[en] In this thesis, a Cognitive Radio(CR)-based MAC for Industrial Wireless Sensor and Actuator Network (IWSAN) applications is proposed. IWSANs are typically used for closed-loop control applications, and they demand strict requirements in terms of time and robustness. Low latency and low error rates are required in order not to endanger persons or machinery. Moreover, these applications operate in industrial environments such as factories or transport scenarios (as aeronautics or railway) where multipath fading and shadowing are present due to metal surfaces. Furthermore, interference from other communication systems or industrial machinery is also common in these environments. The proposed MAC, based on the CR paradigm, is capable of ensuring time and robustness requirements in industrial channels. In the process of designing the CR-based MAC for IWSAN applications, a comparison between several non-CR-based MACs and CR-based MACs has been carried out. This comparison, which allows stating the benefits of CR for these applications, is presented in this thesis. The performance of every MAC is determined theoretically using Network Calculus, and it is validated through OPNET simulations. CR solutions, due to their adaptability characteristics, are capable of avoiding interference and ensuring robustness in industrial environments. However, none of the selected MACs are capable of ensuring robustness without comprising time requirements, since interference is avoided but not in a bounded time. On the other hand, the MAC proposed in this thesis is capable of avoiding interference ensuring time and robustness requirements at the same time. This MAC is therefore suitable for IWSAN applications. To ensure a deterministic behavior against interference, a novel handoff algorithm, which detects interference and hops to another channel, has been proposed. This algorithm has been designed to be used jointly with one of the evaluated MACs. The detection of the interference and the hop to another channel is done in a bounded time, because the proposed algorithm detects interference while the system is transmitting. The performance of this proposal is evaluated using Network Calculus and OPNET simulations, and the results are compared with the system without the proposed handoff algorithm. The comparison of the results shows how the evaluated MAC is only capable of ensuring both time and robustness requirements when the proposed handoff strategy is used. Moreover, the spectrum sensing algorithm used to obtain information about the environment is delved and its performance is measured through MATLAB simulations. An energy detector has been chosen due to its simplicity. Also, a cyclostationary Modulation Classifier is presented and a simplification has been carried out allowing its implementation on real hardware. The Modulation Classifier is capable of distinguishing between OFDM, QPSK and GFSK signals. The performance of the algorithm is presented in this thesis for different signals and for different receiver impairments such as frequency offset, DC offset and I/Q imbalance. Finally, a cognitive platform to validate the spectrum sensing algorithms is presented. This platform has been designed using a Xilinx Virtex 6 FPGA by a working group composed of researchers from IK4-Ikerlan and Mondragon Unibertsitatea. The platform, which uses both spectrum sensing algorithms, is an Ethernet-to-RF bridge. It has been designed to replace an Ethernet wired link by a wireless one for IWSAN applications. The proposed platform ensures a reliable communication link against interference. In the proposed implementation, the energy detector is used by the transmitter in order to find a free channel to transmit data, whereas the modulation classifier is used by the receiver in order to distinguish between the signal transmitted by the RF-Ethernet bridge and other signals. In this way the receiver can find the channel where the transmitter is carrying out the communication.

[eu] Tesi honetan proposatzen da Irrati Kognitiboaren (IK) paradigman oinarritutako MAC bat industriako haririk gabeko sentsore eta eragingailuen sareetarako. Sare horiek begizta itxiko kontrol aplikazioetarako erabili ohi dira, denbora eta sendotasunaren aldetik baldintza ugari eskatzen dute eta. Pertsonen osasuna eta makinak arriskuan ez jartzeko, beharrezkoa da sareak latentzia eta hutsegite tasa txikiak bermatzea. Gainera, industri giroetan lan egiteko direnez, esaterako, lantegietan edo garraioetan (trenak, hegazkinak, etab.), sare horiek gai izan behar dira gainazal metalikoek eragiten dituzten ibilbide aniztunaren eta itzal efektuaren ondorioz asko barreiatzen diren kanalei aurre egiteko. Ingurune horien ohiko ezaugarria da, baita ere, beste komunikazio sistema batzuen edo industriako makinen beraien interferentziak egotea. Tesi honetan proposatzen den MACa gai da honelako inguruetan lan egiteko denborari eta sendotasunari dagokienez eskatzen dituen baldintzak ziurtatzeko. IKan oinarrituta haririk gabeko sentsore eta eragingailu industrialen sareetarako MACa diseinatzeko prozesuan, horrelako sareetarako aurkeztu diren hainbat MAC alderatu dira. IKan oinarritutako MACak zein bestelakoak ebaluatu dira, eta IKak aplikazio hauetarako dituen abantailak ezarri dira. Ebaluaziorako Network Calculus erabili da, zeinaren bidez azterketa teoriko bat egin baita, eta azterketaren emaitzak OPNETen simulazioak eginda baliozkotu dira. Emaitzek erakusten dutenez, IKa gai da industriako inguruneetan interferentziak ekidin eta sendotasuna ziurtatzeko. Halere, aukeratu diren MACetatik batek ere ez du lortu baldintza biak, denborari buruzkoa zein sendotasunari buruzkoa, aldi berean ziurtatzea; interferentziak ekidin daitezke, baina ez aplikazioaren denborari buruzko baldintzak arriskuan jarri gabe. Dena dela, proposatu den MACak portaera determinista bat ziurtatzen du interferentziekiko, eta aldi berean denborari eta sendotasunari buruzko baldintzak ere ziurtatzen ditu. Hortaz, MAC hau egokia da sare mota honetarako. Sistemaren portaera determinista ziurtatzeko, handoff algoritmo berritzailea proposatu da, zeina interferentzia bat antzeman eta beste kanal bat igarotzeko gai den. Algoritmo hori aurretik ebaluatutakoa MACetako batekin batera erabiltzeko diseinatu da. Interferentzia antzeman eta beste kanal batera salto egitea denbora jakin batean egiten da, izan ere, sistema transmititzen ari dela antzeman baitaitezke interferentziak. Network Calculusen bitartez eta OPNETeko simulazioen bitartez ebaluatu da sistemaren errendimendua, eta proposatutako eskema erabiltzen ez denean MACak ematen dituen emaitzekin alderatu da. Alderaketa horretatik ondorioztatzen denez, handoff eskemak denborari eta sendotasunari buruzko baldintzak batera ziurtatzeko ahalmena ematen dio MACari. Gainera, tesiak azaltzen du inguruneari buruzko informazioa eskuratzeko MACak erabiltzen duen spectrum sensing algoritmoa, eta bere errendimendua MATLABen simulazioak eginez aztertu da. Bere sinpletasuna dela eta, energia detektore bat aukeratu da asmo honetarako. Modulazio sailkatzaile zikloegonkor bat ere aurkezten da. Sailkapen hori ahalik eta gehien sinplifikatu da benetako hardwarean inplementatu ahal izateko. Modulazioen sailkatzaileak OFDM, QPSK eta GFSK seinaleak bereizi ditzake. Bere errendimendua hargailuan dauden seinale eta akats desberdinetarako zehazten da, esaterako maiztasunaren offset-a,zuzenaren offset-a edo I/Q desorekak. Bukatzeko, spectrum sensing-eko algoritmoak baliozkotzeko erabili den plataforma kognitibo bat aurkezten da. IK4-Ikerlaneko eta Mondragon Unibertsitateko ikertzailez osatutako lantalde batek diseinatu du plataforma hori Xilinxen Virtex 6 FPGA baten oinarrutz. Plataformak spectrum sensing-eko bi algoritmo erabiltzen ditu eta Ethernet-RF zubi bat da. Bere helburua da Etherneteko kable bidezko lotura bat haririk gabeko batekin ordeztea industriako sentsore eta eragingailuen sareetan aplikatzeko. Spectrum sensing-eko algoritmoei esker, plataformak lotura sendoa bermatu dezake interferentziak gertatzen direnean. Energia detektorea transmisorean erabiltzen da informazioa transmititzeko erabilgarri egon daitezkeen kanalak aurkitzeko. Modulazioen sailkatzailea, berriz, hargailuan erabiltzen da transmisorearen seinalea eta egon daitezkeen beste seinale batzuk bereizteko. Horri esker, hargailuak badaki posible diren kanal guztietatik non dagoen transmisorea.