É crescente a necessidade de prover segurança às informações trocadas nos mais diversos tipos de redes. No entanto, redes amplamente dependentes de dispositivos com recursos limitados (como sensores, tokens e smart cards) apresentam um desafio importante: a reduzida disponibilidade de memória, capacidade de processamento e (principalmente) energia dos mesmos dificulta a utilização de alguns dos principais algoritmos criptográficos considerados seguros atualmente. É neste contexto que se insere o presente documento, que não apenas apresenta uma pesquisa envolvendo projeto e análise de algoritmos criptográficos, mas também descreve um novo algoritmo simétrico denominado CURUPIRA. Esta cifra de bloco baseia-se na metodologia conhecida como Estratégia de Trilha Larga e foi projetada especialmente para ambientes onde existe escassez de recursos. O CURUPIRA possui estrutura involutiva, o que significa que os processos de encriptação e decriptação diferem apenas na seqüência da geração de chaves, dispensando a necessidade de algoritmos distintos para cada uma destas operações. Além disto, são propostas duas formas diferentes para seu algoritmo de geração de chaves, cada qual mais focada em segurança ou em desempenho. Entretanto, ambas as formas caracterizam-se pela possibilidade de computação das sub-chaves de round no momento de sua utilização, em qualquer ordem, garantindo uma operação com reduzido uso de memória RAM. / The need for security is a great concern in any modern network. However, networks that are highly dependent of constrained devices (such as sensors, tokens and smart cards) impose a difficult challenge: their reduced availability of memory, processing power and (more importantly) energy hinders the deployment of many important cryptographic algorithms known to be secure. In this context, this document not only presents the research involving the design and analysis of cryptographic algorithms, but also proposes a new symmetric block cipher named CURUPIRA. The CURUPIRA follows the methodology known as theWide Trail Strategy and was specially developed having constrained platforms in mind. It displays an involutional structure, which means that the encryption and decryption processes differ only in the key schedule and, thus, there is no need to implement them separately. Also, two distinct scheduling algorithms are proposed, whose main focus are either on tight security or improved performance. In spite of this difference, both of them allow the keys to be computed on-the-fly, in any desired order, assuring a reduced consumption of RAM memory during their operation.

Neste trabalho foi realizado um estudo sobre o uso e influências do efeito small world, ou seis graus de separação, no roteamento de redes de sensores sem fio (RSSFs). Para esse objetivo, foram analisadas as características das RSSFs que influenciam no roteamento e os diferentes tipos de protocolos. Além disso, foram estudadas as características do efeito small world e suas propriedades, de um modo geral, em redes de larga escala e com alta densidade de nós, incluindo o modelo de small world para o estudo de redes ad hoc. Realizou-se um breve estudo sobre redes overlay, redes lógicas criadas sobre a rede física com o propósito de melhorar suas qualidades e seu desempenho. A conclusão neste trabalho é que small worlds pode ser empregado para melhorar o funcionamento de protocolos de roteamento em RSSFs. / In this work, has made an study about the use and influences of the small world effect, or six degrees of separation, in routing of wireless sensors network (WSNs). For this objective, was analyzed the characteristics of WSNs that influence in the routing and the different types of protocols. Moreover, was studied the characteristics of small world effect and it properties, generically, in large scale networks with a high node density, including the small world model for the study of ad hoc networks. Was accomplished a brief study about overlay networks, logical network created over physical network with the purpose of improve qualities and performance. The conclusion in this work is that small worlds can be applied to improve the operation of WSNs routing protocols.

As camadas de enlace empregadas em redes sem fio de baixo custo e desempenho limitado, como as redes de sensores sem fio, são implementadas segundo o padrão IEEE 802.15.4. Prever o desempenho deste padrão é importante para analisar a viabilidade e o desempenho esperado de projetos envolvendo esse tipo de rede. Constatou-se que trabalhos anteriores com esse objetivo são incompletos no tocante às métricas aferidas e tem foco no cálculo de probabilidades, o que não faz parte da especificação do padrão. Assim, o objetivo deste trabalho foi projetar e implementar um modelo comportamental do padrão IEEE 802.15.4, cujos parâmetros possam ser facilmente alterados e que seja capaz de aferir as principais métricas de uma rede: vazão, taxa de entrega, atraso e gasto de energia. Os objetivos foram cumpridos com a validação do modelo perante simulação com o NS2. Além disso, o modelo foi utilizado para estudar a variação dos parâmetros aMaxFrameRetries, macMaxCSMABackos, initialCW e aUnitBackoPeriod do padrão IEEE 802.15.4, para estudar cenários em que os nós possuem tráfego assimétrico e cenários com diferentes relações de tamanho e taxa de chegada de pacotes, mantendo a taxa de bits constante. / Low cost and performance constrained wireless networks, such as wireless sensor networks, employ IEEE 802.15.4 standard as its MAC layer. Foreseeing this standard\'s performance is essential to analyze the feasibility and expected metrics results of these networks projects. It was observed that previous works with that aim are both incomplete regarding metrics of interest and focus on probability calculation, which is not part of the standard specication. Thus, the objective of this work is to project and implement a behavioral IEEE 802.15.4 standard model, which parameters may be easily set and that covers the main metrics of interest: throughput, delivery rate, delay and energy. The objectives were achieved, with model validation against NS2 simulations. Furthermore, the model was employed to analyze the performance variation caused by the parameters aMaxFrameRetries, macMaxCSMABackos, initialCW and aUnitBackoPeriod from the IEEE 802.15.4 standard and also scenarios with asymmetric trac conditions and packet size and arrival rate variations, maintaining a constant bitrate.

Made available in DSpace on 2015-04-14T13:56:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 464756.pdf: 6294522 bytes, checksum: b41f6ce956ed25415a71e4211c6a3fad (MD5) Previous issue date: 2014-11-18 / The possibility of spectrum shortage and saturation, combined with the increasing demands for higher transmission rates are driving factors for research within cognitive radio networks. Spectrum sensing is one of the major challenges for the commercial development of cognitive radio systems, since the verification of a primary user presence is a complex task that requires high reliability. The proposal of this work is to develop a signal classifier capable of verifying the primary user presence on a particular channel of the radio spectrum. The proposed classifier performs subspace decomposition of the signal covariance matrix, in order to obtain characteristics that may indicate the presence of a primary user. The subspace decomposition enables the design of filter banks to which new signals are submitted. RBF neural networks are used to analyze the filtered signal characteristics and to decide about the presence of a particular type of primary user. Based on IEEE 802.22 regulations, the classification process is performed at the cognitive radio base station, which is responsible for controlling all users and channels in its coverage area. The results indicate that the computational cost of subspace decomposition, which is cyclically performed in similar methods, can be reduced through the proposed approach without jeopardizing the detection quality. / A possibilidade de escassez e satura??o do espectro, aliadas ?s demandas crescentes por maiores capacidades de transmiss?o, s?o fatores que impulsionam a pesquisa de solu??es no ?mbito das redes de r?dios cognitivos. O sensoriamento do espectro constitui um dos maiores desafios para o desenvolvimento comercial dos sistemas de r?dio cognitivo, pois a verifica??o da presen?a de um usu?rio prim?rio ? uma tarefa complexa que exige alta confiabilidade. A proposta deste trabalho ? elaborar um classificador de sinais capaz de verificar a presen?a de um usu?rio prim?rio num determinado canal do espectro de r?dio. O classificador proposto realiza a decomposi??o em subespa?os da matriz de covari?ncia do sinal, visando extra??o de caracter?sticas que possam indicar a presen?a de usu?rio prim?rio. A decomposi??o do sinal em subespa?os permite a determina??o de bancos de filtros aos quais novos sinais s?o submetidos. Redes neurais do tipo RBF s?o utilizadas para an?lise de caracter?sticas dos sinais filtrados e decis?o sobre a presen?a de um determinado tipo de usu?rio prim?rio. Com base na regulamenta??o IEEE 802.22, o processo de classifica??o ? executado na r?dio-base cognitiva, respons?vel pelo controle de todos os usu?rios e canais na sua ?rea de cobertura. Os resultados indicam que o custo computacional da decomposi??o em subespa?os, que ? executada de forma c?clica em m?todos similares, pode ser reduzido atrav?s da abordagem proposta, sem comprometimento da qualidade da detec??o.

Redes de sensores sem fio (RSSF) tipicamente consistem de nós sensores com limitação de energia, processamento, comunicação e memória. A segurança em RSSF está se tornando fundamental com o surgimento de aplicações que necessitam de mecanismos que permitam autenticidade, integridade e confidencialidade. Devido a limitações de recursos em RSSF, adequar criptossistemas de chaves públicas (PKC) para estas redes é um problema de pesquisa em aberto. Meados de 2008, Danilo Gligoroski et al. propuseram um novo PKC baseado em quase-grupos multivariados quadráticos (MQQ). Experimentos feitos por Gligoroski na plataforma FPGA mostram que MQQ executou em tempo menor que principais PKC (DH, RSA e ECC) existentes, tanto que alguns artigos afirmam que MQQ possui velocidade de uma típica cifra de bloco simétrica. Além disto, o MQQ exibiu o mesmo nível de segurança que outros PKC (DH, RSA e ECC) necessitando chaves menores. Outra propriedade que chama atenção no MQQ é o uso das operações básicas XOR, AND e deslocamento de bits nos processos de encriptação e decriptação, fato importante considerando que uma RSSF possui processamento limitado. Estas características tornam o MQQ promissor a levar um novo caminho na difícil tarefa de dotar redes de sensores sem fio de criptossistemas de chaves públicas. Neste contexto se insere este trabalho que analisa a viabilidade de implementar o algoritmo MQQ em uma plataforma de RSSF. Sendo importante considerar que este trabalho inova na proposta de levar para RSSF este novo PKC baseado quase-grupos multivariados quadráticos, além de contribuir com um método para reduzir o tamanho da chave pública utilizada pelo MQQ. Foram feitos testes com MQQ nas plataformas TelosB e MICAz, sendo que o MQQexibiu os tempos de 825; 1 ms para encriptar e 116; 6 ms para decriptar no TelosB e 445 ms para encriptar no MICAz. / Wireless sensor networks (WSN) typically consist of sensor nodes with limited energy, processing, communication and memory. Security in WSN is becoming critical with the emergence of applications that require mechanisms for authenticity, integrity and confidentiality. Due to resource constraints in sensor networks, public key cryptosystems suit (PKC) for these networks is an open research problem. In 2008 Danilo Gligoroski et al. proposed a new PKC based on quasi-groups multivariate quadratic (MQQ). Experiments by Gligoroski on FPGA platform show that MQQ performed in less time than most popular PKC (DH, RSA and ECC), so that some papers say MQQ has a typical speed of symmetric block cipher. Moreover, the MQQ exhibited same level of security that other PKC (DH, RSA and ECC) requiring keys minors. Another property that draws attention in MQQ is the use of basic operations XOR, AND, and bit shifting in the processes of encryption and decryption, important fact considering that a WSN has limited processing. These features make the MQQ promising to take a new path in the difficult task of providing wireless sensor networks in public key cryptosystems. Appears in this context that this study examines the feasibility of implementing MQQ a platform for WSN. Is important to consider this innovative work in the proposal to bring this new PKC for WSN based multivariate quadratic quasigroups, and contribute a method to reduce the size public key used by MQQ. Tests with MQQ on platforms TelosB and MICAz, the MQQ exhibited 825ms to encrypt and 116ms to decrypt on TelosB and 445 ms to encrypt on MICAz.

Made available in DSpace on 2016-04-04T18:31:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LUIZ RODOLFO BARRETO DA SILVA.pdf: 1309393 bytes, checksum: c820374f746f8a21bb89acd6347d0907 (MD5) Previous issue date: 2014-02-07 / This work discusses the development of a method for estimating the distance of sensor nodes in Wireless Sensor Networks (WSN) in indoor environments, considering the need for adaptation of the method due to the presence of random factors that may influence the estimation of such distances. The estimation method presented is based on a signal strength indicator, RSSI (Received Signal Strength Indicator). / Este trabalho aborda a elabora??o de um m?todo para a estimativa de dist?ncia de n?s sensores em Redes de Sensores Sem Fio (RSSF) em ambientes internos fechados, considerando necessidade de adapta??o do m?todo devido ? presen?a de fatores aleat?rios que podem influenciar a estimativa dessas dist?ncias. O m?todo de estimativa apresentado ? baseado em um indicador de intensidade de sinal, o RSSI (Received Sinal Strength Indicator).

Made available in DSpace on 2016-04-04T18:31:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cilene Renata Real.pdf: 2194008 bytes, checksum: 1cc615475d891ef3e2695f71044b36dd (MD5) Previous issue date: 2015-06-25 / Scientific work that shows the signal strength behavior in a Wireless Sensor Network (WSN) in the industrial environment. This dissertation aims to perform collections of Radio Signal Strength Indicator (RSSI), to suggest a method to analyze the signal behavior and to subsidize criteria for decision making, when the signal presents significant instability. The expected benefit is the characterization of this environment, allowing knowledge about the behavior of this type of network, which today, although necessary, is still limited, thus contributing to the development of reliable applications that use this type of network. The results of the signal strength measurements have been analyzed for their stability. / Trabalho cient?fico que demonstra o comportamento da intensidade do sinal em uma Rede de Sensores sem Fio (RSSF) no ambiente industrial. A presente disserta??o tem como objetivo, realizar coletas de Radio Signal Strength Indicator (RSSI), sugerir um m?todo para analisar o comportamento do sinal e subsidiar crit?rios para a tomada de decis?o, quando o sinal apresentar uma instabilidade significativa. O benef?cio esperado ? a caracteriza??o desse ambiente, permitindo o conhecimento sobre o comportamento desse tipo de rede, que, hoje, apesar de necess?rio, ainda ? limitado, contribuindo, assim, para o desenvolvimento de aplica??es confi?veis que utilizem esse tipo de rede. Os resultados das medidas de intensidade de sinal foram analisados quanto ? sua estabilidade.

We introduce in this Thesis several particle filter (PF) solutions to the problem of collaborative emitter tracking. In the studied scenario, multiple agents with sensing, processing and communication capabilities passively collect received-signal-strength (RSS) measurements of the same signal originating from a non-cooperative emitter and collaborate to estimate its hidden state. Assuming unknown sensor noise variances, we derive an exact decentralized implementation of the optimal centralized PF solution for this problem in a fully connected network. Next, assuming local internode communication only, we derive two fully distributed consensus-based solutions to the problem using respectively average consensus iterations and a novel ordered minimum consensus approach which allow us to reproduce the exact centralized solution in a finite number of consensus iterations. In the sequel, to reduce the communication cost, we derive a suboptimal tracker which employs suitable parametric approximations to summarize messages that are broadcast over the network. Moreover, to further reduce communication and processing requirements, we introduce a non-iterative tracker based on random information dissemination which is suited for online applications. We derive the proposed random exchange diffusion PF (ReDif-PF) assuming both that observation model parameters are perfectly known and that the emitter is always present. We extend then the ReDif-PF tracker to operate in scenarios with unknown sensor noise variances and propose the Rao-Blackwellized (RB) ReDif-PF. Finally, we introduce the random exchange diffusion Bernoulli filter (RndEx-BF) which enables the network of collaborative RSS sensors to jointly detect and track the emitter within the surveillance space.

Este trabalho de pesquisa propõe um Método de Gerenciamento de Energia para Nós de Redes de Sensores sem Fio denominado MGERSF. Diante deste contexto, concebeu-se o MGERSF, como uma possível solução para algumas dificuldades existentes e inerentes ao gerenciamento de energia em redes de sensores sem fio. Durante o desenvolvimento desta pesquisa, verificou-se que a aplicação do MGERSF não se tratava apenas de um conjunto de boas práticas, mas sim de um método definido e caracterizado em sete passos por um conjunto de aplicações de conceitos técnicos e/ou científicos. A verificação da aplicação do método proposto foi realizada por meio de um estudo de caso. Ela envolveu a implementação, sem completeza, de três experimentos que possibilitaram a aquisição de dados de alguns sensores. Neles, aplicou-se, paulatinamente, o método MGERSF. Os resultados obtidos, a partir da realização destes experimentos, se mostraram satisfatórios.

A aplicação de defensivos químicos em áreas agrícolas é de primordial importância para o rendimento de lavouras. O uso de aeronaves é cada vez mais comum em tal tarefa, principalmente pelo fato de aumentar a agilidade na operação. Entretanto, características climáticas, como intensidade e orientação do vento, podem causar prejuízo aos produtores (e.g. aplicação sobreposta dos defensivos e multas por aplicação de defensivos na borda exterior da lavoura). Essa lacuna motivou este trabalho de mestrado, que tem por objetivo avaliar um sistema integrado de veículos aéreos não tripulados (VANTs) e redes de sensores sem fio (RSSFs) para aumentar a eficiência da aplicação de defensivos químicos em campos agrícolas. Um VANT é utilizado para percorrer o campo enquanto aplica defensivos químicos. Uma RSSF com nós capazes de sensoriar a concentração de defensivos químicos é instalada no solo do campo. Os nós da RSSF e o VANT são equipados com módulos de rádio, possibilitando a troca de informação entre eles. Desse modo, o VANT consegue obter a distribuição de defensivos químicos aplicados no campo, podendo então tomar decisões para aumentar a eficiência da aplicação. Para análise desse sistema, dois experimentos foram realizados utilizando o simulador OMNeT++ e o framework MiXiM. Em um primeiro experimento é comparada a eficiência do sistema proposto com o sistema tradicional de pulverização agrícola, mostrando que é possível aumentar, em média, 16% a quantidade de defensivos químicos aplicados dentro do campo agrícola. E, em alguns casos, é possível obter um aumento de até 118,25%. No segundo experimento são analisados cinco diferentes protocolos de comunicação, mostrando que é possível otimizar o uso da bateria nos nós sensores sem fio em até 10 vezes, sem diminuir a eficiência do sistema / The use of chemical defensives in crop fields is important for the agricultural production. Often airplanes are used for spraying these products, because it adds agility in such task. But climatic characteristics, such as wind speed, may cause loss to farmers (e.g. superimposed application and fines for environment contamination). This text details an integrated system of unmanned aerial vehicle (UAV) and wireless sensor network (WSN) with the purpose of letting the aerial spraying process more precise. An UAV is used to spray chemicals in the crop field. A WSN composed of sensor nodes capable of sensoring quantities of chemical defensives is installed in the crop. Both UAV and sensor nodes are equipped with radio modules, this way they can communicate each other. Thus, the UAV may obtain the information of where the chemicals are being applied, then the UAV may take some action to performs a better spraying. This system were developed in the simulator OMNET++ using the framework MiXiM and two experiments were executed. In the first experiment the objective is to compare the efficiency of this system with the tradicional system, without the WSN. Results shown that the proposed system can improve the spraying process in 16% on average, and 118.25% on some cases. In the second experiment, five different WSN protocols were evaluated in means of battery usage of the sensor nodes. Results shown that its possible to reduce the battery usage in 10 times without intervene in the system efficiency