Blok Zinciri Üzerinde Akıllı Sözleşmeler Yardımı ile Nesnelerin İnterneti için Kooperatif Spektrum Algılama

Dursun Y. E., Ergül Ö.

3. Uluslararası Lisansüstü Çalışmalar Kongresi, Ankara, Türkiye, 14 - 17 Haziran 2023, ss.857-858

  • Yayın Türü: Bildiri / Özet Bildiri
  • Basıldığı Şehir: Ankara
  • Basıldığı Ülke: Türkiye
  • Sayfa Sayıları: ss.857-858
  • Gazi Üniversitesi Adresli: Evet

Özet

Gelişen teknoloji ve internete bağlı cihaz sayısındaki artış kablosuz haberleşme sistemlerinin veri iletiminde kullandığı frekans spektrumunu verimsiz ve esnek olmayan bir noktaya taşımıştır. Frekans kanalları uluslararası standartlara ve ülke politikalarına göre sınırlı aralıkta belirlendiğinden dolayı mevcut frekansı verimli hale getirmek gerekmektedir. Ayrıca yeni servislerin veya mevcut olanların geliştirilmesi için de boş frekans bantlarına ihtiyaç duyulmaktadır. Bu durumu aşmak için dinamik spektrum tekniklerine dayanan bilişsel radyo teknolojisi geliştirilmiştir. Normal şartlarda, belirlenen bir frekans kanalını sadece birincil kullanıcılar kullanabiliyor iken dinamik spektrum algılama teknikleri ile boş spektrum kanalları tespit edilerek ikincil kullanıcıların hizmetine sunulabilir hale gelmiştir. Spektrum algılama, ağda bulunan düğümlerin kooperasyonları ile performansın artırılabildiği bir işlemdir. Ancak nesnelerin interneti ağlarında bulunan sınırlı kaynaklı sensör düğümlerini bu kooperasyona dahil edecek inisiyatif mekanizmalarına ihtiyaç vardır. Bu çalışmada, nesnelerin interneti ağlarındaki dinamik spektrum algılama işlemlerinin kooperatif yapılabilmesine olanak sağlayan yeni bir yaklaşım geliştirilmiştir. Yapılan yardımlar için “kazanılan”, istenilen yardımlar için ise “harcanan” bir “ağ para birimi” kullanılması düşünülmüştür. Tasarlanan sistemde, belirli bir alana yayılmış sensör düğümleri ağda bulunan diğer düğümlerden boş frekans tespiti için yardım talep etmektedir. Yardım taleplerine alınan yanıtlara göre boş frekanslar kullanılarak veri iletimi gerçekleştirilir. Düğümler tarafından boş frekans spektrumunun algılanması için enerji tabanlı algılama yöntemi kullanılmıştır. Spektrum algılama iş birliği mekanizmasındaki işlemlerin kayıtları ise dağıtık veri tabanı teknolojisine dayanan blok zinciri ağına entegre edilmiştir. Ayrıca sistem akışlarının kontrolü için blok zinciri üzerinde çalışan, yürütülebilir bir kod parçası olan akıllı sözleşmeler kullanılmıştır. Akıllı sözleşme şartlarının yerine getirilmesinden sonra yardım isteyen sensör düğümlerinden, doğru yardımda bulunan sensör düğümlerine doğru ödeme işlemi gerçekleştirilmektedir. Sensör düğümlerinin spektrum algılama yardımı sonrası diğer düğümlere ödemesi gereken bakiyenin yeterli olmadığı durumlar için itibar değerine bağlı borç sistemi geliştirilmiştir. İtibar değerinin hesaplanması için farklı parametreler kullanılmıştır. Her düğüm için hesaplanan itibar değeri, belirlenen eşik değerinin üstünde ise bu düğümler güvenli ve borç alabilir, eşik değerinin altında ise güvenilmez ve borç alamaz olarak sınıflandırılmıştır. Bu çalışmanın amacı, bilişsel radyo teknolojisi sayesinde elde edilen dinamik spektrum kullanımının performansını artırmak için akıllı sözleşmeler ve blok zinciri yapısı kullanan bir inisiyatif mekanizması oluşturmaktır. Bu mekanizma ile nesnelerin interneti ağlarının daha verimli hale getirilmesi, itibar değerine bağlı borç mekanizması ile daha fazla sensörün yardımlaşma mekanizmasına katılımının sağlanması ve ağda bulunan kötü niyetli sensörlerin tespitinin sağlanması hedeflenmiştir. Sonuçlar, kooperatif tabanlı spektrum algılama ve itibara bağlı borç mekanizmasının birlikte kullanımının nesnelerin interneti ağlarında verimi ve güvenliği artırdığını göstermektedir.

The developing technology and the growing number of devices connected to the internet have moved the frequency spectrum used in wireless communication systems for data transmission to an inefficient and inflexible point. Since frequency channels are determined limited range according to international standards and country policies, it is necessary to make the current frequency more efficient. Additionally, empty frequency bands are also needed for the development of new services or existing ones. To overcome this situation, cognitive radio technology based on dynamic spectrum has been developed. Under normal conditions, a designated frequency channel can only be used by primary users, but with dynamic spectrum sensing techniques, empty spectrum channels can be detected and made available to secondary users. Spectrum sensing is a process that can enhance performance through the cooperation of nodes in the network. However, there is a need for initiative mechanisms to engage the limited resource sensor nodes in Internet of Things (IoT) networks in this cooperation. In this paper, a new approach is developed to enable cooperative dynamic spectrum sensing in IoT networks. It is proposed to use a "network currency" called "earned" for the provided assistance and "spent" for the desired assistance. In the designed system, sensor nodes spread over a certain area request assistance from other nodes in the network for empty frequency detection. Data transmission takes place using empty frequencies based on the responses received to the assistance requests. Energy-based detection methods are used by nodes to detect empty spectrum bands. The records of transections in the spectrum sensing cooperation mechanism are integrated into a blockchain network based on distributed database technology. In addition, smart contracts, an executable piece of code that runs on the blockchain, are used to control the system flows. After fulfilling the conditions of the smart contracts, payment transactions are executed from the sensor nodes in need of assistance to the sensor nodes that provided accurate assistance. A debt system based on reputation value has been developed for situations where sensor nodes do not have sufficient balance to make payments to other nodes after spectrum sensing assistance. Different parameters were used to calculate the reputation value. If the calculated reputation value for each node is above the specified threshold, these nodes are classified as trustworthy and can borrow, while if it is below the threshold, they are classified as unreliable and cannot borrow. The aim of this study is to create an initiative mechanism using smart contracts and blockchain structure to enhance the performance of dynamic spectrum utilization achieved through cognitive radio technology. With this mechanism, it is aimed to make the IoT networks more efficient, to ensure the participation of more sensors in the cooperation mechanism with the debt mechanism based on reputation value and to detect malicious sensors in the network. The results demonstrate that the combined use of cooperativebased spectrum sensing and debt mechanism based on reputation value improves efficiency and security in IoT networks.