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CPGEI (Mestrado): Rodrigo Tsuneyoshi Kaido-05/02/14

Defesa Pública de Mestrado do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial
Quando 05/02/2014
das 14h00 até 17h00
Onde Sede Central: Sala C301
Nome do Contato Prof. João Luiz Rebelatto
Participantes Prof. João Luiz Rebelatto, Dr. Orientador - UTFPR
Prof. Richard Demo Souza, Dr. Co-orientador - UTFPR
Banca examinadora:
Prof. João Luiz Rebelatto, Dr. Presidente - UTFPR
Prof. Glauber Brante, Dr. - UTFPR
Prof. Marcelo Pellenz, Dr. - PUC-PR
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Codificação de Rede como Alternativa para Aumentar a Segurança na Camada Física em Smart Grids

Resumo: Redes smart grids representam o futuro das redes elétricas. Estes tipos de redes devem ser robustas a flutuações de carga e devem possuir monitoramento e gerenciamento inteligente e em tempo real. Para que essas demandas sejam possíveis, é preciso uma comunicação de dados de alta velocidade, flexível e de baixo custo. Dentro dessas características, muitos autores propõem a utilização de sistemas de comunicação sem fio, os quais possuem um custo de implantação mais baixo que redes ópticas ou cabeadas, além de possuir flexibilidade para rápidas mudanças de topologia, e não apresentarem barreiras em relação aos padrões e equipamentos, o oposto por exemplo ao caso do sistema PLC. Devido à natureza difusora do canal sem fio, segurança nesse tipo de rede é um dos pontos mais críticos, já que um ataque de qualquer natureza pode provocar perturbações e blackouts na rede elétrica, ou gerar problemas de privacidade, na situação em que "escutadores" passivos (eavesdroppers) interceptam mensagens da rede com o intuito de obter algum tipo de benefício. Esta segunda situação, de ataques passivos, será abordada neste trabalho. Além das tradicionais técnicas de criptografia geralmente utilizadas para aumentar a segurança de redes de comunicação, outra área que vem recentemente despertando interesse da comunidade científica é a área de segurança na camada física, a qual é baseada em conceitos da teoria da informação de Shannon. Neste trabalho, utiliza-se as técnicas de codificação de rede para aumentar a segurança na camada física da parte de múltiplo acesso de uma rede de comunicação sem fio, em que dois transmissores possuem informações independentes para um destino em comum, na presença de um eavesdropper. Utilizando-se a probabilidade de outage com restrições de sigilo como métrica, mostra-se através de resultados analíticos e numéricos que o sigilo pode ser aumentado através da codificação de rede, quando comparada com a transmissão direta e com as técnicas de cooperação tradicionais.
Palavras-chave: Segurança na camada física, codificação de rede, comunicação cooperativa, sigilo, smart grids

Network Coding as a Tool to Increase the Physical-Layer Security in Smart Grids

Abstract: Smart grids represent the future of electrical power systems. These kind of networks must be robust to load fluctuations as well as have smart monitoring and management in a real-time fashion. Based on the aforementioned needs, many authors propose the use of wireless communications systems in order to meet these demands, due to their efficient tradeoff between low-cost and high-speed when compared to wired connections such as optical fibers or metallic cables, and, in addition, they are flexible to topology changes and do not have constraints in terms of standards and devices, the opposite for example to the case of PLC. Due to the broadcast nature of the wireless medium, security is one of the critical issues in smart grids since the occurrence of attacks can lead to load fluctuations and blackouts in the electrical system, or generate secrecy problems, in the situation where passive eavesdroppers intercept messages in the network aiming to obtain some kind of benefit. This second case of passive attacks will be addressed in this work. In addition to classical cryptography strategies commonly used to increase the security in communications systems, another area which has been studied by the scientific community is the physical-layer security, which is based on the Shannon's information theory. In this work, we use the network coding technique as a tool to increase the physical-layer security in a multiple access wireless network, where two users have independent information to transmit to a common destination, in the presence of an eavesdropper. By using the secrecy outage probability as the metric, we show through theoretic and numerical results that the network security can be increased through the use of network coding when compared to the direct transmission and traditional cooperative techniques.
Keywords: Physical-layer security, network coding, cooperative communication, secrecy, smart grids

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