díaz ACIMUTT 2017 Miércoles, 22 de Febrero, / 14

21 Conclusiones La Teoría de Juegos constituye un enfoque efectivo para modelar las comunicaciones cooperativas. Incremento sustancial de la probabilidad de detección. Permite manejar dinámicamente cambios en la red. Es posible diseñar funciones de utilidad y de costo para aplicaciones específicas. La cooperación introduce una sobrecarga extra que puede ser demandante en algunos escenarios. Luis M. Gato Díaz ACIMUTT 2017 Miércoles, 22 de Febrero, / 14

22 Conclusiones La Teoría de Juegos constituye un enfoque efectivo para modelar las comunicaciones cooperativas. Incremento sustancial de la probabilidad de detección. Permite manejar dinámicamente cambios en la red. Es posible diseñar funciones de utilidad y de costo para aplicaciones específicas. La cooperación introduce una sobrecarga extra que puede ser demandante en algunos escenarios. Las amenazas a la seguridad afectan dramáticamente el desempeño de la red. Luis M. Gato Díaz ACIMUTT 2017 Miércoles, 22 de Febrero, / 14

23 Modelo de comunicaciones cooperativas empleando Teoría de Juegos: Aplicaciones para Radios Cognitivos Luis M. Gato Díaz Meiby Ortiz Bouza Jorge Torres Gómez Dept. of Telecommunications and Telematics, UTH Complex of Integrated Technological Investigations (CITI) 2 da Conferencia Anual de Tecnologías Informáticas, Multimedias y de Telecomunicaciones Luis M. Gato Díaz ACIMUTT 2017 Miércoles, 22 de Febrero, / 14