Wireless Information-Theoretic Security: Theoretical analysis & experimental measurements with multiple eavesdroppers in an outdoor obstacle-dense MANET

Wireless Information-Theoretic Security (WITS) has been suggested as a robust security scheme, especially for infrastructure-less networks. Based on the physical layer, WITS considers quasi-static Rayleigh fading instead of the classic Gaussian wiretap scenario. In this paper, they key parameters of WITS are investigated by implementing an 802.11n ad-hoc network in an outdoor obstacle-dense topology. Measurements performed throughout the topology allow for a realistic evaluation of a scenario with multiple moving eavesdroppers. Low speed user movement has been considered, so that Doppler spread can be discarded. A set of discrete field test trials have been conducted, based on simulation of human mobility throughout an obstacle-constrained environment. Average Signal-to-Noise Ratio (SNR) values have been measured for all moving nodes, and the Probability of Non-Zero Secrecy Capacity has been calculated for different eavesdropping cooperative schemes (Selection Combining and Maximal-Ratio Combining). In addition, the Outage Probability has been estimated with regard to a nonzero target Secrecy Rate for both techniques. The results have been compared with the respective values of WITS key parameters derived from theoretical analysis

Development of techniques for management of secure multimedia transmission in peer - to - peer networks

In the present PhD thesis, there are original studies, analysis, mechanisms and implementations regarding the aforementioned issues, which improve the performance of the peer-to-peer systems and at the same time they enlighten the laws and principles that rule their behavior. Initially, it is studied the resource management of peers in tree-based networks for real-time video streaming. They are proposed, analyzed and implemented by the author two novel algorithms which, contrary to the current practice, they take into account the different number of descendants that each peer has in different trees. These algorithms achieve significant improvement in packet delivery ratio and they exploit the upstream bandwidth of the peers more efficiently. Moreover, it has been developed and implemented by the author a failover mechanism for recovering video transmission after disconnections. Secondly, it is formulated and solved for the first time the problem of the allocation of video quality layers of scalable video to the participating peers of a wireless adhoc network. They are analyzed and implemented two approaches that increase the average number of video layers received by the peers -and as a result the video quality- while at the same time they ensure fairness in the allocation of netwrok resources. The effectiveness of the proposed techniques is enforced by simulations with real video sequences. Thirdly, it is proposed and implemented a novel mechanism which allocates to a peer alternative routes for video transmission in a way that maximizes the number of the transmitted video layers. At the same time, it also enables the receiving peer to exploit the available resources in order to increase its downstream bandwidth. Fourth, it is proposed a new obstacle-based mobility model which contrary to existing models, does not produce deterministic paths, producing more realistic movement patterns. Based on this model, it is proposed a new methodology for the analysis and they are produced analytical expressions for the node distribution. Furthermore, it is presented an evolved version of the aforementioned model which includes group mobility and it is suitable for use in simulations of wireless emergency networks. Both models have been implemented as modules in a popular network simulator. Finally, as a case study of the application of these models, their impact on voice communication among peers has been simulated and analyzed. Finally, it is proposed, implemented and analyzed a novel trust establishment protocol which is suitable for wireless peer-to-peer networks. Based on the principles of this protocol, two new protocols have been developed and implemented for the secure session initiation among peers in wireless networks.Στην παρούσα διδακτορική διατριβή, περιλαμβάνονται πρωτότυπες μελέτες, αναλύσεις, μηχανισμοί και υλοποιήσεις οι οποίες αφενός βελτιώνουν την επίδοση των συστημάτων ομότιμων κόμβων και αφετέρου διαφωτίζουν τους νόμους και τις αρχές που διέπουν τη συμπεριφορά τους. Πρώτον, μελετάται η διαχείριση των πόρων των ομότιμων κόμβων σε δενδροειδή δίκτυα για τη μετάδοση βίντεο πραγματικού χρόνου. Προτείνονται, αναλύονται και υλοποιούνται δύο καινοτόμοι αλγόριθμοι οι οποίοι, εν αντιθέσει με την τρέχουσα πρακτική, λαμβάνουν υπόψη τον διαφορετικό αριθμό απογόνων που έχει ένας κόμβος σε διαφορετικά δένδρα. Οι αλγόριθμοι αυτοί επιτυγχάνουν σημαντική αύξηση του λόγου παράδοσης πακέτων και εκμεταλλεύονται το εύρος ζώνης ανερχόμενης ροής των κόμβων πιο αποδοτικά. Επιπλέον, έχει αναπτυχθεί και υλοποιηθεί ένας εφεδρικός μηχανισμός για την ανάκαμψη της μετάδοσης του βίντεο ύστερα από αποσυνδέσεις. Δεύτερον, διατυπώνεται και επιλύεται για πρώτη φορά το πρόβλημα της εκχώρησης στρωμάτων ποιότητας κλιμακοθετήσιμου βίντεο στους συμμετέχοντες ομότιμους κόμβους ενός ασύρματου αδόμητου δικτύου. Αναλύονται και υλοποιούνται δύο προσεγγίσεις οι οποίες επιφέρουν αύξηση στον αριθμό των στρωμάτων που λαμβάνουν οι κόμβοι κατά μέσο όρο -και κατ' επέκταση στην ποιότητα του βίντεο- ενώ παράλληλα διασφαλίζουν δικαιοσύνη στην εκχώρηση των πόρων του δικτύου. Η αποτελεσματικότητα των προτεινόμενων τεχνικών ενισχύεται από προσομοιώσεις με πραγματικές αλληλουχίες βίντεο. Τρίτον, προτείνεται και υλοποιείται ένας καινοτόμος μηχανισμός ο οποίος εκχωρεί σε έναν κόμβο εναλλακτικές διαδρομές για τη μετάδοση του βίντεο με τρόπο που μεγιστοποιεί τον αριθμό των μεταδιδόμενων στρωμάτων. Παράλληλα, δίνει τη δυνατότητα και στον παραλήπτη του βίντεο να εκμεταλλευτεί διαθέσιμους κόμβους ώστε να αυξήσει το εύρος ζώνης κατερχόμενης ροής. Τέταρτον, παρουσιάζεται ένα νέο μοντέλο κινητικότητας παρουσία εμποδίων το οποίο, εν αντιθέσει με υπάρχοντα μοντέλα, δεν παράγει ντετερμινιστικές διαδρομές, παράγοντας έτσι πιο ρεαλιστικούς τρόπους κίνησης. Με βάση το μοντέλο αυτό, προτείνεται μία νέα μεθοδολογία ανάλυσης και παράγονται αναλυτικές εκφράσεις για την κατανομή των κόμβων στο χώρο. Επίσης, παρουσιάζεται μια εξελιγμένη έκδοση του παραπάνω μοντέλου που περιλαμβάνει κίνηση κατά ομάδες και είναι κατάλληλη για χρήση σε προσομοιώσεις ασύρματων δικτύων έκτακτης ανάγκης. Και τα δύο μοντέλα έχουν υλοποιηθεί ως δομικά στοιχεία δημοφιλούς προσομοιωτή δικτύων. Τέλος, ως περίπτωση εφαρμογής των ως άνω μοντέλων, έχει προσομοιωθεί και αναλυθεί η επίδρασή τους στην επικοινωνία φωνής μεταξύ των ομότιμων κόμβων. Τέλος, προτείνεται, υλοποιείται και αναλύεται ένα καινοτόμο πρωτόκολλο σύναψης σχέσεων εμπιστοσύνης κατάλληλο για ασύρματα δίκτυα ομότιμων κόμβων. Με βάση τις αρχές του πρωτοκόλλου αυτού, έχουν αναπτυχθεί και υλοποιηθεί δύο νέα πρωτόκολλα για την ασφαλή εκκίνηση συνόδων επικοινωνίας μεταξύ ομότιμων κόμβων σε ασύρματα δίκτυα

Influence of rotor slots' skwew on electromagnetic torque spectrum of a squirrel-case asynchronous motor

W referacie przedstawiono wyniki badań wpływu skosu żłobków silnika asynchronicznego klatkowego na widmo momentu elektromagnetycznego. Opracowano obwodowy model silnika w osiach naturalnych. Do budowy modelu zastosowano metodę energetyczną Lagrange’a. Dokonano dyskretyzacji obwodu magnetycznego silnika na poziomie jednej cewki stojana i jednego oczka klatki wirnika. Przeprowadzono symulacje polowe dla kilku wartości skosu żłobka wirnika, przy zastosowaniu programu polowego Opera3D, celem wyznaczenia charakterystyk indukcyjności własnych i wzajemnych uzwojeń maszyny. Dokonano aproksymacji charakterystyk indukcyjności za pomocą szeregu Fouriera celem otrzymania zależności analitycznych. Przeprowadzono symulacje wybranych stanów pracy maszyny przy zasilaniu napięciem sinusoidalnym. Dokonano porównania niektórych wyników symulacji z wynikami pomiarów uzyskanymi na maszynie rzeczywistej. Przeprowadzono analizę wpływu skosu żłobków wirnika na widmo wewnętrzne momentu obrotowego. Wyniki badań wykazały, że zmienność składowych widma amplitudowego momentu nie jest proporcjonalna do zmiany skosu.Research results of influence of the rotor slots’ skew on electromagnetic torque spectrum in a squirrel-cage motor Sg132M4-T4 are presented in the paper. For the research purposes a circuit oriented model in natural axes has been developed. In the model development the Lagrange’s energy method has been used. Lumped elements of the model refer to a single stator coil and a single squirrel-cage loop. Electromagnetic field simulations for three different rotors’ slots skews have been made using Opera 3D software. Discrete values of self and mutual inductances between lumped stator and rotor winding elements were calculated for these values of slots’ skew. In order to obtain analytic representation of these inductances, their approximation with Fourier series has been made. Several simulations of selected machine states with sinusoidal supply have been made. Simulation results versus measurement results were compared. The influence of the slots’ skew on internal spectrum of the electromagnetic torque has been investigated. Research results have shown that changes in slots’ skew influence not the same changes in particular harmonics of the electromagnetic torque spectrum

QoS Issues in Complex-Based High Altitude Platform Communication Systems

The use of High Altitude Platforms is a promising solution towards the integration of different wireless networks. Complex-based High Altitude Platform communication systems can offer high quality wireless services combined with enhanced bandwidth efficiency. Inter-system handover and power control are major factors affecting the provided quality of service. The impact of these factors under strong fading environments is studied in the present work

Real-Time Communications in Autonomic Networks: System Implementation and Performance Evaluation

This paper describes the design and prototype implementation of a communication platform aiming to provide voice and video communication in a distributed networking environment. Performance considerations and network characteristics have also been taken into account in order to provide the set of properties dictated by the sensitive nature and the real-time characteristics of the targeted application scenarios. The proposed system has been evaluated both by experimental means as well as subjective tests taken by an extensive number of users. The results show that the proposed platform operates seamlessly in two hops, while in the four hops scenario, audio and video are delivered with marginal distortion. The conducted survey indicates that the user experience in terms of Quality of Service has obtained higher scores in the scenario with the two hops

SAGE Journals Online and HighWire Press platforms):

On behalf of

Hybrid Broadcast and Broadband Networks Convergence for Immersive TV Applications

This paper proposes a converged broadcast and broadband platform in order to deliver 3D media to both mobile and fixed users with guaranteed minimum Quality of Experience (QoE). The work presented offers an ideal business model for operators having both Digital Video Broadcast (DVB) and Internet Protocol (IP)-based media services. To that end, the DVB and Peer-to-Peer (P2P) Internet technologies will be combined to provide sufficient resources for supporting high-bandwidth high-quality 3D multi-view video. The motivations behind combining these technologies are outlined with an emphasis on their complementary characteristics. In addition, the overall design of the proposed architecture is presented focusing on the protocols that are exploited to achieve the interworking of the underlying technologies. Moreover, innovative key techniques for supporting both fixed and mobile users in an efficient manner are introduced