CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ MẠNG VÔ TUYẾN HỢP TÁC
Mạng truyền thông truyền thống
Mạng truyền thông truyền thống, như mô tả trong hình 2.1, hiện đang được sử dụng phổ biến Mạng này hoạt động dựa trên kết nối điểm điểm, trong đó tín hiệu được truyền thẳng từ nguồn phát đến thiết bị nhận, còn được gọi là truyền thông tầm thẳng (LoS).
Hình 2.1: Mô hình mạng truyền thông truyền thống
Mô hình mạng truyền thống gặp khó khăn do tín hiệu chỉ có thể truyền thẳng từ nguồn phát đến thiết bị nhận, trong khi môi trường xung quanh thường phức tạp với địa hình như đồi núi và nhà cao tầng, dẫn đến tín hiệu bị sai lệch Để khắc phục vấn đề này, nhiều kỹ thuật mạng mới đã được nghiên cứu và phát triển.
Trong chương 2 của luận văn, chúng ta khám phá sự ứng dụng của đa dạng vĩ mô (macro diversity) và đa dạng vi mô (micro diversity) nhằm nâng cao chất lượng truyền thông Gần đây, kỹ thuật MIMO (Multiple Input Multiple Output) đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong các mạng truyền thông nhờ vào những ưu điểm vượt trội của nó Tuy nhiên, việc triển khai các mạng truyền thông này lại gặp nhiều khó khăn và tốn kém chi phí.
Mạng truyền thông hợp tác là một kỹ thuật đang được nghiên cứu rộng rãi nhằm cải thiện hiệu suất truyền thông Kỹ thuật này sử dụng các thiết bị riêng lẻ để tạo ra một mô hình phân tập ảo, trong đó các thiết bị hợp tác với nhau để thu tín hiệu và truyền thông qua lại Nhờ vào việc này, chất lượng truyền thông được cải thiện đáng kể nhưng vẫn tiết kiệm chi phí.
Gần đây, mạng truyền thông chuyển tiếp đã xuất hiện như một kỹ thuật mới, mang lại sự cải thiện đáng kể về chất lượng hệ thống với chi phí thấp hơn Trong loại mạng này, tín hiệu được tái truyền bởi một nút chuyển tiếp, giúp cải thiện kênh truyền thông và nâng cao chất lượng tín hiệu.
Mạng truyền thông chuyển tiếp
Mạng chuyển tiếp bao gồm nút nguồn, một hoặc nhiều nút chuyển tiếp và nút đích Dựa vào số lượng nút chuyển tiếp, mô hình mạng có thể được phân loại thành hai dạng chính: hệ thống có một nút chuyển tiếp và hệ thống có nhiều nút chuyển tiếp Trong quá trình truyền thông, tín hiệu từ nguồn được truyền đến đích qua các nút chuyển tiếp, nơi chúng thu nhận, xử lý và chuyển tiếp tín hiệu Tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng, mạng có thể chỉ có một nút hoặc nhiều nút chuyển tiếp, với nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu thành năng lượng điện để phục vụ cho quá trình truyền thông Sự khác biệt giữa mô hình một nút và mô hình đa nút nằm ở việc mô hình một nút chỉ có một nút chuyển tiếp duy nhất nhận và chuyển tiếp thông tin đến đích.
Hình 2.2: Mô hình mạng truyền thông chuyển tiếp đơn chặng
Mô hình mạng nhiều nút chuyển tiếp cho phép tín hiệu được truyền đồng thời đến nhiều nút, từ đó chọn ra nút tối ưu để chuyển tiếp thông tin đến đích Ngoài ra, tất cả các tín hiệu tại các nút chuyển tiếp có thể cùng lúc truyền đến nút đích, nơi mà nút này sẽ thực hiện phép so sánh để đưa ra kết luận tốt nhất cho thông tin nhận được.
Mạng truyền thông đa nút chuyển tiếp đa chặng hoạt động theo nguyên lý truyền tin từ nguồn đến nút chuyển tiếp, nơi thông tin được chuyển đổi thành năng lượng điện để tiêu thụ và tiếp tục được chuyển tiếp đến nút tiếp theo Điểm khác biệt so với mạng đơn chặng là thông tin phải đi qua một hoặc nhiều nút chuyển tiếp khác trước khi đến đích, nhằm tiết kiệm công suất hoặc do khoảng cách truyền xa Hình 2.4 sẽ minh họa rõ ràng quá trình này.
Mạng truyền thông chuyển tiếp đa chặng hoạt động dựa trên nguyên lý cho phép truyền tải thông tin qua nhiều bước Mô hình này có những ưu điểm nổi bật như khả năng mở rộng và tính linh hoạt cao, nhưng cũng tồn tại một số nhược điểm như độ trễ trong truyền tải và yêu cầu về băng thông lớn.
Hiệu suất: trong hệ thống lớn, mô hình này có thể giúp năng lƣợng truyền dẫn giảm xuống, dung lƣợng cao hơn và vùng phủ sóng tốt hơn
Trong mạng truyền thông truyền thống, chất lượng tín hiệu thường bị suy giảm ở các khu vực rìa hoặc nơi có địa hình phức tạp Tuy nhiên, mô hình truyền thông chuyển tiếp giúp cân bằng chất lượng tín hiệu đồng đều ở mọi vị trí trong hệ thống mạng, đảm bảo hiệu suất tối ưu cho người dùng.
Việc triển khai các nút chuyển tiếp trong hạ tầng viễn thông giúp mở rộng phạm vi và chất lượng tín hiệu mà không cần đầu tư vào thiết bị truyền thông đắt đỏ Xây dựng một hệ thống chuyển tiếp được coi là phương án tiết kiệm hơn so với việc xây dựng một hệ thống truyền thông toàn diện, đồng thời chi phí bảo trì và vận hành cũng thấp hơn.
Lập lịch trình phức tạp trong hệ thống nhiều nút chuyển tiếp và người dùng gặp nhiều thách thức, đặc biệt là về lưu lượng người dùng và lưu lượng chuyển tiếp Những lợi ích từ việc chuyển tiếp lớp vật lý sẽ không được phát huy nếu không được xử lý chính xác tại lớp mạng và lớp truy cập trung bình.
Việc sử dụng các nút chuyển tiếp sẽ dẫn đến sự gia tăng nhiễu tại các nút, ảnh hưởng tiêu cực đến hiệu suất của hệ thống.
Thời gian truyền là khoảng thời gian cần thiết để nhận và giải mã toàn bộ dữ liệu gói trước khi tái truyền Độ trễ tín hiệu khi truyền qua từng nút chuyển tiếp sẽ làm tăng thời gian truyền, vì vậy, khi dữ liệu phải đi qua nhiều nút chuyển, thời gian truyền sẽ càng kéo dài.
Việc ước tính kênh truyền vô tuyến trở nên hiệu quả hơn nhờ vào việc sử dụng các nút chuyển tiếp, điều này yêu cầu phải ước tính nhiều hệ số kênh truyền hơn Để đạt được điều này, cần cung cấp thông tin về nhiễu ký tự, đặc biệt khi áp dụng phương pháp điều chế nhất quán.
Việc lựa chọn đối tác: để quyết định việc chuyển tiếp tối ƣu và đối tác để hợp tác là một công việc khá phức tạp
Chi phí phụ gia tăng là điều không thể tránh khỏi khi vận hành một hệ thống hoàn chỉnh, vì nó yêu cầu các yếu tố như chuyển giao, đồng bộ hóa và bảo mật Những yêu cầu này dẫn đến việc phát sinh thêm chi phí so với hệ thống không áp dụng giao thức chuyển tiếp.
Các giao thức chuyển tiếp trong mạng hợp tác
Hai giao thức chuyển tiếp phổ biến thường được sử dụng trong các hệ thống
2.3.1 Khuếch đại và chuyển tiếp (AF)
Khuếch đại và chuyển tiếp (AF) là giao thức truyền tín hiệu cơ bản trong mạng hợp tác, nơi nút chuyển tiếp nhận tín hiệu từ các đối tác và khuếch đại trước khi chuyển tiếp đến nơi nhận Mặc dù nhiễu cũng được khuếch đại trong quá trình này, nhưng nút đích chỉ nhận phiên bản tín hiệu fading độc lập, cho phép nó đưa ra quyết định chính xác hơn trong việc phát hiện thông tin.
Trong phương pháp khuếch đại và chuyển tiếp, nút đích cần nắm rõ hệ số kênh truyền giữa nút nguồn và nút chuyển tiếp để thực hiện mã hóa tối ưu Do đó, việc trao đổi và đánh giá thông tin này phải được tích hợp vào mọi quy trình thực thi.
Hình 2.5: Sơ đồ hệ thống khuếch đại và chuyển tiếp
2.3.2 Giải mã và chuyển tiếp (DF)
Giao thức giải mã và chuyển tiếp được mô tả trong Hình 2.6 nhằm loại bỏ tình trạng khuếch đại tín hiệu nhiễu Tín hiệu sẽ được giải mã và mã hóa lại trước khi truyền đến đích Tuy nhiên, nếu tín hiệu giải mã tại nút chuyển tiếp không chính xác, việc chuyển tiếp đến đích sẽ trở nên vô nghĩa Mặc dù kỹ thuật này có lợi thế hơn phương pháp AF trong việc giảm nhiễu tại nút chuyển tiếp, nhưng nó yêu cầu khả năng phát hiện và sửa lỗi để tránh việc chuyển tiếp tín hiệu lỗi đến đích Điều này làm cho hệ thống trở nên phức tạp hơn trong thiết kế.
Hình 2.6: Sơ đồ hệ thống giải mã và chuyển tiếp
Các kỹ thuật chuyển tiếp trong mạng hợp tác
Kỹ thuật chuyển tiếp đóng vai trò quan trọng trong mô hình chuyển tiếp, bao gồm hai phương pháp chính: chuyển tiếp một chiều (One way relaying) và chuyển tiếp hai chiều (Two way relaying).
Kỹ thuật chuyển tiếp một chiều, như mô tả trong hình 2.7, là phương pháp truyền tín hiệu từ nguồn đến đích Nút chuyển tiếp nhận tín hiệu từ bên truyền và sử dụng một trong các giao thức chuyển tiếp để chuyển tín hiệu này đến bên nhận.
Mạng chuyển tiếp một chiều, như mô tả trong hình 2.7, được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống truyền thông một chiều, mạng cảm biến và mạng phát thanh Trong các ứng dụng này, tín hiệu chỉ cần được truyền đến điểm nhận mà không yêu cầu tín hiệu phản hồi.
Kỹ thuật chuyển tiếp hai chiều cho phép cả hai nguồn S1 và S2 truyền và nhận tín hiệu, như được thể hiện trong hình 2.8 Nút chuyển tiếp sẽ nhận tín hiệu từ hai nguồn và sử dụng giao thức chuyển tiếp để truyền tín hiệu đến hai đích khác nhau Tùy thuộc vào việc sử dụng kỹ thuật bán song công hay song công, có thể phân loại các dạng chuyển tiếp hai chiều thành hai pha, ba pha, và bốn pha.
Hình 2.8: Sơ đồ khối chuyển tiếp hai chiều
Các kỹ thuật tại nút chuyển tiếp trong mạng hợp tác
Trong hệ thống vô tuyến hợp tác, có nhiều chế độ truyền khác nhau để đáp ứng nhu cầu của người sử dụng, bao gồm chế độ truyền đơn công, truyền bán song công và song công.
2.5.1 Chuyển tiếp bán song công
Trong quá trình chuyển tiếp bán song công, tín hiệu được truyền từ bên gửi đến bên nhận theo một hướng duy nhất Nút chuyển tiếp sử dụng một ăng-ten để nhận tín hiệu từ nguồn phát và sau đó chuyển tiếp tín hiệu này đến đích mong muốn.
Mô hình 2.9 trình bày sơ đồ khối của mạng chuyển tiếp bán song công một chiều, trong đó quá trình chuyển tiếp không bị ảnh hưởng bởi sự tự nhiễu giữa các ăng-ten Cấu trúc của mô hình này đơn giản và dễ thực hiện, mang lại hiệu quả cao trong việc tối ưu hóa hoạt động của mạng.
Chương 2 của luận văn chỉ ra rằng tín hiệu truyền đi một chiều hoặc nhận tại một thời điểm duy nhất, dẫn đến hiệu suất phổ chưa được tối ưu hóa cao.
Chuyển tiếp song công là kỹ thuật cho phép truyền và nhận tín hiệu đồng thời thông qua hai ăng-ten tại nút chuyển tiếp, hoạt động trên cùng một dải tần số Tuy nhiên, việc sử dụng đồng thời hai ăng-ten có thể dẫn đến hiện tượng tự nhiễu, ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu.
2 ăng-ten trên cùng một nút
Kỹ thuật chuyển tiếp song công bao gồm hai loại: chuyển tiếp song công một chiều và chuyển tiếp song công hai chiều Chuyển tiếp song công một chiều là quá trình thu năng lượng và truyền tín hiệu đồng thời nhưng chỉ theo một hướng Hình 2.10 minh họa rõ ràng quá trình này, trong đó nguồn và đích chỉ hoạt động theo hướng đã định.
Nút chuyển tiếp với hai ăng-ten riêng biệt chỉ gặp hiện tượng tự nhiễu, trong khi hệ thống chuyển tiếp song công hai chiều cho phép thực hiện đồng thời quá trình trên cả hai hướng Hình 2.11 minh họa rõ ràng quy trình này.
Mô hình này tại mỗi nút đều có hai ăng-ten, hiện tƣợng tự nhiễu xảy ra ở cả 3 nút
Hình 2.10: Sơ đồ khối mạng chuyển tiếp song công một chiều
Hình 2.11: Sơ đồ khối mạng chuyển tiếp song công hai chiều
Sơ đồ khối thu năng lƣợng
Hình 2.12 mô tả sơ đồ thu năng lượng tại nút chuyển tiếp, nơi kỹ thuật thu thập năng lượng được giới thiệu Tín hiệu thu được từ máy thu yR qua ăng-ten được chuyển đổi thành dòng một chiều i DC nhờ bộ chỉnh lưu Dòng điện này được lưu trữ trong mạch điện của nút chuyển tiếp và sử dụng cho quá trình truyền thông tin tới đích.
Các giao thức thu thập năng lƣợng trong mạng hợp tác
Trong lĩnh vực thu thập năng lượng từ nguồn tín hiệu RF, có nhiều giao thức khác nhau được sử dụng Bài viết này giới thiệu ba giao thức đơn giản: Giao thức chuyển đổi thời gian (TSR), Giao thức phân chia công suất (PSR) và Giao thức kết hợp chuyển đổi thời gian và công suất (TPSR).
Giao thức chuyển đổi thời gian (TSR): giao thức này sẽ chuyển đổi khoảng thời gian dùng để thu năng lƣợng riêng biệt với thời gian truyền tin tức
Giao thức phân chia công suất (PSR) là một phương pháp chia tách công suất nhận được tại nguồn thành hai phần riêng biệt: một phần được sử dụng để thu năng lượng và phần còn lại được dùng để thu thập thông tin.
Giao thức kết hợp chuyển đổi thời gian và công suất là sự kết hợp của 2 giao thức TSR và PSR
2.7.1 Giao thức dựa trên chuyển đổi thời gian (TSR) Để thực hiện quá trình này thì quá trình đƣợc chia làm 2 giai đoạn: giai đoạn thu năng lƣợng và giai đoạn truyền thông tin
Cấu trúc giao thức TSR được mô tả qua hình 2.13, trong đó T là tổng thời gian sử dụng cho một lần truyền dữ liệu từ nguồn đến đích Hệ số α, nằm trong khoảng từ 0 đến 1, biểu thị phần chuyển đổi thời gian trong quá trình truyền tải.
Thông tin được truyền từ nguồn đến nút chuyển tiếp, nơi nó sẽ được chuyển tiếp tới đích Toàn bộ năng lượng thu thập trong quá trình thu năng lượng được sử dụng để chuyển tiếp các tín hiệu đến đích.
Sự lựa chọn phần thời gian α cho việc thu thập năng lƣợng tại nút chuyển tiếp ảnh hưởng đến thông lượng đạt được tại đích
Hình 2.14: Sơ đồ khối kỹ thuật TSR
2.7.2 Giao thức dựa trên phân chia công suất (PSR) Để thực hiện quá trình này thì đƣợc chia làm 2 giai đoạn: giai đoạn đầu là truyền từ nguồn tới nút chuyển tiếp, giai đoạn sau là chuyển từ nút chuyển tiếp tới đích
Trong cấu trúc giao thức PSR, công suất trong khoảng thời gian đầu của quá trình truyền tín hiệu được chia thành hai phần Khoảng ρP được sử dụng để thu năng lượng, phục vụ cho việc chuyển tiếp thông tin Trong khi đó, phần công suất (1- ρ)P được dùng để thu thập dữ liệu trong nửa thời gian đầu Thời gian còn lại sẽ được dành cho việc truyền tín hiệu từ nút chuyển tiếp đến nút đích.
Hình 2.16: Sơ đồ khối kỹ thuật PSR
2.7.3 Giao thức dựa trên chuyển tiếp thời gian và công suất (TPSR) Đây là giao thức đƣợc sử dụng bằng cách kết hợp cả 2 giao thức trên Cũng tương tự như giao thức TSR thì T được định nghĩa là khoảng thời gian truyền từ nút nguồn tới nút đích thông qua nút chuyển tiếp và α là thời gian chuyển đổi Với khoảng thời gian đầu αT sẽ đƣợc dùng cho việc xử lý tín hiệu thu đƣợc tại nút chuyển tiếp Trong khoảng thời gian này thì áp dụng nhƣ nửa thời gian đầu của PSR, nó sẽ sử dụng một công suất ρP cho việc thu năng lƣợng và phần công suất còn lại là (1-ρ)P đƣợc sử dụng cho quá trình thu tín hiệu từ nguồn đến nút chuyển tiếp Sau đó phần thời gian (1-α)T sẽ đƣợc dùng cho quá trình truyền tín hiệu từ nút chuyển tiếp tới đích
Hình 2.17: Cấu trúc giao thức TPSR
Hình 2.18: Sơ đồ khối giao thức TPSR
Mạng đa nút chuyển tiếp
Mạng truyền thông đa nút chuyển tiếp bao gồm một nguồn (S), một nút đích (D) và nhiều nút chuyển mạch trung gian Tín hiệu truyền từ nguồn đến đích có thể đi qua nhiều đường khác nhau, yêu cầu lựa chọn thích hợp để đảm bảo tín hiệu đến đúng nút đích.
Hình 2.19: Mô hình mạng đa nút chuyển tiếp
Mô hình mạng đa nút chuyển tiếp, như mô tả trong Hình 2.19, bao gồm một nguồn phát, nhiều nút chuyển tiếp và một nút đích Hệ thống có thể xác định chất lượng kênh truyền và chọn kênh tốt nhất cho truyền thông, gọi là phương pháp lựa chọn tối ưu, hoặc chuyển tất cả dữ liệu tới đích để thực hiện lựa chọn tại đó, được gọi là chuyển tiếp tất cả Mỗi phương pháp có ưu điểm và nhược điểm riêng, và sẽ được phân tích chi tiết ở phần dưới Người dùng có thể chọn phương pháp phù hợp dựa trên mục đích sử dụng.
2.8.1 Phương pháp lựa chọn kênh chuyển tiếp tối ưu
Phương pháp này lựa chọn kênh truyền con có chất lượng tốt nhất trong tất cả các kênh có thể tham gia vào đường truyền, nhằm tạo ra kênh truyền thông hiệu quả giữa nguồn và đích Mô hình của phương pháp được minh họa trong hình.
Phương pháp lựa chọn kênh truyền tối ưu được thực hiện qua các bước sau: Đầu tiên, hệ thống ước lượng thông tin của kênh truyền bằng cách phát một mã kiểm tra cố định từ nguồn tín hiệu đến các nút chuyển tiếp Tại nút chuyển tiếp, tín hiệu nhận được sẽ được so sánh với mã nguồn có sẵn để xác định trạng thái kênh truyền từ nguồn đến nút chuyển tiếp, ký hiệu là S Sau đó, nút chuyển tiếp gửi mã kiểm tra đến nút đích, và tại đây, tín hiệu nhận được sẽ được phân tích để đưa ra thông tin trạng thái của kênh truyền từ nút chuyển tiếp đến đích, ký hiệu là D.
Hệ thống phân tích thông tin trạng thái của kênh truyền để so sánh và chọn nút chuyển tiếp tối ưu Nút chuyển tiếp được chọn sẽ thực hiện việc chuyển tiếp tín hiệu giữa nguồn và đích, trong khi các nút không được chọn sẽ chuyển sang chế độ lý tưởng (chế độ chờ) Quá trình kiểm tra chất lượng hệ thống này có thể được lặp lại sau một chu kỳ cố định nhằm đảm bảo rằng chất lượng hệ thống luôn ở mức tốt nhất.
Có hai phương pháp để chọn kênh truyền tối ưu, bao gồm việc lựa chọn kênh truyền được định nghĩa bởi công thức k = Max min i (γ(Si, Di)), trong đó k là thông số của nút chuyển tiếp tối ưu, và Si, Di là các tham số liên quan.
SNR của kênh truyền từ nguồn đến nút chuyển tiếp và từ nút chuyển tiếp đến đích đóng vai trò quan trọng trong việc lựa chọn kênh truyền tối ưu Định nghĩa kênh truyền tối ưu được đưa ra là k = Max i (γ S i + γ D i) Cả hai phương pháp này đều góp phần cải thiện đáng kể chất lượng truyền thông của hệ thống.
2.8.2 Phương pháp chuyển tiếp tất cả
Trong phương pháp này, tín hiệu tại các nút chuyển tiếp được chuyển tiếp đến đích, tạo thành một tập hợp tín hiệu từ nhiều đường truyền khác nhau Mô hình chuyển tiếp đa nút này được minh họa trong hình 2.21.
Hình 2.21: Sơ đồ khối mạng chuyển tiếp tất cả
Phương pháp này nổi bật với sự đơn giản trong thiết kế và điều khiển các nút chuyển tiếp Tuy nhiên, trong mô hình chuyển tiếp, chất lượng của một kênh chuyển tiếp kém sẽ ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng toàn bộ hệ thống.
Luận văn Chương 2 thống Vì thế tùy vào mục đích sử dụng để đƣa ra một mô hình lựa chọn nút chuyển tiếp tốt nhất [21].
MÔ HÌNH VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG BẢO MẬT
Mô hình kênh truyền và nhiễu cộng tác
Hình 3.1: Mô hình hệ thống liên lạc bảo mật giữa nguồn ( ) và một điểm đến
( ) thông qua một nút chuyển tiếp không tin cậy ( ) với nhiễu cộng tác ở nút đích [22]
Trong mô hình truyền thông, nguồn thông tin (S) gửi dữ liệu đến điểm đích (D) thông qua một nút chuyển tiếp (R) Để bảo vệ tính bảo mật của thông tin, điểm đến D sẽ phát tín hiệu gây nhiễu đến nút R trong khi nguồn S truyền dữ liệu Mỗi nút trong hệ thống hoạt động theo chế độ bán song công và được trang bị một ăng ten Không có liên kết trực tiếp giữa S và D, và hệ số của các kênh giữa hai nút a và b được ký hiệu là g_ab.
Rayleigh fading-block giữa hai nút nhƣ trong [4], [7], [10], [13] Đó là kênh không đổi trên một khe thời gian của chu kì T mà khi đó S truyền tin cho D thông qua R
Công suất kênh đƣợc cho bởi g ab 2 trong đó có phân phối mũ với trung bình ab , tức là:
Khi đó: 2 g ab f x là hàm mật độ xác suất của biến ngẫu nhiên g ab 2 Tôi giả định các kênh giữa R và D đối xứng nhƣ trong [10], [11], [12], [13], [14], tức là
Trong nghiên cứu này, giả định rằng không có thông tin trạng thái kênh (CSI) được sử dụng, trong khi CSI của các kênh S-R và R-D được xác định tại các nút chuyển và điểm đến tương ứng.
Thu thập năng lƣợng và mô hình xử lý thông tin
Các nút chuyển tiếp không tin cậy thu thập năng lượng từ tín hiệu RF để truyền tải thông tin từ nguồn đến đích Để kích hoạt mạch thu năng lượng tại nút chuyển, năng lượng nhận được phải vượt quá ngưỡng tối thiểu Tôi giả định rằng nút chuyển tiếp không có nguồn năng lượng khác và hoàn toàn sử dụng năng lượng thu thập cho việc truyền tải, trong khi năng lượng tiêu thụ bởi mạch truyền nhận là không đáng kể Tôi áp dụng hai kiến trúc máy thu khác nhau tại nút chuyển tiếp để tách năng lượng thu thập riêng biệt với các tín hiệu RF tiếp nhận và xử lý thông tin.
Phân chia năng lượng (PS) là quá trình mà trong đó nút chuyển tiếp sử dụng một phần năng lượng thu nhận được từ nguồn năng lượng thu thập, trong khi phần còn lại được sử dụng cho việc xử lý thông tin.
Chuyển đổi thời gian (TS) là quá trình mà nút chuyển tiếp sử dụng một phần nhỏ khe thời gian để thu hoạch năng lượng, trong khi phần thời gian còn lại được dành cho việc xử lý thông tin và chuyển tiếp dữ liệu.
Hình thức phân chia công suất tại nút chuyển tiếp (PS)
Hình 3.2 minh họa hình thức phân chia công suất trong hệ thống chuyển tiếp không tin cậy có thu thập năng lượng Trong mô hình này, quá trình liên lạc từ nguồn đến đích diễn ra trong khoảng thời gian T, được chia thành hai pha bằng nhau T/2 Ở pha đầu tiên, nguồn truyền thông tin tới nút chuyển tiếp với công suất PS, trong khi điểm đích phát tín hiệu nhiễu với công suất PD để bảo mật thông tin Nút chuyển tiếp sử dụng một phần nhỏ β của công suất nhận được để thu thập năng lượng, trong khi phần còn lại (1 - β) được dành cho xử lý thông tin.
0 1 Trong pha thứ hai, nút chuyển tiếp sử dụng năng lƣợng thu thập đƣợc để chuyển tiếp các thông tin nhận đƣợc đến đích sau khi đã khuếch đại
3.3.1 Thu thập năng lƣợng tại nút chuyển tiếp
Trong hình thức PS nói trên, năng lƣợng thu thập E H đƣợc cho nhƣ [22]:
Trong đó, là hệ số hiệu quả chuyển đổi năng lƣợng, với 0 1, nó phụ thuộc vào các mạch thu thập năng lƣợng của nút chuyển tiếp P g S | SR | 2 và
Công suất P tại nút chuyển tiếp được xác định bởi tín hiệu thông tin từ các nguồn và tín hiệu gây nhiễu từ đích Trong giai đoạn thứ hai của khoảng thời gian T/2, công suất của nút chuyển tiếp được sử dụng để truyền tải thông tin đến điểm đích.
3.3.2 Xử lý thông tin và giao thức chuyển tiếp
Trong pha một, tín hiệu đƣợc nhận y R trong quá trình xử lý thông tin tại nút chuyển tiếp đƣợc cho bởi [22]:
Trong hệ thống truyền thông, x S đại diện cho tín hiệu từ nguồn với đơn vị công suất, x D là tín hiệu nhiễu từ điểm đích, và w R là nhiễu Gaussian trắng cộng (AWGN) tại nút chuyển Giả sử rằng việc phân chia công suất không ảnh hưởng đến công suất nhiễu Dựa vào tín hiệu nhận được, nút chuyển có khả năng giải mã thông điệp nguồn x S Tại nút chuyển, tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SNR) có thể được xác định.
Trong đó, 2 là công suất nhiễu của AWGN w R
Trong pha hai, nút chuyển khuếch đại tín hiệu y R nhận được một hệ số khuếch đại , dựa trên giới hạn công suất của nó, và sau đó chuyển tiếp tín hiệu đến đích Kết quả x R phát đi tại nút chuyển tiếp được mô tả trong tài liệu [22].
Thay (3.4) vào (3.6) và viết lại (3.6) cho tín hiệu nhận đƣợc y D ' tại điểm đích là:
Tại điểm đích, tín hiệu nhiễu AWGN với công suất 2 x D được gửi từ điểm đích đến nút chuyển tiếp trong pha một Điểm đích có khả năng loại bỏ phần nhiễu 1 P g D RD g DR x D từ tín hiệu (3.8) và giải mã thông tin nguồn từ phần còn lại của tín hiệu nhận được Kết quả là tín hiệu nhận được y D tại điểm đến sẽ được cải thiện.
D S SR RD S RD R D y P g g x g w w (3.9) Cuối cùng, thay P H từ (3.3) vào (3.7), và thay từ (3.7) vào (3.9) ta đƣợc
Cụm thứ nhất của vế phải (3.10) biểu thị khối dữ liệu, trong khi cụm hai và ba đại diện cho tổng nhiễu nhận được tại điểm đến Tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SNR) tại điểm đến có thể được diễn đạt như sau:
3.3.3 Bảo mật đường truyền thông qua nút chuyển tiếp không tin cậy
Khi nút chuyển tiếp không đáng tin cậy, tốc độ đạt bảo mật tức thời R sec trong truyền thông cộng tác có thể được xác định như [26].
2 đại điện cho thời gian liên lạc hiệu quả giữa nguồn và đích Cho phần còn lại từ mục 3.3 tôi giả định P S P D P để dễ cho việc phân tích,
Xác suất dừng bảo mật là một chỉ số quan trọng trong việc đánh giá hiệu suất bảo mật, giúp xác định khả năng đạt được tỷ lệ bảo mật mong muốn Đối với mạch thu thập năng lượng của nút chuyển tiếp đang hoạt động, xác suất này có thể được thể hiện như sau [26].
Khi đó Pr kí hiệu cho xác suất, R sec tốc độ đạt bảo mật tức thời cho bởi
(3.12), và R th là tốc độ đạt bảo mật ngƣỡng có thể đạt đƣợc Thay thế SNR R tại (3.5) và SNR D tại (3.11), ta có thể viết lại (3.13) nhƣ sau:
Chúng ta có thể tiếp tục thể hiện xác suất dừng bảo mật trong (3.14) nhƣ đƣợc đƣa ra trong chứng minh 1
Chứng minh 1: Xác suất dừng bảo mật trong hình thức PS có thể đƣợc thể hiện xấp xỉ:
(Chứng minh tham khảo Phụ lục A )
Công thức (3.15) thu đƣợc bằng cách sử dụng làm tròn lên SNR của SNR nhận đƣợc tại điểm đích
Phương trình (3.17) có thể đạt được từ biểu thức được đưa ra trong (3.11) của
SNR D bằng việc bỏ qua cụm
(dựa vào việc loại bỏ 4 khi
SNR lớn) từ mẫu số của (3.11) Việc phân tích xấp xỉ tại (3.17) thì dễ dàng thực hiện hơn là tính chính xác trong (3.14)
Như đã đề cập ở mục 3.2, năng lượng tại các nút chuyển tiếp cần phải vượt quá ngưỡng năng lượng tối thiểu γ H để kích hoạt các mạch thu năng lượng Bằng cách sử dụng kênh đối xứng cho liên kết giữa nút chuyển tiếp và nút đích, ta có thể diễn đạt lại công suất nhận được P R tại nút chuyển.
Khi công suất nhận được P R nhỏ hơn ngưỡng H, mạch thu thập năng lượng tại nút chuyển tiếp sẽ không hoạt động, dẫn đến tình trạng mất nguồn Xác suất xảy ra sự cố mất nguồn năng lượng được biểu diễn bằng Pr P R H .
Chứng minh 2: Ta viết xác suất công suất dừng OP p out , nhƣ sau:
Đối với năng lượng hạn chế của các nút chuyển tiếp không tin cậy, tình trạng dừng bảo mật có thể xảy ra khi năng lượng nhận được không đủ để kích hoạt các mạch thu năng lượng Kết hợp với công thức (3.15), ta có thể xác định tổng xác suất dừng bảo mật OP out S như đã nêu trong tài liệu tham khảo [24].
Với OP out đƣợc cho bởi (3.15)
Thông lƣợng bảo mật có thể đƣợc viết:
Giá trị tối ƣu của hệ số phân chia công suất có thể đƣợc tính: minOP out S arg minOP out S *
Tuy nhiên, biểu thức dạng chính xác cho phần tối ƣu khó lấy đƣợc nên chúng
Hình thức chuyển đổi thời gian tại nút chuyển tiếp (TS)
Hình 3.3 minh họa giao thức chuyển đổi thời gian cho truyền thông bảo mật thông qua nút chuyển tiếp không tin cậy Trong quá trình này, truyền thông giữa nguồn và đích diễn ra qua hai giai đoạn trong khoảng thời gian T Nút chuyển tiếp thu thập năng lượng từ tín hiệu RF trong khoảng thời gian αT (với 0 ≤ α ≤ 1) Năng lượng thu thập được sẽ được sử dụng để chuyển tiếp thông tin từ nguồn đến đích Thời gian còn lại (1 - α)T được chia thành hai khe thời gian bằng nhau.
Trong quá trình truyền thông, nguồn cung cấp thông tin sẽ gửi dữ liệu đến nút chuyển tiếp, nơi dữ liệu được khuếch đại trước khi đến nút đích Trong suốt quá trình này, nút đích có thể phát tín hiệu gây nhiễu, ảnh hưởng đến chất lượng truyền tải từ nguồn đến nút chuyển tiếp.
3.4.1 Thu thập năng lƣợng tại nút chuyển tiếp
Trong hình thức chuyển đổi thời gian, năng lƣợng thu thập E H trong thời gian
Nút chuyển tiếp sử dụng năng lƣợng thu thập này để chuyển tiếp các thông tin nguồn đến đích với công suất:
3.4.2 Giao thức chuyển tiếp và xử lý thông tin
Sau giai đoạn thu hoạch năng lƣợng, nút chuyển tiếp chuyển sang giai đoạn xử lý thông tin, khi đó các tín hiệu nhận đƣợc cho bởi [22]:
Lưu ý: trừ khi có qui ước khác, tất cả các kí hiệu trong phần này tương ứng với phần hình thức phân chia năng lƣợng
Sử dụng tín hiệu nhận đƣợc y R cho trong (3.25) Nút chuyển có thể tìm cách giải mã thông tin nguồn SNR nhận đƣợc tại nút chuyển đƣợc cho:
Nút chuyển chuyển tiếp các tín hiệu nhận đƣợc đến đích sau khi đƣợc khuếch đại đƣợc cho bởi [22]:
Tín hiệu nhận đƣợc tại đích y D ' cho bởi:
Sau khi trừ đi các tín hiệu nhiễu x D , kết quả tín hiệu nhận đƣợc tại nút đích y D trở thành
Thay P H từ (3.27) vào (3.27), và từ (3.27) vào (3.29), ta có thể viết lại tín hiệu nhận đƣợc y D nhƣ sau
Cụm đầu tiên ở phía bên tay phải của (3.30) thể hiện tín hiệu nhận được tại điểm đến, trong khi hai cụm cuối cùng phản ánh tổng nhiễu tại điểm đến Do đó, chúng ta có thể xác định các SNR nhận được tại các nút đích như sau:
(3.31) Đối với phần còn lại của đề tài, tôi giả định P S P D P để dễ phân tích
3.4.3 Bảo mật đường truyền thông qua nút chuyển tiếp không tin cậy Đối với hình thức chuyển đổi thời gian TS Tốc độ đạt bảo mật tức thời đƣợc cho bởi
Khi đó SNR R và SNR D được cho tương ứng trong (3.26) và (3.31), yếu tố
biểu thị thời gian hiệu quả của việc truyền thông tin giữa nguồn và đích
Xác xuất dừng bảo mật
Ta có thể biệu thị xác suất dừng bảo mật nhƣ đƣợc đƣa ra trong chứng minh
Trong hình thức chuyển đổi thời gian TS, khi các mạch thu thập năng lượng hoạt động đồng bộ, xác suất bảo mật có thể được xác định theo công thức (3.15).
Các bước chứng minh tương tự như trong Phụ lục A được áp dụng để xác định xác suất dừng cho hình thức PS trong Chứng minh 1 Do đó, chúng ta sẽ không trình bày chi tiết các chứng minh cho hình thức TS để giữ cho nội dung ngắn gọn.
Lưu ý rằng, trong hình thức TS, xác suất dừng bảo mật dưới mức xấp xỉ SNR được xác định bởi (3.15), dựa trên việc xấp xỉ biểu thức chính xác của SNR D trong (3.31).
Do tính chất đối xứng của kênh, với g RD = g DR, chúng ta đã rút ra được (3.35) từ biểu thức chính xác của SNR tại nút đích được trình bày trong (3.31) bằng cách loại bỏ các cụm không cần thiết.
Trong mẫu số của (3.31), giá trị 4 không đáng kể khi SNR cao Khi xem xét xác suất dừng, tổng xác suất dừng bảo mật có thể được viết như (3.20) Cần lưu ý rằng xác suất dừng cho các hình thức PS và TS là tương đương nhau.
Hình thức không thu thập năng lƣợng tại nút chuyển tiếp
Hình 3.4 minh họa giao thức chuyển tiếp không tin cậy trong truyền thông bảo mật Quá trình diễn ra qua hai pha trong khoảng thời gian T/2 Ở pha đầu tiên, nguồn gửi thông tin với công suất P S đến nút chuyển tiếp, trong khi điểm đích phát tín hiệu nhiễu với công suất P D nhằm bảo vệ thông tin Ở pha thứ hai, nút chuyển tiếp khuếch đại và chuyển tiếp thông tin đến đích Cần lưu ý rằng trong cả hai pha, nút chuyển tiếp được cấp công suất P R để đảm bảo hoạt động hiệu quả.
3.5.1 Xử lý thông tin tại nút chuyển tiếp
Tín hiệu nhận đƣợc trong pha 1 có tại R có thể đƣợc thể hiện nhƣ:
Tín hiệu từ nguồn x S được đo bằng công suất, trong khi tín hiệu nhiễu x D cũng có đơn vị công suất và được gửi từ điểm đích Đồng thời, w R đại diện cho nhiễu Gaussian trắng cộng (AWGN) tại nút chuyển Dựa vào tín hiệu nhận được, nút chuyển có thể áp dụng các phương pháp để giải mã thông điệp từ nguồn x S Từ đó, chúng ta có thể xác định tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SNR) tại nút chuyển.
(3.37) với 2 là công suất nhiễu của AWGN w R
Luận văn Chương 3 Tiếp theo, tín hiệu phát đi tại nút R trong pha 2:
R R x G y (3.38) với hệ số khuếch đại: 2 2
Tín hiệu nhận đƣợc tại D trong pha 2:
Tín hiệu y D tại D được xác định từ công suất AWGD tại D với nhiễu x D do D gửi trong pha 1 Bằng cách loại bỏ các thành phần G P g D RD g DR x D từ phương trình, D có thể giải mã thông tin nguồn từ phần còn lại của tín hiệu nhận được.
D S SR RD S RD R D y G P g g x Gg w w (3.40) thay G vào phương trình (3.40) ta được:
3.5.2 Bảo mật đường truyền thông qua nút chuyển tiếp không tin cậy
Xác suất dừng bảo mật đƣợc cho bởi:
KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
Giới thiệu chương trình mô phỏng
Bảng 4.1: Các tham số mô phỏng
Công suất tín hiệu nhiễu đích P D 40dBm Hiệu suất chuyển đổi năng lượng 0.7
Ngưỡng kích hoạt mạch thu năng lượng H 30dBm[23]
Khoảng cách nguồn - chuyển tiếp d SR 5m Khoảng cách chuyển tiếp – đích d RD 5m
Kết quả mô phỏng
Tỉ lệ phân chia năng lượng β và thời gian thu thập năng lượng α có ảnh hưởng đáng kể đến xác suất dừng bảo mật trong các phương thức phân chia năng lượng PS và chuyển đổi thời gian TS.
4.2.1 Ảnh hưởng của tỉ lệ và
Hình 4.1 minh họa tác động của tỉ lệ phân chia năng lượng trong hình thức phân chia năng lượng PS và thời gian thu thập năng lượng theo hình thức chuyển đổi thời gian TS đến xác suất dừng bảo mật Đặc biệt, trong hình thức PS, việc gia tăng tỉ lệ phân chia năng lượng có thể ảnh hưởng đến hiệu quả bảo mật.
Xác suất dừng bảo mật đạt giá trị tối thiểu khi giá trị ở mức tối ƣu Khi được tăng vượt qua giá trị tối ƣu, xác suất dừng bảo mật sẽ tăng theo Nguyên nhân là do nút chuyển tiếp thu nhận nhiều năng lượng hơn, dẫn đến công suất phát của nút này tăng, qua đó cường độ tín hiệu tại nút đích được cải thiện Tuy nhiên, việc tăng cũng làm giảm cường độ tín hiệu tại nút chuyển tiếp.
Chương 4 của luận văn chỉ ra rằng việc giảm SNR nhận được SNR R sẽ làm tăng tốc độ bảo mật truyền thông và giảm xác suất dừng bảo mật Tuy nhiên, khi giá trị vượt qua mức tối ưu, cường độ tín hiệu nhận được sẽ suy giảm, dẫn đến tác động tiêu cực đến xác suất dừng bảo mật.
Nút chuyển tiếp tín hiệu có khả năng khuếch đại từ tín hiệu yếu, nhưng lại làm giảm tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SNR) tại điểm đích Mặc dù sự gia tăng năng lượng thu thập do tăng β dẫn đến công suất truyền cao hơn ở nút chuyển tiếp, nhưng không thể bù đắp cho sự suy giảm cường độ tín hiệu Hệ quả là mức độ bảo mật của truyền thông nguồn – đích rơi vào trạng thái dừng nhiều hơn, tương ứng với xác suất dừng tăng lên.
Hình 4.1 cũng cho thấy trong hình thức TS khi thời gian thu thập năng lƣợng
Khi giá trị tăng, xác suất dừng bảo mật ban đầu giảm cho đến khi đạt giá trị tối ưu, sau đó bắt đầu tăng khi vượt qua mức tối ưu Sự gia tăng của cho phép nút chuyển tiếp thu thập nhiều năng lượng hơn, từ đó nâng cao công suất truyền phát và tăng SNR tại điểm đích Tuy nhiên, việc tăng cũng làm giảm thời gian xử lý thông tin tại cả nút chuyển tiếp và nút đích Sự giảm thời gian xử lý tại nút chuyển tiếp có hai ảnh hưởng chính: giảm sự tiếp nhận tín hiệu tại nút chuyển tiếp và giảm tiếp nhận tín hiệu tại điểm đích, cả hai đều làm tăng xác suất dừng bảo mật Khi giá trị nhỏ hơn giá trị tối ưu, năng lượng thu thập tại nút chuyển tiếp tăng và xác suất dừng bảo mật giảm Khi vượt qua giá trị tối ưu, tác động của việc giảm thời gian xử lý thông tin trở nên mạnh mẽ, dẫn đến tăng xác suất dừng bảo mật.
Hình 4.2: Hiệu năng bảo mật theo trong hình thức PS
Tỷ lệ chia năng lượng theo hình thức PS ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất xác suất dừng bảo mật Khi gia tăng giá trị , xác suất dừng bảo mật giảm xuống mức tối thiểu, được gọi là xác suất dừng bảo mật tối thiểu Tuy nhiên, nếu tiếp tục tăng vượt qua giá trị tối ưu, xác suất gián đoạn sẽ tăng lên Hơn nữa, việc tăng cũng dẫn đến việc giảm cường độ tín hiệu nhận được tại nút chuyển tiếp, làm giảm SNR tại nút này Điều này có thể làm tăng tỷ lệ bảo mật của đường truyền, nhưng đồng thời cũng giảm xác suất dừng Do đó, cần tính toán cẩn thận giá trị để đảm bảo hiệu năng bảo mật tối ưu.
Hình 4.3 minh họa ảnh hưởng của tỷ lệ chuyển đổi thời gian theo hình thức TS đối với xác suất dừng bảo mật Khi tỷ lệ chuyển mạch nhỏ, sự cố ngừng hoạt động có thể được kiểm tra một cách rõ ràng Tăng giá trị sẽ làm giảm xác suất dừng bảo mật xuống mức tối thiểu, được gọi là xác suất dừng bảo mật tối thiểu Tuy nhiên, nếu giá trị vượt quá mức tối ưu, xác suất dừng sẽ gia tăng Ngoài ra, tốc độ đạt bảo mật ngưỡng cũng ảnh hưởng đến xác suất dừng; tốc độ đạt bảo mật ngưỡng thấp hơn sẽ dẫn đến xác suất dừng tốt hơn.
4.2.2 Ảnh hưởng của tốc độ đạt bảo mật ngưỡng có thể đạt được R th
Hình 4.4 minh họa mối quan hệ giữa tốc độ đạt bảo mật ngưỡng và xác suất dừng bảo mật cho hai hình thức PS và TS Khi tốc độ đạt bảo mật ngưỡng tăng, xác suất dừng bảo mật cũng có xu hướng tăng theo Đặc biệt, hình thức TS thể hiện xác suất dừng thấp hơn hình thức PS ở mức R th thấp (dưới 0.5 bit/s/Hz) Tuy nhiên, khi R th tăng cao hơn, hình thức PS lại cho kết quả xác suất dừng tốt hơn so với hình thức TS.
4.2.3 Ảnh hưởng của tỉ số tín hiệu trên nhiễu SNR
Hình 4.5 minh họa xác suất dừng bảo mật tương ứng với tỷ số tín hiệu trên nhiễu SNR ( /P 2 ) cho hai hình thức PS và TS với công suất nhiễu cố định là 2 10dBm Sự thay đổi của SNR truyền, liên quan đến công suất truyền P, có ảnh hưởng đáng kể đến bảo mật đường truyền Cụ thể, việc tăng SNR truyền không chỉ tăng cường độ tín hiệu thông tin mà còn làm tăng tín hiệu nhiễu jamming từ nút đích Biểu thức SNR thu SNR R tại nút chuyển tiếp được trình bày trong (3.5) và (3.26) cho cả hình thức PS và TS.
Tăng SNR truyền dẫn dẫn đến sự gia tăng SNR R, từ đó nâng cao khả năng giải mã thông tin không tin cậy và làm tăng xác suất dừng bảo mật Đồng thời, năng lượng thu thập tại nút chuyển tiếp cũng tăng lên, bao gồm cả nguồn thông tin và tín hiệu gây nhiễu Khi nút chuyển tiếp khuếch đại và chuyển tiếp tín hiệu tới đích, cường độ tín hiệu tại đích cũng gia tăng nhờ vào sự tăng cường của SNR truyền Như hình 4.5 đã chỉ ra, việc tăng SNR truyền có tác động tích cực đến hiệu suất bảo mật của hệ thống.
4.2.4 Ảnh hưởng của vị trí chuyển tiếp
Hình 4.6: Ảnh hưởng của vị trí nút chuyển tiếp đến xác suất dừng cho hình thức
Hệ số suy giảm đường truyền khác nhau, cụ thể là 2.7 và 4, ảnh hưởng đến xác suất dừng bảo mật tối ưu trong các hình thức PS và TS Hình 4.6 minh họa tác động của vị trí nút chuyển tiếp đối với hiệu suất bảo mật khi thay đổi khoảng cách nguồn - chuyển tiếp d SR, trong khi khoảng cách chuyển tiếp - đích cố định là 10d RD Việc hiểu rõ ảnh hưởng của d SR đến hiệu năng bảo mật là điều cần thiết trước khi phân tích kết quả từ hình 4.6.
Trong chương 4 của luận văn, phân tích về hướng tích cực và tiêu cực cho thấy rằng khi khoảng cách d_SR tăng lên, độ mạnh tín hiệu thông tin nhận được giảm do hệ số suy hao đường truyền cao, điều này không khuyến khích ý định nghe trộm từ nút chuyển tiếp không tin cậy, từ đó nâng cao hiệu suất bảo mật Tuy nhiên, khi d_SR tăng, khoảng cách chuyển tiếp-đích d_RD lại giảm, làm cho tín hiệu gây nhiễu tại nút chuyển tiếp trở nên mạnh mẽ hơn, góp phần tăng cường hiệu suất bảo mật Việc giảm d_RD giúp nút chuyển tiếp gần hơn với điểm đích, dẫn đến lượng năng lượng thu hoạch thấp hơn nhưng vẫn đủ để duy trì giao tiếp tin cậy do giảm suy hao đường truyền Mặc dù sự tiết kiệm năng lượng này là quan trọng, vì năng lượng thu hoạch tại nút chuyển tiếp giảm khi d_SR tăng, nhưng một hiệu ứng tiêu cực cũng xuất hiện: cường độ tín hiệu nhận được tại nút chuyển tiếp giảm theo sự gia tăng d_SR, kéo theo cường độ tín hiệu tại điểm đích cũng giảm, làm giảm tỷ lệ bảo mật và tăng xác suất dừng mật.
Hình 4.6 chỉ ra rằng tác động tích cực của sự gia tăng d SR vượt qua các hiệu ứng tiêu cực của nó, bất kể tốc độ đạt bảo mật ngưỡng R có thể đạt được Cả hai hình thức PS và TS cho thấy xác suất dừng bảo mật tối ưu giảm dần theo sự gia tăng d SR Do đó, vị trí tối ưu của nút chuyển tiếp nên gần với đích đến Tuy nhiên, trong trường hợp truyền thông thu hoạch năng lượng không dây qua một nút chuyển tiếp mà không có ràng buộc bảo mật, vị trí tiếp sức tối ưu lại gần với nguồn Để đảm bảo giao tiếp an toàn, vị trí chuyển tiếp gần với nguồn không được khuyến khích, như thể hiện trong hình 4.6.
4.2.5 Ảnh hưởng của hệ số chuyển đổi Năng lượng
Hình 4.7: Ảnh hưởng của hệ số chuyển đổi năng lượng lên xác suất đừng bảo mật
Hệ số chuyển đổi năng lượng (η) xác định khả năng thu hoạch năng lượng của các nút chuyển tiếp Giá trị cao của η cho phép thu được nhiều năng lượng hơn, từ đó tăng cường công suất truyền của nút chuyển tiếp Kết quả là, SNR (tỷ số tín hiệu trên nhiễu) tại điểm đến được cải thiện, đồng thời giảm xác suất mất dừng bảo mật, như thể hiện trong hình 4.7.
4.2.6 Hiệu năng bảo mật mô hình không thu thập năng lƣợng
