Industrial wireless sensor nodes (I-WSNs) have grabbed the attention of researchers all over the world in recent years. One of the major challenges faced by the researchers is the rapid fluctuation of signal due to machinery hindrance, thermal noise and vibration of metal. In an information-theoretic sense, this fluctuation degrades the secrecy capacity of the system in the presence of an eavesdropper.
In this context this paper analyses the outage behavior of an industrial WSN which consists of a multiple sensor nodes and a sink, where data is transmitted over a wireless link. It also proposes the use of sensor scheduling to improve the physical layer security against a malicious eavesdropper, where a sensor with higher secrecy capacity is scheduled to transmit its data to sink. For both the conventional round-robin scheduling and the proposed optimal scheduling schemes, closed-form expressions for the intercept probability are derived.
Preguntas frecuentes sobre "Sensor Scheduling in Industrial WSNs"
¿De qué trata este documento?
Este documento es una vista previa completa de un artículo de investigación sobre la programación de sensores en redes inalámbricas de sensores industriales (I-WSNs). Analiza el comportamiento de interrupción de una I-WSN con múltiples nodos sensores y un nodo receptor, y propone un esquema de programación de sensores para mejorar la seguridad de la capa física contra un atacante que intercepta las comunicaciones.
¿Cuáles son los objetivos del documento?
Los objetivos principales son: proponer un esquema de programación de múltiples nodos óptimo sin información del estado del canal (CSI) del atacante; derivar una expresión cerrada de la probabilidad de intercepción para ambos esquemas de programación (el propuesto y el round-robin); y demostrar numéricamente que el esquema de programación propuesto supera al round-robin en términos de probabilidad de intercepción.
¿Cuáles son las principales temáticas abordadas?
Las temáticas principales incluyen la seguridad de la capa física en I-WSNs, el esquema de programación round-robin como referencia, el diseño de un esquema de programación óptimo de sensores basado en la capacidad de secreto, la derivación de expresiones de forma cerrada para la probabilidad de intercepción en ambos esquemas, el análisis numérico de los resultados y un análisis asintótico de la probabilidad de intercepción.
¿Qué problema se aborda en el documento?
El documento aborda el desafío de la fluctuación rápida de la señal en I-WSNs debido a obstáculos mecánicos, ruido térmico y vibraciones, lo que degrada la capacidad de secreto del sistema. Las técnicas criptográficas tradicionales no son adecuadas debido a sus requerimientos de hardware y energía complejos. El documento propone la programación de sensores como una solución de seguridad de capa física eficiente en energía.
¿Qué esquema de programación se propone?
Se propone un esquema de programación de sensores óptimo que selecciona el nodo sensor con la mayor capacidad de secreto para la transmisión de datos, sin requerir la CSI del atacante. Esto se compara con un esquema de programación round-robin convencional.
¿Cómo se modela el canal inalámbrico?
Se utiliza un modelo de desvanecimiento Rayleigh para caracterizar tanto el enlace principal (nodos sensores al receptor) como el enlace de interceptación (nodos sensores al atacante). Se asume que la CSI de los nodos sensores está disponible, pero no la del atacante.
¿Qué expresiones se derivan en el documento?
Se derivan expresiones de forma cerrada para la probabilidad de intercepción tanto para el esquema de programación round-robin como para el esquema de programación óptimo propuesto.
¿Qué muestran los resultados numéricos?
Los resultados numéricos muestran que el esquema de programación propuesto supera al esquema round-robin convencional en términos de probabilidad de intercepción. La probabilidad de intercepción del esquema propuesto disminuye significativamente al aumentar el número de nodos sensores.
¿Qué análisis asintótico se realiza?
Se realiza un análisis asintótico para investigar el impacto del número de nodos sensores en la probabilidad de intercepción para ambos esquemas de programación. Se muestra que la probabilidad de intercepción disminuye más rápidamente con el esquema óptimo propuesto.
¿Cuáles son las conclusiones del documento y las futuras líneas de investigación?
El documento concluye que el esquema de programación óptimo de sensores propuesto mejora la seguridad de capa física en I-WSNs en comparación con el esquema round-robin. Las futuras líneas de investigación incluyen considerar los requisitos de QoS y extender los resultados a sistemas MIMO con múltiples antenas.
- Quote paper
- Furqan Jameel (Author), 2016, Asymptotic Analysis of Secrecy Capacity in Industrial Wireless Sensor Networks, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/337117