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Peláez Salvador, Juan Alexander - One of the best experts on this subject based on the ideXlab platform.
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Diseño de un sistema de video vigilancia IP para la Corte Superior de Justicia - La Libertad
Universidad Privada del Norte, 2014Co-Authors: Peláez Salvador, Juan AlexanderAbstract:ABSTRACT We conducted a technical study for the Superior Court of Justice - Freedom, aimed at designing a system of IP Video Surveillance, which is a visual surveillance technology that combines the benefits of traditional analog CCTV (Closed Circuit Television) with advantages of digital communication Networks, IP (Internet Protocol), which allows local monitoring and / or remote images, and audio and digital treatment of images. There is a wide range of cameras with different features to suit all needs and budgets. Both, Analysis and Design of the Network were developed by adopting the methodology proposed by CISCO TOP DOWN, which is divided in stages. The objective is to design an IP video surveillance system, which allows the monitoring and controlling all personnel in order to reduce losses of assets. 1. Designing an IP Video Surveillance system for continuous monitoring of the data sent by the IP camera. 2. Designing the logical and physical Network of IP Video Surveillance. 3. Proposal of a training plan of personnel involved in handling of IP video surveillance equipment. Below is a summary of all the chapters of this present thesis project: Chapter I: Research plan will focus on the current problem situation Superior Court of Justice - the Liberty, which is the loss of assets and judicial case files the problem is formulated, then the hypothesis and finally identify the main objectives. Chapter II: Theoretical Framework, all information is captured under Title of this thesis project, taking into account the most important in terms sought by the Thesist research, such as What is IP Video Surveillance?, How many types IP Cameras models exist, What model should I use? and How much bandwidth is consumed?. Chapter III: Stating the hypothesis, identify the independent and dependent variables, then it can form a table operationalization of the variables, the description of the indicators with their respective formula and operability. Chapter IV: Institutional Framework, focusing on business description, business address, business organization, geographic map and the functional areas that comprise the CSJLL, that content is information, study, analysis of this thesis project. Chapter V: It will focus primarily on the development of the proposed Technical Methodology, the methodology of Network Design TOP DOWN - 3rd Edition, so whats divided into 4 phases: - Product Design - Phase I: Identifying customer needs and objectives, this phase begins with the identification of business goals and technical requirements - Phase II: Logical Network Design The Network Designer develops a Network topology, depending on the size of the Network characteristics and traffic, the topology can vary from simple to complex, requiring the hierarchy and modularity. The Network Designer also designs a model of Network layer routing and switching and selecting routing protocols. The most relevant in this phase are: - Interconnection Campus Design - Sizing of the link capacity - Traffic - Bandwidth required for links - Phase III: Physical Network Design WAN, it is the selection of technologies and devices for campus Networks, including wired switches, Ethernet, wireless access points, wireless bridges and routers. - Phase IV: WAN design, the final steps in the design of the top-down Network, implement a test plan, build a prototype pilot, optimize Network design, and document their work with a proposal Network design. - Proposal Development It will focus on the development of the present Thesis, applying the four phases of the TOP DOWN, by a respective Network analysis, how will the bandwidth consumption of the IP cameras on the Samsung brand?, And design the physical and logical Network, IP routing, horizontal and vertical wiring, and the methodology used for the design of architecture, writing software NET-i ware and wEB NET-i Viewer, protocols to use, among others. Chapter VI: Materials and methods, the type of research (Purpose and research), and research design (population and sample) and finally the techniquesprocedures and instruments to use (student t-test and Z) Chapter VII: Are the results obtained in the matching are statistical tests for each quantitative and qualitative indicator. The two statistical tests to be applied are T-student and Z. Chapter VIII: It focuses mainly on the Discussion of Results, making the respective analysis with each of the indicators, both quantitative and qualitative raising them, displaying them in tables and graphs respectively. And finally the final conclusions of this thesis project mentioned, highlighting the most important because using the Video IP Surveillance and future that will be obtained?, Who will?. Recommendations for Thesis’s proposal, which would be the most recommended items according to whether it is understandable for the user to apply the Peruvian IP Video Surveillance System for the Superior Court of Justice - the Liberty. The bibliographical sources that are a list of websites visited by the Thesis, putting the day I visited, the web address, adding the topic, Books, Theses, Electronic addresses. The glossary of terms, selecting new words throughout this thesis, listing their meaning writing. The Annexes: logical planes IP video surveillance Network, Network wiring of the 4 floors, plus physical figures and roof wiring, Economic Feasibility, installing the “well grounded” and technical specifications of each IP camera, among others.TesisSe realizó un estudio técnico para la Corte Superior de Justicia - La Libertad, orientado a diseñar un sistema de Video Vigilancia IP, lo cual es una tecnología de vigilancia visual que combina los beneficios analógicos de los tradicionales CCTV (Circuito Cerrado de Televisión) con las ventajas digitales de las redes de comunicación IP (Internet Protocol), lo cual permite la supervisión local y/o remota de imágenes y audio así como el tratamiento digital de las imágenes. Existe una gama muy amplia de cámaras con diferentes funcionalidades para satisfacer todas las necesidades y presupuestos. Tanto el análisis y diseño de la red se han desarrollado adoptando la metodología propuesta por CISCO TOP DOWN, que se divide en etapas: El objetivo es diseñar un sistema de Video Vigilancia IP, el cuál permita vigilar y controlar a todo el personal para así poder disminuir las pérdidas de los activos. 1. Diseñar un sistema de Video Vigilancia IP para una supervisión continua de los datos enviados por la cámara IP. 2. Diseñar la red lógica y física de la Video Vigilancia IP. 3. Propuesta de un plan de capacitación de personal involucrado en el manejo de los equipos de video vigilancia IP. A continuación presentamos un resumen de todos los capítulos de este presente Proyecto de Tesis: Capítulo I: El plan de Investigación, se enfocará en la situación problemática actual de la Corte Superior de Justicia de la Libertad, que es la pérdida de activos y de expedientes judiciales, se formulará el problema, luego la hipótesis y por último se identificará los objetivos principales. Capítulo II: Marco Teórico, es toda la información capturada de acuerdo al Título del presente Proyecto de Tesis, tomando en cuenta los puntos más importantes en cuanto a la investigación buscada por el Tesista, como por ejemplo ¿Qué es la Video vigilancia IP?, ¿cuantos tipos de modelos de Cámaras IP existen?, ¿Qué modelo debo usar? y ¿Cuánto de ancho de banda se consumirá?. Capítulo III: Planteamiento de la hipótesis, identificamos las variables independientes e dependientes, luego lo plasmamos a una tabla la operacionalización de las variables, la descripción de los indicadores con su respectiva fórmula y operatividad. Capítulo IV: Marco Institucional, enfocándose en la descripción de la empresa, dirección empresarial, organización empresarial, mapa geográfico y las áreas funcionales que la conforman en la CSJLL, dicho contenido es la información, estudio, análisis del presente proyecto de tesis. Capítulo V: Se enfocará principalmente en el desarrollo de la propuesta Técnico Metodológica, la metodología del Diseño de redes TOP DOWN - 3ra Edición, lo cuál está dividida en 4 Fases: - Diseño del producto - Fase I: Identificación de las necesidades de los clientes y objetivos, esta fase comienza con la identificación de los objetivos de negocio y de sus requerimientos técnicos.- Fase II: Diseño de la Red Lógica, el diseñador de la red desarrolla una topología de red, dependiendo del tamaño de las características de la red y del tráfico, la topología puede variar desde simples a complejos, requiriendo la jerarquía y modularidad. El diseñador de la red también diseña un modelo de capa de direccionamiento de red y selecciona la conmutación y los protocolos de enrutamiento. Los puntos más relevantes en esta fase son: - Diseño de la Interconexión de los campus - Dimensionamiento de la capacidad de los enlaces - Tráfico - Ancho de banda requerido para los enlaces - Fase III: Diseño de la Red Física WAN, se hace la selección de las tecnologías y dispositivos para redes de campus, incluyendo interruptores de cableado, Ethernet, puntos de accesos inalámbricos, puentes inalámbricos y routers. - Fase IV: Diseño de la red WAN, los pasos finales en el diseño de la red Top Down, poner en práctica un plan de pruebas, construir un prototipo piloto, optimizar el diseño de la red, y documentar su trabajo con una propuesta de diseño de la red. - Desarrollo de la Propuesta Se enfocará en el Desarrollo de la presente Tesis, aplicando las 4 fases de la red TOP DOWN, haciendo un respectivo análisis de la red, ¿cuánto será el consumo de ancho de banda de las cámaras IP en la marca Samsung?, además diseñaremos la red física y lógico, el direccionamiento IP, el cableado horizontal y vertical, y de la metodología utilizada para el diseño de la arquitectura, el software de grabación NET-i ware y NET-i WEB Viewer, los protocolos a usar, entre otros. Capítulo VI: Materiales y métodos, el tipo de investigación (Propósito y investigación), además del diseño de la investigación (Población y muestra) y finalmente de las técnicas, procedimientos e instrumentos a usar (Prueba T student y Z). Capítulo VII: Son los Resultados obtenidos en la contrastación, son las pruebas estadísticas por cada indicador cuantitativo y cualitativo. Las dos pruebas estadísticas a aplicar son T-student y Z. Capítulo VIII: Se enfoca principalmente en la Discusión de los Resultados, haciendo el respectivo análisis con cada uno de los indicadores tanto cuantitativo y cualitativo planteándolos, mostrándolos en tablas y gráficos respectivamente. Y finalmente las conclusiones finales del presente Proyecto de Tesis mencionado, destacando lo más importante del porque usar la Video vigilancia IP y a futuro que se obtendrá?, que pasará?. Las recomendaciones para está propuesta de Tesis, que puntos serian lo más recomendable teniendo en cuenta si es entendible para el usuario peruano al aplicar dicho Sistema de Video Vigilancia IP para la Corte Superior de Justicia - La Libertad. Las fuentes bibliográficas, que son una lista de las páginas web visitadas por el Tesista, poniendo el día que lo visitó, la dirección web, agregando el tema, Libros o Tesis, Direcciones electrónicas. El glosario de términos, seleccionando las palabras nuevas de toda la presente Tesis, haciendo una lista escribiendo su significado. Los anexos, planos lógicos de la red video vigilancia IP, cableado de la red de los 4 pisos, además de las figuras físicas y del cableado de la Azotea, la Factibilidad Económica, la instalación del “pozo a tierra” y de las especificaciones técnicas de cada cámara IP, entre otros
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Diseño de un sistema de Video Vigilancia IP para la Corte Superior de Justicia - La Libertad
Universidad Privada del Norte, 2013Co-Authors: Peláez Salvador, Juan AlexanderAbstract:RESUMEN Se realizó un estudio técnico para la Corte Superior de Justicia - La Libertad, orientado a diseñar un sistema de Video Vigilancia IP, lo cual es una tecnología de vigilancia visual que combina los beneficios analógicos de los tradicionales CCTV (Circuito Cerrado de Televisión) con las ventajas digitales de las redes de comunicación IP (Internet Protocol), lo cual permite la supervisión local y/o remota de imágenes y audio así como el tratamiento digital de las imágenes. Existe una gama muy amplia de cámaras con diferentes funcionalidades para satisfacer todas las necesidades y presupuestos. Tanto el análisis y diseño de la red se han desarrollado adoptando la metodología propuesta por CISCO TOP DOWN, que se divide en etapas: El objetivo es diseñar un sistema de Video Vigilancia IP, el cuál permita vigilar y controlar a todo el personal para así poder disminuir las pérdidas de los activos. 1. Diseñar un sistema de Video Vigilancia IP para una supervisión continua de los datos enviados por la cámara IP. 2. Diseñar la red lógica y física de la Video Vigilancia IP. 3. Propuesta de un plan de capacitación de personal involucrado en el manejo de los equipos de video vigilancia IP. A continuación presentamos un resumen de todos los capítulos de este presente Proyecto de Tesis: Capítulo I: El plan de Investigación, se enfocará en la situación problemática actual de la Corte Superior de Justicia de la Libertad, que es la pérdida de activos y de expedientes judiciales, se formulará el problema, luego la hipótesis y por último se identificará los objetivos principales. Capítulo II: Marco Teórico, es toda la información capturada de acuerdo al Título del presente Proyecto de Tesis, tomando en cuenta los puntos más importantes en cuanto a la investigación buscada por el Tesista, como por ejemplo ¿Qué es la Video vigilancia IP?, ¿cuantos tipos de modelos de Cámaras IP existen?, ¿Qué modelo debo usar? y ¿Cuánto de ancho de banda se consumirá?. Capítulo III: Planteamiento de la hipótesis, identificamos las variables independientes e dependientes, luego lo plasmamos a una tabla la operacionalización de las variables, la descripción de los indicadores con su respectiva fórmula y operatividad. Capítulo IV: Marco Institucional, enfocándose en la descripción de la empresa, dirección empresarial, organización empresarial, mapa geográfico y las áreas funcionales que la conforman en la CSJLL, dicho contenido es la información, estudio, análisis del presente proyecto de tesis. Capítulo V: Se enfocará principalmente en el desarrollo de la propuesta Técnico Metodológica, la metodología del Diseño de redes TOP DOWN - 3ra Edición, lo cuál está dividida en 4 Fases: - Diseño del producto - Fase I: Identificación de las necesidades de los clientes y objetivos, esta fase comienza con la identificación de los objetivos de negocio y de sus requerimientos técnicos.- Fase II: Diseño de la Red Lógica, el diseñador de la red desarrolla una topología de red, dependiendo del tamaño de las características de la red y del tráfico, la topología puede variar desde simples a complejos, requiriendo la jerarquía y modularidad. El diseñador de la red también diseña un modelo de capa de direccionamiento de red y selecciona la conmutación y los protocolos de enrutamiento. Los puntos más relevantes en esta fase son: - Diseño de la Interconexión de los campus - Dimensionamiento de la capacidad de los enlaces - Tráfico - Ancho de banda requerido para los enlaces - Fase III: Diseño de la Red Física WAN, se hace la selección de las tecnologías y dispositivos para redes de campus, incluyendo interruptores de cableado, Ethernet, puntos de accesos inalámbricos, puentes inalámbricos y routers. - Fase IV: Diseño de la red WAN, los pasos finales en el diseño de la red Top Down, poner en práctica un plan de pruebas, construir un prototipo piloto, optimizar el diseño de la red, y documentar su trabajo con una propuesta de diseño de la red. - Desarrollo de la Propuesta Se enfocará en el Desarrollo de la presente Tesis, aplicando las 4 fases de la red TOP DOWN, haciendo un respectivo análisis de la red, ¿cuánto será el consumo de ancho de banda de las cámaras IP en la marca Samsung?, además diseñaremos la red física y lógico, el direccionamiento IP, el cableado horizontal y vertical, y de la metodología utilizada para el diseño de la arquitectura, el software de grabación NET-i ware y NET-i WEB Viewer, los protocolos a usar, entre otros. Capítulo VI: Materiales y métodos, el tipo de investigación (Propósito y investigación), además del diseño de la investigación (Población y muestra) y finalmente de las técnicas, procedimientos e instrumentos a usar (Prueba T student y Z). Capítulo VII: Son los Resultados obtenidos en la contrastación, son las pruebas estadísticas por cada indicador cuantitativo y cualitativo. Las dos pruebas estadísticas a aplicar son T-student y Z. Capítulo VIII: Se enfoca principalmente en la Discusión de los Resultados, haciendo el respectivo análisis con cada uno de los indicadores tanto cuantitativo y cualitativo planteándolos, mostrándolos en tablas y gráficos respectivamente. Y finalmente las conclusiones finales del presente Proyecto de Tesis mencionado, destacando lo más importante del porque usar la Video vigilancia IP y a futuro que se obtendrá?, que pasará?. Las recomendaciones para está propuesta de Tesis, que puntos serian lo más recomendable teniendo en cuenta si es entendible para el usuario peruano al aplicar dicho Sistema de Video Vigilancia IP para la Corte Superior de Justicia - La Libertad. Las fuentes bibliográficas, que son una lista de las páginas web visitadas por el Tesista, poniendo el día que lo visitó, la dirección web, agregando el tema, Libros o Tesis, Direcciones electrónicas. El glosario de términos, seleccionando las palabras nuevas de toda la presente Tesis, haciendo una lista escribiendo su significado. Los anexos, planos lógicos de la red video vigilancia IP, cableado de la red de los 4 pisos, además de las figuras físicas y del cableado de la Azotea, la Factibilidad Económica, la instalación del “pozo a tierra” y de las especificaciones técnicas de cada cámara IP, entre otros.ABSTRACT We conducted a technical study for the Superior Court of Justice - Freedom, aimed at designing a system of IP Video Surveillance, which is a visual surveillance technology that combines the benefits of traditional analog CCTV (Closed Circuit Television) with advantages of digital communication Networks, IP (Internet Protocol), which allows local monitoring and / or remote images, and audio and digital treatment of images. There is a wide range of cameras with different features to suit all needs and budgets. Both, Analysis and Design of the Network were developed by adopting the methodology proposed by CISCO TOP DOWN, which is divided in stages. The objective is to design an IP video surveillance system, which allows the monitoring and controlling all personnel in order to reduce losses of assets. 1. Designing an IP Video Surveillance system for continuous monitoring of the data sent by the IP camera. 2. Designing the logical and physical Network of IP Video Surveillance. 3. Proposal of a training plan of personnel involved in handling of IP video surveillance equipment. Below is a summary of all the chapters of this present thesis project: Chapter I: Research plan will focus on the current problem situation Superior Court of Justice - the Liberty, which is the loss of assets and judicial case files the problem is formulated, then the hypothesis and finally identify the main objectives. Chapter II: Theoretical Framework, all information is captured under Title of this thesis project, taking into account the most important in terms sought by the Thesist research, such as What is IP Video Surveillance?, How many types IP Cameras models exist, What model should I use? and How much bandwidth is consumed?. Chapter III: Stating the hypothesis, identify the independent and dependent variables, then it can form a table operationalization of the variables, the description of the indicators with their respective formula and operability. Chapter IV: Institutional Framework, focusing on business description, business address, business organization, geographic map and the functional areas that comprise the CSJLL, that content is information, study, analysis of this thesis project. Chapter V: It will focus primarily on the development of the proposed Technical Methodology, the methodology of Network Design TOP DOWN - 3rd Edition, so whats divided into 4 phases: - Product Design - Phase I: Identifying customer needs and objectives, this phase begins with the identification of business goals and technical requirements - Phase II: Logical Network Design The Network Designer develops a Network topology, depending on the size of the Network characteristics and traffic, the topology can vary from simple to complex, requiring the hierarchy and modularity. The Network Designer also designs a model of Network layer routing and switching and selecting routing protocols. The most relevant in this phase are: - Interconnection Campus Design - Sizing of the link capacity - Traffic - Bandwidth required for links - Phase III: Physical Network Design WAN, it is the selection of technologies and devices for campus Networks, including wired switches, Ethernet, wireless access points, wireless bridges and routers. - Phase IV: WAN design, the final steps in the design of the top-down Network, implement a test plan, build a prototype pilot, optimize Network design, and document their work with a proposal Network design. - Proposal Development It will focus on the development of the present Thesis, applying the four phases of the TOP DOWN, by a respective Network analysis, how will the bandwidth consumption of the IP cameras on the Samsung brand?, And design the physical and logical Network, IP routing, horizontal and vertical wiring, and the methodology used for the design of architecture, writing software NET-i ware and wEB NET-i Viewer, protocols to use, among others. Chapter VI: Materials and methods, the type of research (Purpose and research), and research design (population and sample) and finally the techniquesprocedures and instruments to use (student t-test and Z) Chapter VII: Are the results obtained in the matching are statistical tests for each quantitative and qualitative indicator. The two statistical tests to be applied are T-student and Z. Chapter VIII: It focuses mainly on the Discussion of Results, making the respective analysis with each of the indicators, both quantitative and qualitative raising them, displaying them in tables and graphs respectively. And finally the final conclusions of this thesis project mentioned, highlighting the most important because using the Video IP Surveillance and future that will be obtained?, Who will?. Recommendations for Thesis’s proposal, which would be the most recommended items according to whether it is understandable for the user to apply the Peruvian IP Video Surveillance System for the Superior Court of Justice - the Liberty. The bibliographical sources that are a list of websites visited by the Thesis, putting the day I visited, the web address, adding the topic, Books, Theses, Electronic addresses. The glossary of terms, selecting new words throughout this thesis, listing their meaning writing. The Annexes: logical planes IP video surveillance Network, Network wiring of the 4 floors, plus physical figures and roof wiring, Economic Feasibility, installing the “well grounded” and technical specifications of each IP camera, among others
Venkatesh Saligrama - One of the best experts on this subject based on the ideXlab platform.
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wireless ad hoc Networks strategies and scaling laws for the fixed snr regime
IEEE Transactions on Information Theory, 2007Co-Authors: Shuchin Aeron, Venkatesh SaligramaAbstract:This paper deals with throughput scaling laws for random ad hoc wireless Networks in a rich scattering environment. We develop schemes to optimize the ratio lambda(n) of achievable Network sum capacity to the sum of the point-to-point capacities of source-destinations (S-D) pairs operating in isolation. Our focus in this paper is on fixed signal-to-noise ratio (SNR) Networks, i.e., Networks where the worst case SNR over the S-D pairs is fixed independent of n. For such fixed SNR Networks, which include fixed area Networks as a special case, we show that collaborative strategies yield a scaling law of lambda(n)=Omega(1/n1/3) in contrast to multihop strategies which yield a scaling law of lambda(n)=Theta(1/radicn). While Networks where worst case SNR goes to zero do not preclude the possibility of collaboration, multihop strategies achieve optimal throughput. The plausible reason is that the gains due to collaboration cannot offset the effect of vanishing receive SNR. This suggests that for fixed SNR Networks, a Network Designer should look for Network protocols that exploit collaboration
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wireless ad hoc Networks strategies and scaling laws for the fixed snr regime
arXiv: Information Theory, 2006Co-Authors: Shuchin Aeron, Venkatesh SaligramaAbstract:This paper deals with throughput scaling laws for random ad-hoc wireless Networks in a rich scattering environment. We develop schemes to optimize the ratio, $\rho(n)$ of achievable Network sum capacity to the sum of the point-to-point capacities of source-destinations pairs operating in isolation. For fixed SNR Networks, i.e., where the worst case SNR over the source-destination pairs is fixed independent of $n$, we show that collaborative strategies yield a scaling law of $\rho(n) = {\cal O}(\frac{1}{n^{1/3}})$ in contrast to multi-hop strategies which yield a scaling law of $\rho(n) = {\cal O}(\frac{1}{\sqrt{n}})$. While, Networks where worst case SNR goes to zero, do not preclude the possibility of collaboration, multi-hop strategies achieve optimal throughput. The plausible reason is that the gains due to collaboration cannot offset the effect of vanishing receive SNR. This suggests that for fixed SNR Networks, a Network Designer should look for Network protocols that exploit collaboration. The fact that most current Networks operate in a fixed SNR interference limited environment provides further motivation for considering this regime.
Suciu Ioana - One of the best experts on this subject based on the ideXlab platform.
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Energy aware optimization for low power radio technologies
Universitat Politècnica de Catalunya, 2020Co-Authors: Suciu IoanaAbstract:The explosive growth of IoT is pushing the market towards cheap, very low power devices with a strong focus on miniaturization, for applications such as in-body sensors, personal health monitoring and microrobots. Proposing procedures for energy efficiency in IoT is a difficult task, as it is a rapidly growing market comprised of many and very diverse product categories using technologies that are not stable, evolving at a high pace. The research in this field proposes solutions that go from physical layer optimization up to the Network layer, and the sensor Network Designer has to select the techniques that are best for its application specific architecture and radio technology used. This work is focused on exploring new techniques for enhancing the energy efficiency and user experience of IoT Networks. We divide the proposed techniques in frame and chip level optimization techniques, respectively. While the frame level techniques are meant to improve the performance of existing radio technologies, the chip level techniques aim at replacing them with crystal-free architectures. The identified frame level techniques are the use of preamble authentication and packet fragmentation, advisable for Low Power Wide Area Networks (LPWANs), a technology that offers the lowest energy consumption per provided service, but is vulnerable in front of energy exhaustion attacks and does not perform well in dense Networks. The use of authenticated preambles between the sensors and gateways becomes a defence mechanism against the battery draining intended by attackers. We show experimentally that this approach is able to reduce with 91% the effect of an exhaustion attack, increasing the device's lifetime from less than 0.24 years to 2.6 years. The experiments were conducted using Loadsensing sensor nodes, commercially used for critical infrastructure control and monitoring. Even if exemplified on LoRaWAN, the use of preamble authentication is extensible to any wireless protocol. The use of packet fragmentation despite the packet fits the frame, is shown to reduce the probability of collisions while the number of users in the duty-cycle restricted Network increases. Using custom-made Matlab simulations, important goodput improvement was obtained with fragmentation, with higher impact in slower and denser Networks. Using NS3 simulations, we showed that combining packet fragmentation with group NACK can increase the Network reliability, while reducing the energy consumed for retransmissions, at the cost of adding small headers to each fragment. It is a strategy that proves to be effective in dense duty-cycle restricted Networks only, where the headers overhead is negligible compared to the Network traffic. As a chip level technique, we consider using radios for communication that do not use external frequency references such as crystal oscillators. This would enable having all sensor's elements on a single piece of silicon, rendering it even ten times more energy efficient due to the compactness of the chip. The immediate consequence is the loss of communication accuracy and ability to easily switch communication channels. In this sense, we propose a sequence of frequency synchronization algorithms and phases that have to be respected by a crystal-free device so that it can be able to join a Network by finding the beacon channel, synthesize all communication channels and then maintain their accuracy against temperature change. The proposed algorithms need no additional Network overhead, as they are using the existing Network signaling. The evaluation is made in simulations and experimentally on a prototype implementation of an IEEE802.15.4 crystal-free radio. While in simulations we are able to change to another communication channel with very good frequency accuracy, the results obtained experimentally show an initial accuracy slightly above 40ppm, which will be later corrected by the chip to be below 40 ppm.El crecimiento significativo de la IoT está empujando al mercado hacia el desarrollo de dispositivos de bajo coste, de muy bajo consumo energético y con un fuerte enfoque en la miniaturización, para aplicaciones que requieran sensores corporales, monitoreo de salud personal y micro-robots. La investigación en el campo de la eficiencia energética en la IoT propone soluciones que van desde la optimización de la capa física hasta la capa de red. Este trabajo se centra en explorar nuevas técnicas para mejorar la eficiencia energética y la experiencia del usuario de las redes IoT. Dividimos las técnicas propuestas en técnicas de optimización de nivel de trama de red y chip, respectivamente. Si bien las técnicas de nivel de trama están destinadas a mejorar el rendimiento de las tecnologías de radio existentes, las técnicas de nivel de chip tienen como objetivo reemplazarlas por arquitecturas que no requieren de cristales. Las técnicas de nivel de trama desarrolladas en este trabajo son el uso de autenticación de preámbulos y fragmentación de paquetes, aconsejables para redes LPWAN, una tecnología que ofrece un menor consumo de energía por servicio prestado, pero es vulnerable frente a los ataques de agotamiento de energía y no escalan frente la densificación. El uso de preámbulos autenticados entre los sensores y las pasarelas de enlace se convierte en un mecanismo de defensa contra el agotamiento del batería previsto por los atacantes. Demostramos experimentalmente que este enfoque puede reducir con un 91% el efecto de un ataque de agotamiento, aumentando la vida útil del dispositivo de menos de 0.24 años a 2.6 años. Los experimentos se llevaron a cabo utilizando nodos sensores de detección de carga, utilizados comercialmente para el control y monitoreo de infrastructura crítica. Aunque la técnica se ejemplifica en el estándar LoRaWAN, el uso de autenticación de preámbulo es extensible a cualquier protocolo inalámbrico. En esta tesis se muestra también que el uso de la fragmentación de paquetes a pesar de que el paquete se ajuste a la trama, reduce la probabilidad de colisiones mientras aumenta el número de usuarios en una red con restricciones de ciclos de transmisión. Mediante el uso de simulaciones en Matlab, se obtiene una mejora importante en el rendimiento de la red con la fragmentación, con un mayor impacto en redes más lentas y densas. Usando simulaciones NS3, demostramos que combinar la fragmentación de paquetes con el NACK en grupo se puede aumentar la confiabilidad de la red, al tiempo que se reduce la energía consumida para las retransmisiones, a costa de agregar pequeños encabezados a cada fragmento. Como técnica de nivel de chip, consideramos el uso de radios para la comunicación que no usan referencias de frecuencia externas como los osciladores basados en un cristal. Esto permitiría tener todos los elementos del sensor en una sola pieza de silicio, lo que lo hace incluso diez veces más eficiente energéticamente debido a la integración del chip. La consecuencia inmediata, en el uso de osciladores digitales en vez de cristales, es la pérdida de precisión de la comunicación y la capacidad de cambiar fácilmente los canales de comunicación. En este sentido, proponemos una secuencia de algoritmos y fases de sincronización de frecuencia que deben ser respetados por un dispositivo sin cristales para que pueda unirse a una red al encontrar el canal de baliza, sintetizar todos los canales de comunicación y luego mantener su precisión contra el cambio de temperatura. Los algoritmos propuestos no necesitan una sobrecarga de red adicional, ya que están utilizando la señalización de red existente. La evaluación se realiza en simulaciones y experimentalmente en una implementación prototipo de una radio sin cristal IEEE802.15.4. Los resultados obtenidos experimentalmente muestran una precisión inicial ligeramente superior a 40 ppm, que luego será corregida por el chip para que sea inferior a 40 ppm
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Energy aware optimization for low power radio technologies
Universitat Politècnica de Catalunya, 2020Co-Authors: Suciu IoanaAbstract:The explosive growth of IoT is pushing the market towards cheap, very low power devices with a strong focus on miniaturization, for applications such as in-body sensors, personal health monitoring and microrobots. Proposing procedures for energy efficiency in IoT is a difficult task, as it is a rapidly growing market comprised of many and very diverse product categories using technologies that are not stable, evolving at a high pace. The research in this field proposes solutions that go from physical layer optimization up to the Network layer, and the sensor Network Designer has to select the techniques that are best for its application specific architecture and radio technology used. This work is focused on exploring new techniques for enhancing the energy efficiency and user experience of IoT Networks. We divide the proposed techniques in frame and chip level optimization techniques, respectively. While the frame level techniques are meant to improve the performance of existing radio technologies, the chip level techniques aim at replacing them with crystal-free architectures. The identified frame level techniques are the use of preamble authentication and packet fragmentation, advisable for Low Power Wide Area Networks (LPWANs), a technology that offers the lowest energy consumption per provided service, but is vulnerable in front of energy exhaustion attacks and does not perform well in dense Networks. The use of authenticated preambles between the sensors and gateways becomes a defence mechanism against the battery draining intended by attackers. We show experimentally that this approach is able to reduce with 91% the effect of an exhaustion attack, increasing the device's lifetime from less than 0.24 years to 2.6 years. The experiments were conducted using Loadsensing sensor nodes, commercially used for critical infrastructure control and monitoring. Even if exemplified on LoRaWAN, the use of preamble authentication is extensible to any wireless protocol. The use of packet fragmentation despite the packet fits the frame, is shown to reduce the probability of collisions while the number of users in the duty-cycle restricted Network increases. Using custom-made Matlab simulations, important goodput improvement was obtained with fragmentation, with higher impact in slower and denser Networks. Using NS3 simulations, we showed that combining packet fragmentation with group NACK can increase the Network reliability, while reducing the energy consumed for retransmissions, at the cost of adding small headers to each fragment. It is a strategy that proves to be effective in dense duty-cycle restricted Networks only, where the headers overhead is negligible compared to the Network traffic. As a chip level technique, we consider using radios for communication that do not use external frequency references such as crystal oscillators. This would enable having all sensor's elements on a single piece of silicon, rendering it even ten times more energy efficient due to the compactness of the chip. The immediate consequence is the loss of communication accuracy and ability to easily switch communication channels. In this sense, we propose a sequence of frequency synchronization algorithms and phases that have to be respected by a crystal-free device so that it can be able to join a Network by finding the beacon channel, synthesize all communication channels and then maintain their accuracy against temperature change. The proposed algorithms need no additional Network overhead, as they are using the existing Network signaling. The evaluation is made in simulations and experimentally on a prototype implementation of an IEEE802.15.4 crystal-free radio. While in simulations we are able to change to another communication channel with very good frequency accuracy, the results obtained experimentally show an initial accuracy slightly above 40ppm, which will be later corrected by the chip to be below 40 ppm.El crecimiento significativo de la IoT está empujando al mercado hacia el desarrollo de dispositivos de bajo coste, de muy bajo consumo energético y con un fuerte enfoque en la miniaturización, para aplicaciones que requieran sensores corporales, monitoreo de salud personal y micro-robots. La investigación en el campo de la eficiencia energética en la IoT propone soluciones que van desde la optimización de la capa física hasta la capa de red. Este trabajo se centra en explorar nuevas técnicas para mejorar la eficiencia energética y la experiencia del usuario de las redes IoT. Dividimos las técnicas propuestas en técnicas de optimización de nivel de trama de red y chip, respectivamente. Si bien las técnicas de nivel de trama están destinadas a mejorar el rendimiento de las tecnologías de radio existentes, las técnicas de nivel de chip tienen como objetivo reemplazarlas por arquitecturas que no requieren de cristales. Las técnicas de nivel de trama desarrolladas en este trabajo son el uso de autenticación de preámbulos y fragmentación de paquetes, aconsejables para redes LPWAN, una tecnología que ofrece un menor consumo de energía por servicio prestado, pero es vulnerable frente a los ataques de agotamiento de energía y no escalan frente la densificación. El uso de preámbulos autenticados entre los sensores y las pasarelas de enlace se convierte en un mecanismo de defensa contra el agotamiento del batería previsto por los atacantes. Demostramos experimentalmente que este enfoque puede reducir con un 91% el efecto de un ataque de agotamiento, aumentando la vida útil del dispositivo de menos de 0.24 años a 2.6 años. Los experimentos se llevaron a cabo utilizando nodos sensores de detección de carga, utilizados comercialmente para el control y monitoreo de infrastructura crítica. Aunque la técnica se ejemplifica en el estándar LoRaWAN, el uso de autenticación de preámbulo es extensible a cualquier protocolo inalámbrico. En esta tesis se muestra también que el uso de la fragmentación de paquetes a pesar de que el paquete se ajuste a la trama, reduce la probabilidad de colisiones mientras aumenta el número de usuarios en una red con restricciones de ciclos de transmisión. Mediante el uso de simulaciones en Matlab, se obtiene una mejora importante en el rendimiento de la red con la fragmentación, con un mayor impacto en redes más lentas y densas. Usando simulaciones NS3, demostramos que combinar la fragmentación de paquetes con el NACK en grupo se puede aumentar la confiabilidad de la red, al tiempo que se reduce la energía consumida para las retransmisiones, a costa de agregar pequeños encabezados a cada fragmento. Como técnica de nivel de chip, consideramos el uso de radios para la comunicación que no usan referencias de frecuencia externas como los osciladores basados en un cristal. Esto permitiría tener todos los elementos del sensor en una sola pieza de silicio, lo que lo hace incluso diez veces más eficiente energéticamente debido a la integración del chip. La consecuencia inmediata, en el uso de osciladores digitales en vez de cristales, es la pérdida de precisión de la comunicación y la capacidad de cambiar fácilmente los canales de comunicación. En este sentido, proponemos una secuencia de algoritmos y fases de sincronización de frecuencia que deben ser respetados por un dispositivo sin cristales para que pueda unirse a una red al encontrar el canal de baliza, sintetizar todos los canales de comunicación y luego mantener su precisión contra el cambio de temperatura. Los algoritmos propuestos no necesitan una sobrecarga de red adicional, ya que están utilizando la señalización de red existente. La evaluación se realiza en simulaciones y experimentalmente en una implementación prototipo de una radio sin cristal IEEE802.15.4. Los resultados obtenidos experimentalmente muestran una precisión inicial ligeramente superior a 40 ppm, que luego será corregida por el chip para que sea inferior a 40 ppm.Postprint (published version
M H P Shahi - One of the best experts on this subject based on the ideXlab platform.
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interfacing heat exchanger Network synthesis and detailed heat exchanger design
Chemical Engineering Research & Design, 1991Co-Authors: G. T. Polley, M H P ShahiAbstract:Current heat exchanger Network synthesis targeting and design procedures involve the use of assumed stream heat transfer coefficients. However, during detailed heat exchanger design, allowable pressure drops are often the most critical factors. The result can be big differences between the exchanger sizes and costs anticipated by the Network Designer and those realised by the exchanger Designer. This in turn prejudices any optimisation attempted at the Network design stage. In the paper it is shown how allowable pressure drop can be used as a basis of Network design and consistency between expectation and realisation achieved
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wireless ad hoc Networks strategies and scaling laws for the fixed snr regime
IEEE Transactions on Information Theory, 2007Co-Authors: Shuchin Aeron, Venkatesh SaligramaAbstract:This paper deals with throughput scaling laws for random ad hoc wireless Networks in a rich scattering environment. We develop schemes to optimize the ratio lambda(n) of achievable Network sum capacity to the sum of the point-to-point capacities of source-destinations (S-D) pairs operating in isolation. Our focus in this paper is on fixed signal-to-noise ratio (SNR) Networks, i.e., Networks where the worst case SNR over the S-D pairs is fixed independent of n. For such fixed SNR Networks, which include fixed area Networks as a special case, we show that collaborative strategies yield a scaling law of lambda(n)=Omega(1/n1/3) in contrast to multihop strategies which yield a scaling law of lambda(n)=Theta(1/radicn). While Networks where worst case SNR goes to zero do not preclude the possibility of collaboration, multihop strategies achieve optimal throughput. The plausible reason is that the gains due to collaboration cannot offset the effect of vanishing receive SNR. This suggests that for fixed SNR Networks, a Network Designer should look for Network protocols that exploit collaboration
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wireless ad hoc Networks strategies and scaling laws for the fixed snr regime
arXiv: Information Theory, 2006Co-Authors: Shuchin Aeron, Venkatesh SaligramaAbstract:This paper deals with throughput scaling laws for random ad-hoc wireless Networks in a rich scattering environment. We develop schemes to optimize the ratio, $\rho(n)$ of achievable Network sum capacity to the sum of the point-to-point capacities of source-destinations pairs operating in isolation. For fixed SNR Networks, i.e., where the worst case SNR over the source-destination pairs is fixed independent of $n$, we show that collaborative strategies yield a scaling law of $\rho(n) = {\cal O}(\frac{1}{n^{1/3}})$ in contrast to multi-hop strategies which yield a scaling law of $\rho(n) = {\cal O}(\frac{1}{\sqrt{n}})$. While, Networks where worst case SNR goes to zero, do not preclude the possibility of collaboration, multi-hop strategies achieve optimal throughput. The plausible reason is that the gains due to collaboration cannot offset the effect of vanishing receive SNR. This suggests that for fixed SNR Networks, a Network Designer should look for Network protocols that exploit collaboration. The fact that most current Networks operate in a fixed SNR interference limited environment provides further motivation for considering this regime.