Development of spectrum sensing cooperation and fusion strategies for tactical heterogeneous networks in mobile environments

Gingras, Bryan (2020). Development of spectrum sensing cooperation and fusion strategies for tactical heterogeneous networks in mobile environments. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Spectrum sensing in tactical wireless networks that are under attack by jammers is an important consideration to ensure the safety and effectiveness of deployed military personnel. It is necessary for members of these networks to be aware of which channels in the spectrum are compromised and which are safe to use for data transmission. Wireless transmitters that compose these networks can accomplish this by sensing the energy level on different channels in order to determine if there are jammers active on these channels. They can then share this information with their peers in order to collaboratively identify and avoid jammers. Several solutions based on reinforcement learning exist that allow wireless transmitters to devise a transmission Policy based on their observations of the jammers’ activity, but these solutions often falter when the behaviour of a jammer is random, thereby preventing reinforcement learning algorithms from learning and anticipating their behaviour.

In this thesis, we first discuss collaborative spectrum sensing and the theory behind cognitive radios, jamming, and anti-jamming. Next, we detail the system model used to represent the multi-agent anti-jamming problem. We then introduce a collaborative pseudo-random channel selection algorithm and a data collaboration and fusion scheme based on super-decision vectors in order to improve awareness of spectrum utilization across the network. Simulation results show that this solution leads to higher rates of detected jammers as well as an increase in the number of transmissions occurring on unjammed channels.

Titre traduit

Développement de stratégies de coopération et de fusion de détection de spectre pour des réseaux tactiques hétérogènes dans des environnements mobiles

Résumé traduit

La détection du spectre dans les réseaux tactiques sans fil qui sont attaqués par des brouilleurs est une considération importante pour assurer la sécurité et l’efficacité du personnel militaire sur le terrain. Il est nécessaire que les membres de ces réseaux sachent quels canaux du spectre sont compromis et lesquels sont sécuritaires à utiliser pour la transmission de données. Les émetteurs sans fil qui composent ces réseaux peuvent y parvenir en détectant le niveau d’énergie sur différents canaux afin de déterminer s’il y a des brouilleurs actifs sur ces canaux. Ils peuvent ensuite partager ces informations avec leurs pairs afin d’identifier et d’éviter les brouilleurs de façon collaborative. Il existe plusieurs solutions basées sur l’apprentissage par renforcement qui permettent aux émetteurs sans fil d’élaborer une politique de transmission basée sur leurs observations de l’activité des brouilleurs, mais ces solutions échouent souvent lorsque le comportement d’un brouilleur est aléatoire, empêchant ainsi les algorithmes d’apprentissage par renforcement d’apprendre et d’anticiper leurs actions.

Dans cette thèse, nous discutons d’abord de la détection collaborative du spectre et de la théorie derrière les radios cognitives, le brouillage et l’anti-brouillage. Ensuite, nous détaillons le système considéré pour représenter le problème d’anti-brouillage à plusieurs agents. Nous introduisons ensuite un algorithme collaboratif pseudo-aléatoire de sélection de canal et un schéma de collaboration et de fusion de données basé sur des vecteurs de super-décision afin d’améliorer la connaissance par rapport à l’utilisation du spectre à travers le réseau. Les résultats des simulations montrent que cette solution mène à des taux plus élevés de brouilleurs détectés ainsi qu’à une augmentation du nombre de transmissions qui ont lieu sur des canaux non brouillés.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment of a master’s degree with thesis in electrical engineering". Comprend des références bibliographiques (pages 79-83).
Mots-clés libres:	détection collaborative du spectre, fusion de données, détection de brouilleurs, communications tactiques, réseaux ad hoc, communications sans fil
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Kaddoum, Georges
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie électrique
Date de dépôt:	17 févr. 2022 17:43
Dernière modification:	17 févr. 2022 17:43
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2538

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