Nghiên Cứu Sự Đánh Đổi Giữa Bảo Mật Và Xác Suất Dừng Của Mạng Chuyển Tiếp Đa Chặng M2M Trong Môi Trường Vô Tuyến Nhận Thức Dạng Nền (tt)

Nghiên Cứu Sự Đánh Đổi Giữa Bảo Mật Và Xác Suất Dừng Của Mạng Chuyển Tiếp Đa Chặng M2M Trong Môi Trường Vô Tuyến Nhận Thức Dạng Nền (tt)Nghiên Cứu Sự Đánh Đổi Giữa Bảo Mật Và Xác Suất Dừng Của Mạng Chuyển Tiếp Đa Chặng M2M Trong Môi Trường Vô Tuyến Nhận Thức Dạng Nền (tt)Nghiên Cứu Sự Đánh Đổi Giữa Bảo Mật Và Xác Suất Dừng Của Mạng Chuyển Tiếp Đa Chặng M2M Trong Môi Trường Vô Tuyến Nhận Thức Dạng Nền (tt)Nghiên Cứu Sự Đánh Đổi Giữa Bảo Mật Và Xác Suất Dừng Của Mạng Chuyển Tiếp Đa Chặng M2M Trong Môi Trường Vô Tuyến Nhận Thức Dạng Nền (tt)Nghiên Cứu Sự Đánh Đổi Giữa Bảo Mật Và Xác Suất Dừng Của Mạng Chuyển Tiếp Đa Chặng M2M Trong Môi Trường Vô Tuyến Nhận Thức Dạng Nền (tt)Nghiên Cứu Sự Đánh Đổi Giữa Bảo Mật Và Xác Suất Dừng Của Mạng Chuyển Tiếp Đa Chặng M2M Trong Môi Trường Vô Tuyến Nhận Thức Dạng Nền (tt)Nghiên Cứu Sự Đánh Đổi Giữa Bảo Mật Và Xác Suất Dừng Của Mạng Chuyển Tiếp Đa Chặng M2M Trong Môi Trường Vô Tuyến Nhận Thức Dạng Nền (tt)Nghiên Cứu Sự Đánh Đổi Giữa Bảo Mật Và Xác Suất Dừng Của Mạng Chuyển Tiếp Đa Chặng M2M Trong Môi Trường Vô Tuyến Nhận Thức Dạng Nền (tt)Nghiên Cứu Sự Đánh Đổi Giữa Bảo Mật Và Xác Suất Dừng Của Mạng Chuyển Tiếp Đa Chặng M2M Trong Môi Trường Vô Tuyến Nhận Thức Dạng Nền (tt)

1 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Gần đây, nhà nghiên cứu nước quốc tế dành quan tâm đặc biệt đến kỹ thuật bảo mật lớp vật lý (tên Tiếng Anh: Physical Layer Security) [1-3] Bảo mật lớp vật lý (PLS) kỹ thuật đơn giản, sử dụng tính chất vật lý kênh truyền khoảng cách, thông tin trạng thái kênh truyền để đạt hiệu bảo mật Đây lý mà Học viên chọn tên đề tài liên quan đến hướng nghiên cứu “Bảo mật lớp vật lý” Để nâng cao hiệu mạng truyền thông vô tuyến, mạng chuyển tiếp (Relay Networks) thật trở thành kỹ thuật hiệu ngày trở nên phổ biến [4] Thật vậy, mạng chuyển tiếp mở rộng vùng phủ sóng, tăng độ tin cậy cho việc truyền liệu thông qua truyền/nhận khoảng cách ngắn, giảm công suất phát so sánh với việc truyền trực tiếp nguồn đích Gần đây, mạng chuyển tiếp áp dụng cách có hiệu nhằm nâng cao hiệu bảo mật hệ thống truyền thông vô tuyến [5]-[6] Hơn nữa, tác giả tài liệu tham khảo [7]-[8] xem xét mơ hình bảo mật lớp vật lý mơi trường chuyển tiếp đa chặng Bởi mạng chuyển tiếp sử dụng để nâng cao hiệu bảo mật hệ thống, lý để Học viên tìm hiểu, đề xuất đánh giá hiệu mạng chuyển tiếp đa chặng “Bảo mật lớp vật lý” Trong vài thập kỷ gần đây, tốc độ phát triển mạng truyền thông vô tuyến (wireless communications) tăng trưởng cách nhanh chóng Thơng tin vơ tuyến phát triển mạnh mẽ, phục vụ số lượng ngày tăng thiết bị thông minh Tuy nhiên, đôi với phát triển ngày nhanh công nghệ, cạn kiệt nguồn tài nguyên phổ tần vấn đề khơng thể tránh khỏi Bởi băng tần tài ngun hữu hạn, đòi hỏi nhà nghiên cứu nhà đầu tư phải đưa giải pháp hiệu để giải vấn đề Năm 1999, Mitola đề xuất phương pháp với tên gọi Cognitive Radio (tạm dịch Vô tuyến Nhận thức) [9] Trong kỹ thuật này, người sử dụng phổ tần phân thành hai nhóm: nhóm sơ cấp (Primary) nhóm thứ cấp (Secondary) Những người dùng thuộc nhóm thứ (người dùng sơ cấp) cấp phép sử dụng phổ tần người dùng có quyền sử dụng băng tần lúc Trong đó, người dùng nhóm thứ cấp khơng có quyền sử dụng tần số, người dùng sử dụng tần số chúng không bị chiếm dụng người dùng sơ cấp người dùng sơ cấp chia phổ tần phần phổ tần cho người dùng thứ cấp Một mơ hình chia phổ tần thu hút nhiều quan tâm nhà nghiên cứu mơ hình chia phổ tần dạng (Underlay) [10]-[12] Trong mơ hình Underlay, người dùng thứ cấp sử dụng phổ tần lúc với người dùng sơ cấp, miễn can nhiễu tạo từ hoạt động người dùng thứ cấp đến người dùng sơ cấp phải nhỏ mức giới hạn cho phép Tuy nhiên, người dùng thứ cấp cố gắng sử dụng cách hiệu phổ tần chia sẻ việc bảo mật hệ thống chưa nhận quan tâm cách đầy đủ Đó lý mà Học viên mong muốn nghiên cứu vấn đề bảo mật (lớp vật lý) mạng vô tuyến nhận thức dạng Ngày nay, mạng truyền thông M2M (mobile-to-mobile) dành nhiều quan tâm Trong mạng M2M, thiết bị đầu cuối thiết bị di động, ví dụ thiết bị máy móc di chuyển, xe hơi, sensor chuyển động Các thiết bị chuyển động trang bị để giao tiếp với sóng vô tuyến Việc sử dụng công nghệ vô tuyến nhận thức cho truyền thông M2M [13]-[15] hướng nghiên cứu Đây lý cuối không phần quan trọng, việc định hướng hướng nghiên cứu đề tài theo chủ đề “nóng” Mục đích nghiên cứu Tìm hiểu ngun tắc hoạt động mơ hình chuyển tiếp đa chặng Tìm hiểu khái niệm bảo mật lớp vật lý vô tuyến nhận thức dạng Tìm hiểu kênh truyền fading mạng M2M Tìm hiểu hiệu xác suất dừng xác suất chặn nút nghe Đưa mô hình đề xuất Đánh giá hiệu mơ hình đề xuất thơng qua cơng cụ tốn học Sử dụng mô Monte Carlo để kiểm chứng công thức toán học Lấy kết biện luận đặc tính hệ thống Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Xét mơ hình mạng vơ tuyến chuyển tiếp đa chặng M2M môi trường vô tuyến nhận thức dạng PU1 PU T0 T1 PU N TM 1 Nguồn TM Đích E Nút Nghe Lén Kênh Chính Kênh Nghe Lén - Giao Thoa Vơ tuyến nhận thức dạng Chuyển tiếp đa chặng (Multi-hot Relaying) Chia sẻ tần số dạng (Underlay Spectrum Sharing) Bảo mật lớp vật lý (Physical Layer Security) Sự đánh đổi bảo mật xác suất dừng Mạng truyền thông M2M Phương pháp nghiên cứu - Khảo sát luận văn báo có hướng nghiên cứu - Đánh giá hiệu mơ hình khảo sát cơng cụ tốn học Cụ thể, đưa biểu thức toán học đánh giá xác suất dừng xác suất giải mã thành công nút nghe - Sử dụng phương pháp mô Monte Carlo để kiểm tra xác công thức lý thuyết Cấu trúc luận văn Nội dung luận văn thực cụ thể gồm chương: Chương – Tổng quan mạng chuyển tiếp đa chặng, bảo mật lớp vật lý, mơ hình kênh truyền mạng chuyền thông M2M Chương – Đề xuất mơ hình hệ thống, xây dựng biểu thức SNR cho kênh thơng tin kênh nghe lén, mơ hình kênh truyền Reyleigh fading, đánh giá OP IP Chương – Mô đánh giá kết 4 CHƯƠNG : LÝ THUYẾT TỔNG QUAN 1.1 Mạng chuyển tiếp 1.2 Mạng truyền thông M2M 1.2.1 Giới thiệu mạng truyền thông M2M Ngày nay, mạng truyền thông M2M ngày dành nhiều quan tâm phát triển ngày mạnh mẽ Trong mạng M2M, thiết bị đầu cuối thiết bị di động kết nối để truyền tín hiệu Ví dụ thiết bị máy móc di chuyển, xe cộ, thiết bị cảm biến chuyển động thiết bị di động cầm tay Nói chung ngày may thiết bị cơng nghệ cao thiết kế chở thành thành phần mạng truyền thông M2M 1.2.2 Mạng IoT Mạng lưới vạn vật kết nối Internet Mạng lưới thiết bị kết nối Internet viết tắt IoT (tiếng Anh: Internet of Things) kịch giới, mà đồ vật, người cung cấp định danh riêng mình, tất có khả truyền tải, trao đổi thông tin, liệu qua mạng mà không cần đến tương tác trực tiếp người với người, hay người với máy tính IoT phát triển từ hội tụ công nghệ không dây, công nghệ vi điện tử Internet 1.3 Vơ tuyến nhận thức 1.3.1 Giới thiệu Hình 1.1 : Phổ sử dụng phổ truy cập động biểu diễn miền thời gian tần số 1.3.2 Các mơ hình vơ tuyến nhận thức - Mơ hình chia sẻ tần số (Overlay) - Mơ hình dạng (Underlay) - Mơ hình xen kẽ (Interweave) Trong mơ hình vơ tuyến nhận thức dạng nền, nút phát thứ cấp phải điều chỉnh công suất phát cho thoả mãn mức giao thoa định mức tối đa quy định mạng sơ cấp Khi mạng sơ cấp có nhiều nút, cơng suất phát tối đa mà nút phát thứ cấp Tm  m  1, 2, , M  1 sử dụng đưa tương tự tài liệu [8, công thức (8)]: PT  m Ith  max  Tm PU n n  1, 2, , N  , (1.1) Rồi thì, nút phát Tm phải điều chỉnh cơng suất phát để thoả mãn điều kiện (1): PTm   I th , max   T PU  n 1,2, , N m (1.2) n đây,      1 hệ số điều khiển công suất phát nút Tm Nếu   có nghĩa Tm sử dụng cơng suất phát tối đa đạt để truyền liệu 1.4 Bảo mật lớp vật lý 1.4.1 Giới thiệu Hình 1.2 : Mơ hình bảo mật lớp vật lý Dung lượng bảo mật hệ thống tính sau : Csec  max  0, CSD  CSE  CSD  CSE , CSD  CSE  CSD  CSE 0, (1.3) 1.4.2 Các thông số đánh giá bảo mật lớp vật lý Xác suất dừng bảo mật (Secrecy Outage Probability (SOP)) : SOP=Pr  Csec  Cth  (1.4) Xác suất dung lượng bảo mật khác không (Probability of Non-zero Secrecy Capacity (PNSC)) tính sau : PNSC  Pr  Csec  0  Pr  CSD  CSE  0 (1.5)  Pr  CSD  CSE  Dung lượng bảo mật trung bình: giá trị trung bình dung lượng bảo mật: Csec  E Csec  , (1.6) với E  toán tử kỳ vọng toán học Xác suất dừng (OP) xác suất mà dung lượng Shannon kênh liệu nhỏ ngưỡng xác định trước: OP=Pr  CSD  Rth  (1.7) Xác suất chặn hay xác suất mà nút nghe giải mã thành cơng liệu nghe định nghĩa sau: IP=Pr  CSE  Rth  (1.8) Hình 1.3: Sự đánh đổi IP/OP kênh truyền fading Rayleigh 1.5 Tổng quan đề tài chọn đề tài 1.6 Các nghiên cứu liên quan CHƯƠNG : MƠ HÌNH HỆ THỐNG 2.1 Mơ hình hệ thống PU1 PU T0 PU N T1 TM TM 1 Nguồn Đích E Nút Nghe Lén Kênh Chính Kênh Nghe Lén Kênh Giao Thoa Hình 2.1 : Mơ hình hệ thống khảo sát Trong mục này, thành phần mơ hình hệ thống giới thiệu Thật vậy, hình 2.1 mơ tả mơ hình hệ thống giao thức đề xuất, nút nguồn thứ cấp T0 muốn gửi liệu đến nút đích thứ cấp TM Do khoảng cách xa nguồn đích, nút nguồn T0 phải thuê mượn nút chuyển tiếp T1 , T2 , …, TM 1 để gửi liệu đến đích Xét nút phát thứ cấp Tm  m  0,1, , M  1 , đưa tài liệu [8, công thức (8)], công suất phát nút phải thoả mãn điều kiện sau: I max (2.1) Pm  max  g m, n  n 1,2, , N Từ công thức (2.1), công suất phát Pm  Tm đưa dạng sau:  I max max n 1,2, , N g  (2.2) m, n Trong công thức (2.2),  số    2.2 Xây dựng biểu thức SNR cho kênh thông tin kênh nghe Xét truyền liệu chặng thứ k  k  1, 2, , M  hai nút Tk 1 Tk Tỷ số (SNR) nhận nút Tk biểu diễn sau:: Pk 1hk N0 Thay (2.2) vào (2.3), tỷ số SNR viết lại sau: k  (2.3) k   I max max n 1,2, , N hk hk  Q max N G g  k 1,n  k 1 (2.4) Trong công thức (2.4), ký hiệu sử dụng là: I Q  max , Gkmax 1  max  g k 1, n  n 1,2, , N N0 (2.5) Tương tự (2.4), tỷ số SNR nhận E chặng thứ P l  I max lk lk k  k 1 k   Q max N0 Gk 1 max  g k 1, n  N k là: (2.6) n 1,2, , N Bởi nút chuyển tiếp sử dụng phương thức giải mã chuyển tiếp, tỷ số SNR tồn trình kênh thông tin đưa theo công thức sau [20, phương trình (5)]:  hk  (2.7)  e2e   k    Q max  k 1,2, , M k 1,2, , M  Gk 1  Do đó, dung lượng Shannon đạt kênh thông tin đưa sau: 1 CD  log 1   e2e   log    k  (2.8) k 1,2, , M M M Ty số SNR lớn từ chặng đặc trưng cho khả nghe nút E:  lk  (2.9) max  max k   max  Q max  k 1,2, , M k 1,2, , M G k 1   Do đó, dung lượng lớn kênh nghe tính bởi:   lk   1 CE  log 1  max   log 1  max  Q max   (2.10)  k  1,2, , M M M  Gk 1    2.3 Sự đánh đổi báo mật lớp vật lý chất lượng dịch vụ   Về mặt toán học, xác suất dừng mơ hình đề xuất sau: OP  Pr  CD  Rth   Pr  Pr    k    k 1,2, , M Trong công thức (2.11), ký hiệu  k 1,2, , M   k   2MR th  1 (2.11) định nghĩa sau:   2MRth  (2.12) Ngược lại với xác suất dừng xác suất nghe thành công (xác suất chặn IP) nút nghe Xác suất viết sau: (2.13) IP  Pr  C  R   Pr max     E th  k 1,2, , M k  Từ công thức trên, ta nhận thấy có đánh đổi xác xuất dừng (OP) xác suất chặn (IP) 2.4 Mơ hình kênh truyền Rayleigh fading Rayleigh fading đôi Độ lợi kênh truyền X Y theo phân bố fading Rayleigh đôi đưa sau [29]: (2.14)    1 Hàm phân phối tích luỹ (CDF) hàm mật độ xác suất (PDF)   đưa sau: F1  x    exp  1 x  , F  x    exp  2 x  , f1  x   1 exp  1 x  , F  x   2 exp  2 x  (2.15) Trong công thức (2.15), 1  nghịch đảo giá trị trung bình   , nghịch đảo độ lệch chuẩn biến ngẫu nhiên này: 1 1   , E  1 Var  1 (2.16) 1 2   , E   Var   Trong cơng thức (2.16), E  tốn toán tử kỳ vọng toán học Var  tử phương sai (variance) Từ công thức (2.14), hàm CDF  xây dựng sau:   x   x F  x   Pr  1  x   Pr     0 F1   f  u  du  u   Sử dụng cơng thức (2.15), ta viết lại F  x  dạng sau: (2.17)   x   F  x    1  exp  1    exp  2 u  du u    (2.18)  x      exp  1  exp   u  du u  Để tính tích phân cơng thức (2.18), ta cần sử dụng bảng tích phân [23] Thật vậy, sử dụng công thức (3.324.1) [23], ta đạt 10     F  x    12 xK1 12 x    xK1  x (2.19) Trong công thức (2.19), K1 . hàm Bessel biến đổi loại 2, bậc [23],  xác định sau:   12 (2.20) Dựa vào công thức (2.19), ta viết hàm CDF biến ngẫu nhiên hk lk sau:  xK    x  Fhk  x    D, k xK1 D, k x , Flk  x    E, k Trong công thức (2.21), D,k E, k E,k (2.21) tham số hk lk , xác định công thức (2.20) Xét độ lợi kênh truyền g m, n nút thứ cấp Tm nút sơ cấp PU n , kênh truyền hai nút kênh fading Rayleigh nên g m,n biến ngẫu nhiên có phân phối mũ [xem [24]-[26]] Sử dụng (2.15), hàm CDF PDF g m ,n viết sau: Fgm ,n  x    exp  P, k x  , f gm,n  x   P, k exp  P, k x  (2.22) Tiếp theo, định nghĩa công thức (2.5) Hàm CDF Gkmax 1 thiết lập sau: FGmax  x   Pr  Gkmax 1  x   Pr k 1  max  g n 1,2, , N N N n 1 n 1 k 1, n   x (2.23)   Pr  g k 1, n  x    Fgk 1,n  x  Sử dụng hàm CDF (2.22), ta có:  FGmax  x    exp  P, k 1 x  k 1 Bằng cách đạo hàm theo f Gmax  x   FGmax  x  k 1 x k 1  N (2.24) x , ta có hàm PDF Gkmax 1 sau:   N P, k 1 exp  P, k 1 x   exp  P, k 1 x   Khai triển nhị thức Newton cho  exp  P, k 1 x  N 1  N 1 t 0 t N 1 (2.25) , ta có: f Gmax  x     1 CNt 1 N P, k 1 exp    t  1 P, k 1 x  k 1  (2.26) 11 2.5 Đánh giá OP IP 2.5.1 Tính xác OP Việc đầu tiên, ta cần viết lại công thức (2.11) dạng sau: OP   Pr   k    k 1,2, , M     Pr  M k 1 k   M    1  Pr   k     (2.27) k 1 Kết hợp với công thức (2.4), ta có:   hk    Pr   k     Pr  Q max     Pr  hk  Gkmax 1  Q    Gk 1      Fhk  y  f Gmax  y  dy  Q  k 1 Trong cơng thức (2.28), với cơng thức (2.2.1) ta có:       Fhk  y    D, k yK1  D, k y  Q Q Q    (2.28)    (2.29)   k yK1 k y  Q k  D,k (2.30) Thay (2.26) (2.29) vào cơng thức (2.28), ta có: N 1 Pr   k        1 CNt 1 N P, k 1 t 0 t     k yK1 k y exp    t  1 P, k 1 y  dy  (2.31) TP1 Bây giờ, xét tích phân TP1 cơng thức (2.31); đặt z  k y , ta có:  z2 y  k   dy  y dz  z dz  k k2  Do đó, tích phân TP1 viết lại sau: (2.32) 12 TP1    k k2   t  1 P, k 1  z K1  z  exp   z  dz k2       0 z K1  z  exp    k z 2 (2.33)  dz Trong công thức (2.33),  k định nghĩa sau: k   t  1 P,k 1 k2 (2.34) Sử dụng công thức (6 631.3) bảng tích phân [23] (với   2,   1,   k   ), ta có tích phân TP1 sau:     (2.35) exp  W1,    k  8 k   4k  Trong công thức (2.35), Wa ,b  c  hàm Whittaker [23] Dựa vào [23, TP1  k cơng thức (9 222.1)], ta có:      t  t  (2.36) W 1 exp   exp     0  dt 1, k 1 t  8 k   k   k  Hơn nữa, tích phân cơng thức (2.36) tính sau:  t  t     t  t  0  t exp   4k  dt  0  t exp   k  dt      t  t  exp   exp    dt  0  dt 1 t  4k   4k  (2.37)       k  exp   E1    4k   4k  Trong công thức (2.37), hàm E1 . định nghĩa sau (xem [23]): E1  x     x exp  t  dt t        exp     exp     E1   k   8 k   k  8k   k Tiếp đến, thay kết (2.39) vào (2.40), ta có:     1 TP1   2 exp   E1   k k 4k k  k   k  W 1, (2.38)   (2.39)  Do đó, xác suất Pr  k    cơng thức (2.31) tính : (2.40) 13 N 1    t Pr   k        1 CNt 1 N  P,2 k 1  P,2k 12 exp  t 0  k k 4k k  k     E1     k   (2.41) Thay (2.41) vào (2.27), ta đạt : M OP    1  Pr   k     k 1       t  N 1      1 CNt 1 N  P,2 k 1  P,2k 12 exp   E1  k 1   k  k 4k  k  4k   4k  t 0 2.5.2 Tính xác IP Theo định nghĩa IP cơng thức (2.13), ta có: M IP  Pr  max        Pr  max      k 1,2, , M k k 1,2, , M           (2.42) k M    Pr k    (2.43): k 1   lk    Pr k     Pr  Q max     Pr  lk  Gkmax 1  Q    Gk 1      Flk  y  f Gmax  y  dy  Q  k 1 Trong công thức (2.44) nhờ vào công thức (2.21):       Flk  y    E, k yK1  E, k y  Q Q Q    (2.44)    (2.45)    k yK1  k y Tương tự cơng thức (2.14), ta đưa biểu thức tường minh tính xác xác suất Pr k    sau: N 1       t Pr k        1 CNt 1 N  P,2 k 1  P,2k 12 exp   E1   t 0   k  k 4 k  k  4 k   4 k   (2.47) Trong công thức (2.47),  k định nghĩa sau: k   t  1 P,k 1  k2 Thay (2.47) vào (2.43), ta đạt được: (2.48) 14 M IP    Pr k    k 1     t  N 1    1    1 CNt 1 N  P,2 k 1  P,2k 12 exp      k 1   k k k k  4 k  t 0 M       E1       k     (2.49) CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN 3.1 Mô Monte Carlo Trong Chương này, kết mô thực để kiểm chứng kết phân tích xây dựng Chương Các kết mô thực phần mềm MATLAB [27] sử dụng phương pháp Monte Carlo Hình 3.2: Kiểm chứng hàm CDF công thức (2.20) mô Monte Carlo Trong code trên, hai biến ngẫu nhiên có phân phối Rayleigh h1 h2 tạo ra, randn(.,.) hàm Matlab tạo biến ngẫu nhiên có phân phối Gauss chuẩn với giá trị trung bình phương sai Như đề cập tài liệu [24] – [26], biên độ abs(h1)^2 abs(h2)^2 có phân phối mũ với tham số đặc trưng OM (  ) Do đó, biến ngẫu nhiên Y, Y= abs(h1)^2*abs(h2)^2, có phân phối fading Rayleigh đơi Trong hình vẽ 3.1, kết mơ (Sim) trùng với kết lý thuyết (Theory), điều kiểm chứng xác hàm CDF đưa 15 Trong mô phỏng, giả sử thông số đặc trưng kênh thông tin, kênh nghe kênh giao thoa đồng nhất, cụ thể D, k  D , E, k  E , P, k  P , với k  1, , M 3.2 Kết phân tích mơ Hình vẽ 3.2 3.3 vẽ giá trị xác suất dừng (OP) xác suất chặng (IP) hàm ngưỡng giao thoa tối đa I max (dB) Trong hình vẽ này, thơng số thiết lập sau: D  1/ 5, E  10, P  10, M  3, N  Rth  Hình 3.3: Xác suất dừng (OP) hàm I max (dB) Hình 3.4 : Xác suất chặn (IP) hàm I max (dB) 16 Hình 3.5: Xác suất dừng (OP) hàm N Hình 3.6: Xác suất chặn (IP) hàm N Hình vẽ 3.4 3.5 vẽ giá trị xác suất dừng (OP) xác suất chặng (IP) theo gia tăng số lượng nút sơ cấp N Trong hai hình vẽ này, thơng số thiết lập sau: D  1/10, E  5, P  5, M  4,   0.5 I max  5dB Các hình vẽ 3.6 3.7 khảo sát ảnh hưởng số chặng lên hiệu hệ thống Trong hai hình vẽ này, thông số thiết lập sau: E  2, N  2,   Rth  I max  5dB Đối với giá trị tham số đặc trưng kênh thông tin D , giá trị thiết lập sau: D  1/ M  (tương tự [28] – [30]) Hình vẽ 3.6 cho ta thấy xác suất dừng OP giảm tăng số lượng chặng Điều giải thích sau: số lượng chặng tăng lên, giá trị D giảm, dẫn đến giá trị trung bình chặng tăng xác suất dừng tồn trình giảm Đối với giá trị IP, hình 3.7 cho thấy IP giảm theo tăng số chặng Nguyên nhân số 17 chặng tăng dung lượng kênh nghe giảm lúc dung lượng phải chia cho hệ số M lớn (xem công thức (2.10)) Từ hình vẽ 3.6 3.7, ta thấy giá trị OP giảm P , giá trị IP ngược lại Đó P nghịch đảo giá trị trung bình nút phát thứ cấp nút sơ cấp: P lớn giá trị trung bình kênh truyền nhỏ, dẫn đến công suất phát nút phát thứ cấp lớn nên giá trị OP hệ thống giảm kéo theo giá trị IP tăng Cuối cùng, quan sát từ 02 hình vẽ này, ta thấy kết mô lý thuyết kiểm chứng lẫn Hình 3.7: Xác suất dừng (OP) hàm M Hình 3.8: Xác suất chặn (IP) hàm M 18 Trong hình vẽ 3.8, giá trị OP IP vẽ theo hệ số điều khiển công suất  M  3, N  1, D  1/12, P  1,   1, Rth  I max  10dB Hình vẽ 3.8 cho ta thấy, máy phát thứ cấp điều khiển hệ số  để đạt độ tin cậy truyền liệu (OP thấp), đảm bảo bảo mật thông tin Trong thực tế, hầu hết thông số cố định thay đổi Và số chặng nguồn đích phụ thuộc vào tuyến chọn, tham số đường truyền D , P E tham số bên ngồi hệ thống khơng thể thay đổi tham số này, số nút sơ cấp N yếu tố bên ngồi), việc điều khiển hệ số công suất   công việc khả thi để đạt cân chất lượng dịch vụ bảo mật Hình vẽ 3.9 diễn đạt rõ đánh đổi OP IP Các thơng số hình vẽ M  3, N  1, E  2, P  2,   0.75 Rth  Các giá trị I max đưa bảng 4.1 Thật vậy, giá trị IP giảm theo tăng OP ngược lại Đồ thị IP/OP hình 3.9 phục vụ tốt cho việc thiết kế hệ thống Ví dụ, giá trị mong muốn OP  0.1 , ta thấy giá trị IP 0.89 0.49 D  1/ D  1/10 Hình vẽ cho ta thấy giá trị D ảnh hưởng lớn đến hiệu hệ thống Thật vậy, với giá trị OP, giá trị IP lại lớn D  1/ Hình 3.9: Xác suất dừng (OP) xác suất chặn (IP) hàm  19 Hình 3.10: Sự đánh đổi bảo mật xác suất dừng Bảng 3.1: Giá trị I max hình vẽ 3.9 OP Imax (dB) D  1/ Imax (dB) D  1/10 10-1.0 9.5130 10-1.2 12.1280 10-1.4 14.6450 10-1.6 17.0910 10-1.8 19.4850 10-2.0 21.8380 1.5550 4.1700 6.6860 9.1330 11.5260 13.8800 3.3 Các kết đạt Các kết đạt luận văn tóm tắt sau: - Nghiên cứu hệ thống chuyển tiếp đa chặng vơ tuyến nhận thức dạng nền, cơng suất phát thiết bị phát thứ cấp phải thoả mãn giao thoa định mức quy định mạng sơ cấp - Nghiên cứu mơ hình bảo mật lớp vật lý phương pháp nâng cao hiệu bảo mật - Nghiên cứu đánh đổi bảo mật thông tin chuyển tiếp thông tin mạng vô tuyến nhận thức dạng Khảo sát mô kênh truyền fading Rayleigh kênh fading Rayleigh có chuyển động thiết bị đầu cuối - Mơ mơ hình đề xuất đánh giá thông số hiệu hệ thống xác suất dừng kênh thông tin xác suất chặn kênh nghe 20 - - - Đề xuất phương pháp sử dụng hệ số điều khiển công suất nhằm đạt hiệu chuyển tiếp liệu (xác suất dừng mong muốn) xác suất chặn thấp Đưa biểu thức toán học dạng tường minh đánh giá thông số hiệu hệ thống Tất biểu thức toán học kiểm chứng mô Monte Carlo Đưa kết mơ tả đặc tính hệ thống đề xuất Từ đó, đưa giải pháp thiết kế hệ thống 3.4 Kết luận Luận văn nghiên cứu vấn đề bảo mật mạng chuyển tiếp đa chặng M2M vô tuyến nhận thức dạng Đóng góp luận văn xây dựng mơ hình, đưa biểu thức toán học đánh giá hiệu xác suất dừng kênh thông tin hiệu xác suất chặn nút nghe Hơn nữa, biểu thức toán học đưa dạng tường minh kiểm chứng thơng qua mơ máy tính Các kết cho thấy có đánh đổi bảo mật thông tin độ ổn định việc truyền liệu Để nâng cao hiệu hệ thống trước công nút nghe lén, phương pháp hiệu sử dụng là: - Sử dụng truyền thông đa chặng với số chặng đủ lớn để giảm xác suất dừng giảm khả nghe - Sử dụng hệ số điều khiển công suất cách hiệu quả: vừa đạt giá trị xác suất dừng mong muốn tối thiểu hoá khả nghe nút nghe 3.5 Hướng phát triển đề tài Đề tài luận văn phát triển theo hương sau: - Xem xét kênh truyền tổng quát kênh fading Nakagami-m hay kênh fading Rician, v.v - Xem xét môi trường vô tuyến nhận thức dạng với nhiều nút nghe xuất mạng thứ cấp - Nghiên cứu mơ hình tạo nhiễu nhân tạo nhằm giảm khả giải mã liệu nút nghe - Nâng cao chất lượng dịch vụ kênh thơng tin cách nghiên cứu mơ hình chuyển tiếp đa chặng đa đầu vào đa đầu (MIMO) Khảo sát hiệu bảo mật khác hệ thống xác suất dừng bảo mật, xác suất dung lượng bảo mật khác dung lượng bảo mật trung bình  ... tin cách nghiên cứu mơ hình chuyển tiếp đa chặng đa đầu vào đa đầu (MIMO) Khảo sát hiệu bảo mật khác hệ thống xác suất dừng bảo mật, xác suất dung lượng bảo mật khác dung lượng bảo mật trung... văn nghiên cứu vấn đề bảo mật mạng chuyển tiếp đa chặng M2M vơ tuyến nhận thức dạng Đóng góp luận văn xây dựng mơ hình, đưa biểu thức toán học đánh giá hiệu xác suất dừng kênh thông tin hiệu xác. .. vơ tuyến chuyển tiếp đa chặng M2M môi trường vô tuyến nhận thức dạng PU1 PU T0 T1 PU N TM 1 Nguồn TM Đích E Nút Nghe Lén Kênh Chính Kênh Nghe Lén - Giao Thoa Vô tuyến nhận thức dạng Chuyển tiếp