92 Anais2.1. Ciclo CognitivoA capacida<strong>de</strong> cognitiva <strong>de</strong> um CR habilita interações, em tempo real, com seu ambienterádio para <strong>de</strong>terminar os melhores parâmetros <strong>de</strong> transmissão. As tarefas necessáriaspara operar <strong>de</strong> forma adaptativa formam o chamado ciclo cognitivo [Akyildiz et al.2006], mostrado na Figura 2. As três fases do ciclo cognitivo proposto por [Akyildiz etal. 2006] são Sensoriamento Espectral, Análise Espectral e Decisão Espectral.Na fase <strong>de</strong> Sensoriamento Espectral, o CR monitora o espectro eletromagnético eproduz informações sobre as faixas <strong>de</strong> frequência, tais como tipo <strong>de</strong> usuário que a estáutilizando (PU, SU ou nenhum) e RSR. Tais informações são úteis na fase <strong>de</strong> AnáliseEspectral, a qual é responsável por gerar a lista <strong>de</strong> previsão <strong>de</strong> disponibilida<strong>de</strong> doscanais, com base em uma lista <strong>de</strong> informações das faixas <strong>de</strong> frequência e um banco <strong>de</strong>dados <strong>de</strong> utilização das faixas <strong>de</strong> frequência. Por fim, a fase <strong>de</strong> Decisão Espectral<strong>de</strong>termina a faixa <strong>de</strong> frequência e <strong>de</strong>mais parâmetros a serem utilizados na transmissão,utilizando as informações das fases anteriores.Figura 2. Ciclo Cognitivo. Adaptado <strong>de</strong> [Akyildiz et al. 2006]O ciclo cognitivo proposto por [Akyildiz et al. 2006] limita as mudanças dosparâmetros <strong>de</strong> transmissão (faixa <strong>de</strong> frequência, potência <strong>de</strong> transmissão, estratégia <strong>de</strong>modulação, etc.) apenas em face <strong>de</strong> mudanças no ambiente rádio. Entretanto, conformeé citado no início <strong>de</strong>sta Seção, um CR precisa alterar seus parâmetros <strong>de</strong> transmissãotambém em virtu<strong>de</strong> <strong>de</strong> mudanças nos requisitos <strong>de</strong> QoS da aplicação, nos recursosdisponíveis para o dispositivo ou na política <strong>de</strong> utilização do espectro com o objetivo <strong>de</strong>maximizar os requisitos <strong>de</strong> QoS da aplicação.Os trabalhos <strong>de</strong> [Akyildiz et al. 2006] e [Doyle 2009] são baseados na suposição<strong>de</strong> que todos os CR têm por objetivo apenas a maximização <strong>de</strong> sua utilização espectral.No entanto, em um ambiente hostil, on<strong>de</strong> existem CR maliciosos cujo objetivo é causar
II Workshop <strong>de</strong> Re<strong>de</strong>s <strong>de</strong> Acesso em Banda Larga 93danos aos <strong>de</strong>mais, como a diminuição ou o impedimento <strong>de</strong> suas transmissões e/ourecepções, as abordagens mencionadas po<strong>de</strong>m acarretar na utilização ineficiente doespectro. Dado que o aumento da eficiência na utilização do espectro é uma dasprincipais propostas da tecnologia <strong>de</strong> CR, mitigar os efeitos dos ataques <strong>de</strong>stes usuáriosmaliciosos é <strong>de</strong> importância crítica para a implantação <strong>de</strong>sta tecnologia.3. Re<strong>de</strong>s <strong>de</strong> Petri Coloridas <strong>de</strong> Alto NívelCPN (Coloured Petri Nets ou Re<strong>de</strong>s <strong>de</strong> Petri Coloridas) é uma linguagem gráfica paraconstruir mo<strong>de</strong>los <strong>de</strong> sistemas concorrentes e analisar suas proprieda<strong>de</strong>s [Jensen andKristensen 2009]. CPN <strong>de</strong> alto nível são CPN que permitem a utilização <strong>de</strong> umalinguagem <strong>de</strong> programação <strong>de</strong> alto nível em sua linguagem gráfica. CPN <strong>de</strong> alto nívelpossibilita a mo<strong>de</strong>lagem <strong>de</strong> eventos discretos e fornece a notação gráfica, bem como asprimitivas básicas para mo<strong>de</strong>lar a comunicação, concorrência e sincronização emsistemas.Vários trabalhos utilizam CPN <strong>de</strong> alto nível para mo<strong>de</strong>lagem <strong>de</strong> sistemas. Comoexemplos temos [Ramchandani, 1974], que mo<strong>de</strong>la e analisa o <strong>de</strong>sempenho <strong>de</strong> sistemasque consistem <strong>de</strong> componentes que agem simultaneamente como um processadorpipeline assíncrono, e [Van <strong>de</strong>r Aalst 1994], que discute o uso <strong>de</strong> CPN <strong>de</strong> alto nível nocontexto <strong>de</strong> gerenciamento <strong>de</strong> workflows.O mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong> um sistema utilizando CPN <strong>de</strong> alto nível é orientado a estados e aações [Jensen and Kristensen 2009]. Ele <strong>de</strong>screve os estados do sistema bem como asações que causam as mudanças <strong>de</strong> estado. A partir da execução <strong>de</strong> simulaçõesinterativas ou automáticas em um mo<strong>de</strong>lo CPN <strong>de</strong> alto nível, é possível investigardiferentes cenários e explorar comportamentos distintos do sistema para validar oucorrigir erros do mo<strong>de</strong>lo.Neste trabalho utiliza-se as CPN <strong>de</strong> alto nível como ferramenta <strong>de</strong> mo<strong>de</strong>lagempara formalizar e validar uma arquitetura proposta <strong>de</strong> CR que contempla a SegurançaEspectral. Esta ferramenta foi escolhida para este trabalho por permitir a verificação <strong>de</strong>proprieda<strong>de</strong>s em mecanismos a eventos discretos (sistemas predicado-ação conformeprevisto), simulação <strong>de</strong> eventos concorrentes (Sensoriamento Espectral e DecisãoEspectral em paralelo) e validação <strong>de</strong> comportamentos gerais do sistema, como aescolha das melhores quantida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> canais <strong>de</strong> controle e dados em um cenário <strong>de</strong>ataque <strong>de</strong> interferência, o que não é totalmente possível com as alternativas tradicionais<strong>de</strong> simulação.Existem várias ferramentas disponíveis para o trabalho com CPN, entre elas,po<strong>de</strong>mos citar o HPSim, o ARP (Analisador/Simulador <strong>de</strong> Re<strong>de</strong>s <strong>de</strong> Petri) e o CPNtools. Neste trabalho optou-se por utilizar o CPN tools porque, além <strong>de</strong> ser gratuita, écaracterizada pelo fácil aprendizado, excelente documentação na Internet, inclusive comtutoriais, e ser uma ferramenta <strong>de</strong> conhecimento pela comunida<strong>de</strong> acadêmica [Ratzer etal. 2003]. Neste software, os estados são mo<strong>de</strong>lados como lugares (places) e as açõessão mo<strong>de</strong>lados como transições (transitions).Além <strong>de</strong>stas vantagens, CPN tools disponibiliza uma forma gráfica <strong>de</strong> observaras entradas e saídas dos componentes do sistemas, possibilitando validações dosresultados.