Optimal jammer placement in a wireless communication network by clustering
Kablosuz iletişim ağinda kümeleme yöntemiyle optimal jammer yerleşimi
- Tez No: 809064
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA KEMAL TURAL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Endüstri ve Endüstri Mühendisliği, Industrial and Industrial Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 148
Özet
Kablosuz iletişim sistemi kablosuz sinyallerin kullanılarak veri, ses ve görüntü gibi bilgilerin kablosuz olarak iletilmesini sağlayan bir iletişim teknolojisidir. Bu sistem kablosuz sinyallerin iletilmesi için radyo frekanslarını kullanır. Hareket esnekliği, kolay kurulumu ve geniş kapsama alanı sebebiyle günümüzde en yaygın iletişim araçlarından biridir. Ancak, bu sistemler karıştırma saldırılarına karşı savunmasızdır. Sinyal bozucu adı verilen ve istenmeyen sinyaller üreten cihazlar ile kablosuz iletişim ağlarının işlevselliği bozulabilir. Fakat, sinyal bozucu ile kablosuz bir ağdaki tek bir bağlantıyı hedef almak iletişimin kesilmesi için yeterli olmayabilir. Ağdaki iletişim trafiği alternatif bağlantılar üzerinden devam edebileceği için iletişim ağı bir bütün olarak düşünülmeli ve buna göre sinyal bozma stratejileri geliştirilmelidir. Bu tezde, kablosuz bir iletişim ağını bağlantısız alt ağlara bölerek bozmak için sinyal bozucuların yerleştirilmesi problemi ele alınmaktadır. Literatürde bu problem için kısıtlı sayıda çalışma bulunmaktadır. Çalışmalardan biri olarak, Feng ve arkadaşları (2015) bu problemi ağ üzerinde optimal kümeleme problemi olarak formüle ederek ikili tamsayı programlama ile optimal sonuca ulaşmaktadır. Önerdikleri matematiksel model kablosuz iletişim ağının istenilen sayıda alt ağa bölünmesi için gereken en az türdeş sinyal bozucu sayısını bulmaktadır. Sinyal bozucular ağda sadece sinyalleri bozulmak istenen telsizlerin konumlarına yerleştirilebilmektedir. Alt ağların sahip olabileceği azami telsiz sayısı modele girdi olarak verilmektedir. Bu tezde, Feng ve arkadaşları (2015)'nın önerdikleri matematiksel model baz model olarak ele alınmaktadır. Baz modelin eksiklikleri giderilerek farklı yaklaşımlarla sinyal bozma performansının artırılması için yeni modeller önerilmektedir. Önerilen ilk model ile sinyal bozucu sayısı modele girdi olarak verilerek bir alt ağın sahip olabileceği azami telsiz sayısının en aza indirgenmesi amaçlanmaktadır. İkinci model sadece azami sayıdaki telsize sahip olan alt ağın değil bütün alt ağların telsiz sayılarını hiyerarşik olarak en aza indirgemektedir. İki modelde de tam sayı programlama formülasyonu ile optimal sonuçlar bulunmaktadır. Tezde önerilen diğer bir model ile sinyal bozucuların konumları üzerindeki kısıtlama kaldırılarak gerçek düzlemde yerleşim sağlanmaktadır. Son modelde ise sinyal bozuculara anten eklentisi yapılarak literatürde ilk defa problem türdeş olmayan sinyal bozucular ile ele alınmaktadır. Önerilen son iki modelde sinyal bozucuların gerçek düzlemdeki yerleşimi nedeniyle karışık tamsayılı ikinci dereceden koni programlama formülasyonu ile optimal sonuçlar elde etmektedir. Feng ve arkadaşları (2019) farklı bir makalede sinyal bozucular üzerindeki yerleşim kısıtlamasını kaldırarak ayrıklaşmış düzlem yerine gerçek düzlemde çalıştıklarını belirtmektedirler. Bu nedenle, geliştirilen modeller ile baz modeli ayrıklaştırılmış düzleme ek olarak gerçek düzlemde de karşılaştırabilmek için yaklaşım aynı tutularak baz model gerçek düzleme göre uyarlanmaktadır. Bu sayede geliştirilen modeller ile baz model ayrıklaştırılmış ve gerçek düzlemlerde kapsamlı bir deneysel tasarım ile karşılaştırılmaktadır. Ek olarak, eşyönlü ve farklı açılarda yönlü anten kullanımının sonuçlara etkisinin değerlendirilebilmesi için son model kendi içerisinde karşılaştırmaya tabi tutulmaktadır.
Özet (Çeviri)
Wireless communication system is a communication technology that enables the wireless transmission of information such as data, sound, and image using wireless signals. The system uses radio frequencies to transmit wireless signals. Today, it is one of the most common communication tools due to its flexibility of movement, easy installation, and wide coverage. However, these systems are vulnerable to jamming attacks. The functionality of wireless communication networks can be disrupted by devices that produce unwanted signals, called jammers. However, targeting a single connection on a wireless network with the jammer may not be enough to break the communication. Since the communication traffic in the network can continue over alternative connections, the communication network should be considered as a whole, and signal jamming strategies should be developed accordingly. This thesis deals with the problem of jammer placement to jam a wireless communication network by dividing it into disconnected clusters. There are limited number of studies on this problem in the literature. As one of the studies, Feng et al. (2015) formulate this problem as an optimal clustering problem on the graph and find the optimal solution with binary integer programming. Their proposed mathematical model finds the minimum number of homogeneous jammers required to divide the wireless network into the desired number of clusters. Jammers can only be positioned at the locations of the radios whose signals are desired to be jammed in the network. The maximum number of radios in subnets is given as input to the model. In this thesis, the mathematical model proposed by Feng et al. (2015) is considered as the base model. New models with different approaches are proposed to improve the jamming performance by eliminating the lacks of the base model. With the first proposed model, it is aimed to minimize the maximum number of radios a cluster can have by giving the number of jammers as input. The second model hierarchically minimizes the number of radios for all clusters, not just the cluster with the maximum number of radios. The optimal solutions are obtained with integer programming formulation in both models. With another proposed model in the thesis, the restriction on the position of the jammers is removed, and placement is provided in the real plane. In the final model, the variable of antenna is added to the jammers, and the problem is addressed with heterogeneous jammers for the first time in the literature. The last two proposed models obtain optimal solutions by mixed integer second-order cone programming formulation due to the real plane placement of the jammers. In a different article, Feng et al. (2019) remove the placement restriction on the jammers and work on the real plane instead of the discretized plane. For this reason, the base model is adapted to the real plane by keeping the approach same to compare the developed models with the base model on the real plane in addition to the discretized plane. In this way, the developed models and the base model are compared with a comprehensive experimental design both in the discretized and real plane. In addition, the final model is compared within itself to examine the effect of using omnidirectional and directional antennas at different angles on the results.
Benzer Tezler
- Jammer placement algorithms for wireless localization systems
Telsiz konum belirleme sistemleri için karıştırıcı yerleştirme algoritmaları
MEHMET NECİP KURT
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SİNAN GEZİCİ
- Estimation theoretic analyses of location secrecy and ris-aided localization under hardware impairments
Konum gizliliğinin ve donanımsal hatalar altında YYAY destekli konumlandırmanın kestirim kuramsal analizleri
CÜNEYD ÖZTÜRK
Doktora
İngilizce
2022
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SİNAN GEZİCİ
- Power allocation strategies for channel switching and wireless localization
Kanal değiştirme ve telsiz konumlandırma için güç tahsisi stratejileri
AHMET DÜNDAR SEZER
Doktora
İngilizce
2018
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SİNAN GEZİCİ
- Optimal stochastic approaches for signal detection and estimation under inequality constraints
Eşitsizlik kısıtları altında işaret sezimi ve kestirimi için optimal stokastik yaklaşımlar
BERKAN DÜLEK
Doktora
İngilizce
2012
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET ENİS ÇETİN
YRD. DOÇ. DR. SİNAN GEZİCİ
- Threshold optimization in decentralized detection problems and optimal jamming in the presence of uncertainty
Merkezi olmayan sezim problemlerinde eşik değer optimizasyonu ve belirsizlik varlığında en uygun sinyal boğma stratejisi
HAKAN SOKU
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiTurgut Özal ÜniversitesiElektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. SUAT BAYRAM