Forenet mod jammere:Forskere udvikler en mere sikker metode til datatransmission

Mottoet "forenede står vi, splittet vi falder" har fundet ny anvendelse i en usandsynlig disciplin - cybersikkerhed.

Maskiner – fra simple som en personlig computer til en kompleks som en selvkørende bil – skal transmittere information for at kunne behandle dem. En selvkørende bil, for eksempel, er designet til at indsamle den samme slags information, som en menneskelig chauffør kan, og svare naturligt. Fra lyskryds til andre bilers adfærd, den selvkørende bil skal fornemme og behandle information hurtigt og sikkert for at kunne beslutte sig for en handling:bremsning, dreje, og muligvis redde liv.

Men hvad hvis der er en anden, modstridende signal i blandingen, bringe kommunikationen i fare? Et forskerhold baseret på University of Illinois i Urbana-Champaign har udviklet en metode til potentielt at undgå afbrydelser forårsaget af disse signaler, kaldet jammere.

Undersøgelsen blev offentliggjort i januarudgaven af IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica (JAS) , en fælles publikation af IEEE og Chinese Association of Automation.

"Evnen til at overføre data fra en kilde til en destination pålideligt i nærvær af modstridende indgreb, såsom jamming, er af afgørende betydning og bekymring, "sagde hovedforfatter Tamer Basar.

Basar er Swanlund-begavet formand for afdelingen for elektro- og computerteknik og direktør for Center for Advanced Study ved University of Illinois i Urbana-Champaign.

"Prototypen introduceret i papiret fanger scenarier, der opstår i mange anvendelsesområder, såsom fjernmålingssystemer, netværksstyrede systemer, og cyberfysiske systemer, " sagde Basar.

For eksempel, en sensor indsamler information over en periode og sender dataene til et beslutningscenter, der skal arbejde for nøjagtigt at behandle de originale data. Dataene kan blive beskadiget, da de skal kodes før beslutningscentret og afkodes bagefter. Tidsbegrænsninger og begrænsede energiressourcer komplicerer sagerne yderligere. For yderligere at komplicere problemer, en jammer kan stoppe alt ved bogstaveligt at jamme systemet med en frådseri af støj.

"Sensoren, indkoderen, og dekoderen handler i forening, mod et fælles mål, der henviser til, at en jammer fungerer på en måde, så den modvirker handlingerne fra de første tre, " sagde Basar.

Forskerne grupperede de tre stykker sammen, bestående af en aktør i systemet, arbejder på at imødegå jammerens handlinger. Ved at få alle tre stykker til at fungere som ét, de annoncerer samtidig deres politikker vedrørende information.

Det er forskellen mellem at kommunikere via en brevdue eller en telefon. En person skal binde en besked til duens ben, duen skal rejse, og modtageren skal hente beskeden fra duen. Så skal modtageren svare og gentage processen omvendt. Meddelelsen kan gå tabt eller beskadiget på flere punkter. Hvis de samme mennesker tog telefonen, det er langt mere sandsynligt, at de kunne beslutte sig for et handlingsforløb sammen med minimal indblanding.

Når sensoren, koder, og dekoder arbejder sammen, de forpligter sig til deres næste handlinger sammen. De blokerer ikke jammeren helt, men jammeren har ikke mulighed for at afbryde arbejdet og forårsage en væsentlig fejl, da skuespillerne kommunikerer frem og tilbage.

Kaldet en Stackelberg feedback-løsning, denne hierarkiske manøvre gør det muligt for systemet at forpligte sig til at behandle information baseret på et sæt forud beregnelige tærskler, som afhænger af tid og antallet af tilbageværende transmissionsmuligheder. Jammeren er udeladt af hensyn som sensoren, encoder, og dekoder bestemmer sammen hvad, hvordan, og hvornår der skal behandles.

Selvom det er effektivt, løsningen er i øjeblikket begrænset til en kanal. Det håber forskerne at ændre på.

"Vores mål er at udvide modellen introduceret i papiret til mere komplekse systemer, giver mulighed for mere generelle kildeprocesser, flere sensorer, flere kanaler, og sensorer, der er udstyret med en energihøster, der har potentialet til at genopbygge sensorens brugte energi baseret på tilfældig tilgængelighed af sådanne ressourcer - såsom sol- eller vindkraft, " sagde Basar.