Research Initiation Award: Secure Spectrum Sharing for Intelligent Internet-of-Things (IoT) Wireless Communication Networks

研究启动奖:智能物联网 (IoT) 无线通信网络的安全频谱共享

基本信息

  • 批准号:
    2100804
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 30万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-06-01 至 2025-05-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Research Initiation Awards provide support for junior and mid-career faculty at Historically Black Colleges and Universities who are building new research programs or redirecting and rebuilding existing research programs. It is expected that the award helps to further the faculty member's research capability and effectiveness, improves research and teaching at the home institution, and involves undergraduate students in research experiences. The award to Morgan State University supports research on developing systems that defend Intelligent Internet of Things (IoT) devices – a project that supports one of “The 10 Big Ideas for Future NSF Investments,” i.e. “Work at the Human-Technology Frontier." The goal of this project is to secure the IoT users' communication by designing and developing schemes to share the spectrum with licensed users while circumventing the attackers, thereby maximizing the network capacity. First, vulnerabilities of IoT wireless communication networks will be investigated by designing optimal attacking strategies based on adversarial multi-armed bandits, and randomized time-varying feedback graphs. In the defense design paradigm, an intelligent IoT device will apply novel adversarial multi-armed bandit methods for effective frequency channel selection and data transmission while minimizing channel switching delay. In addition, both objectives of channel and power allocation will be integrated into a unified framework to optimize the IoT user's power consumption. Characterizing the wireless channels' inherent conditions with a time-varying stochastic process and considering both the attacker and the IoT user to be learning-based, the two agents form an online repeated stochastic game. It is intended to identify any possible equilibrium between these two agents using stochastic optimization methods. Furthermore, using a data-driven methodology based on statistical factor analysis approaches, the IoT device's robustness will be characterized as a function of its intelligence factors. Then, the proposed defense frameworks will be extended to centralized and decentralized multi-user IoT networks where combinatorial online learning approaches and various collision resolutions techniques will be utilized in the centralized and decentralized settings, respectively. Eventually, the collective intelligence of multiple IoT users will be quantitatively evaluated by extracting the group intelligence and examining its impact on the IoT users’ resiliency and network capacity in adversarial settings. Successful implementation of the proposed optimal spectrum access policy based on multidisciplinary techniques will provide secure spectrum sharing mechanisms for the IoT users with practical considerations which enables them to circumvent the adversary and maximize the network capacity.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
研究启动奖为历史悠久的黑人学院和大学的初级和中级教师提供了支持,他们正在构建新的研究计划,或重新指导和重建现有的研究计划。预计该奖项有助于进一步促进教职员工的研究能力和有效性,改善家庭机构的研究和教学,并让本科生参与研究经验。摩根州立大学的奖项支持开发捍卫智能物联网(IoT)设备的系统的研究 - 该项目支持“未来NSF投资的10个大创意之一”,即“在人类技术领域的工作。”该项目的目的是通过设计和开发方案来确保物联网用户的通信,以与有执照的用户共享频谱,同时绕过攻击者,从而最大程度地提高网络容量。首先,将通过设计基于对抗性多臂匪徒的最佳攻击策略和随机变化的反馈图来研究IoT无线通信网络的漏洞。在防御设计范式中,智能的物联网设备将应用新颖的对抗多武器匪徒方法,以进行有效的频道选择和数据传输,同时最大程度地减少通道开关延迟。此外,渠道和电力分配的目标都将集成到一个统一的框架中,以优化物联网用户的功耗。通过随机变化的随机过程来表征无线通道的固有条件,并考虑攻击者和IoT用户是基于学习的,这两个代理会形成在线重复的随机游戏。它旨在使用随机优化方法确定这两种试剂之间的任何可能等效物。此外,使用基于统计因素分析方法的数据驱动方法,物联网设备的鲁棒性将被视为其智能因素的函数。然后,拟议的防御框架将扩展到集中和分散的多用户网络,其中组合在线学习方法和各种碰撞决议技术将分别用于集中式和分散的设置。最终,将通过提取小组智能并检查其对物联网用户在对抗设置中的弹性和网络能力的影响来定量评估多个物联网用户的集体智能。成功实施基于多学科技术的最佳最佳频谱访问政策将为物联网使用者提供安全的频谱共享机制,具有实际的考虑,使他们能够绕开广告并最大程度地提高网络的能力。该奖项反映了NSF的法定任务,并通过使用基础的智力效果和广泛的评估来评估支持NSF的法定任务,并以此为依据。

项目成果

期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Multiuser Scheduling in Centralized Cognitive Radio Networks: A Multi-Armed Bandit Approach
集中式认知无线电网络中的多用户调度:多臂强盗方法
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