The goal of this thesis is the study of stream mining capabilities, applied on streams resulting from the digitization of electromagnetic waves, received within a certain area of the electromagnetic spectrum. This reception is performed by digital receivers called Software Defined Radios (SDRs), which transform the received signal into pairs of numbers. These pairs of numbers are called I/Q data and depict the current status of the received signal, hence the observed area of the spectrum.
In order to achieve the above mentioned goal, software has been developed, written in Java programming language, which includes data mining techniques and aims at the rapid processing of incoming data, without storing it, since it is part of a stream and therefore constantly increases.
Firstly, the I/Q data is been prepared, by going through a FFT algorithm, in order to transform it from the time domain to the frequency one. Afterwards, a frequent item mining process is been executed, to determine areas within the observed spectrum, that contain transmitted radiation.
For each such area found, another I/Q data preparation process is been executed, using a digital filter, in order to isolate the frequencies within the area of interest. Following that, there is a clustering process for certain attributes of the incoming I/Q samples, trying to determine the number of discrete symbols of the modulated signal, if they exist. The result from this process is inserted in a classification process, determining the kind (digital or analog) as well as the basic type of modulation of the signal being analyzed.
The process described was applied on a sample of I/Q data, referring to an area of the VHF band of the electromagnetic spectrum, having a bandwidth of 10 MHz. The results showed transmission areas, most of them being digital.
Στην παρούσα εργασία μελετήθηκε η δυνατότητα εξόρυξης γνώσης από ροές δεδομένων, με πεδίο εφαρμογής ροές που προέρχονται από την ψηφιοποίηση της λήψης ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων από μια περιοχή του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Η λήψη αυτή εκτελείται από ψηφιακούς δέκτες ελεγχόμενους από λογισμικό (Software defined radios – SDRs), οι οποίοι μετατρέπουν το λαμβανόμενο σήμα σε ζεύγη αριθμών. Τα ζεύγη αυτά λέγονται δεδομένα I/Q και περιγράφουν την τρέχουσα κατάσταση του λαμβανόμενου σήματος και κατ’ επέκταση της παρακολουθούμενης φασματικής περιοχής.
Για την επίτευξη των ανωτέρω, αναπτύχθηκε λογισμικό σε γλώσσα προγραμματισμού Java, το οποίο υλοποιεί τεχνικές εξόρυξης, επιδιώκοντας την ταχεία επεξεργασία των εισερχομένων δεδομένων, χωρίς την αποθήκευση τους, αφού προέρχονται από ροή και αυξάνονται συνεχώς.
Αρχικά, προηγείται η προετοιμασία των I/Q δεδομένων, η οποία έγκειται στην είσοδό τους σε έναν αλγόριθμο FFT, για να μετασχηματιστούν από το πεδίο του χρόνου στο πεδίο των συχνοτήτων. Εν συνεχεία, εκτελείται μια διαδικασία εντοπισμού συχνών αντικειμένων (frequent item mining), δηλαδή συχνών στοιχειωδών περιοχών συχνοτήτων, για τον καθορισμό περιοχών του παρακολουθούμενου φάσματος, που παρουσιάζουν εκπομπή ακτινοβολίας.
Για κάθε τέτοια περιοχή που εντοπίζεται, προηγείται εκ νέου μια διαδικασία προετοιμασίας των αρχικών δεδομένων I/Q, με χρήση ενός ψηφιακού φίλτρου, ώστε να απομονωθούν οι συχνότητες της περιοχής ενδιαφέροντος. Εν συνεχεία, εκτελείται μια διαδικασία συσταδοποίησης (clustering) παραμέτρων των εισερχομένων δειγμάτων I/Q, η οποία προσπαθεί να καθορίσει το πλήθος των εκπεμπομένων συμβόλων του σήματος. Με το αποτέλεσμα αυτής, εκτελείται μια κατηγοριοποίηση (classification) για τον καθορισμό του είδους (αναλογικό ή ψηφιακό), καθώς και του βασικού τύπου διαμόρφωσης του αναλυόμενου σήματος.
Η ανωτέρω διαδικασία εφαρμόστηκε σε δείγμα δεδομένων I/Q, το οποίο αντιστοιχεί σε περιοχή του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος στη μπάντα των VHF, εύρους 10 MHz. Εντοπίστηκαν περιοχές εκπομπών, οι οποίες, μετά από ανάλυση, βρέθηκαν να είναι στην πλειοψηφία τους ψηφιακές.
Περιέχει: σχήματα, εικόνες, πίνακες
