Đánh giá hiệu năng bảo mật hệ thông DSSC sử dụng năng lượng thu thập vô tuyến (tt)

Đánh giá hiệu năng bảo mật hệ thông DSSC sử dụng năng lượng thu thập vô tuyến (Luận văn thạc sĩ)Đánh giá hiệu năng bảo mật hệ thông DSSC sử dụng năng lượng thu thập vô tuyến (Luận văn thạc sĩ)Đánh giá hiệu năng bảo mật hệ thông DSSC sử dụng năng lượng thu thập vô tuyến (Luận văn thạc sĩ)Đánh giá hiệu năng bảo mật hệ thông DSSC sử dụng năng lượng thu thập vô tuyến (Luận văn thạc sĩ)Đánh giá hiệu năng bảo mật hệ thông DSSC sử dụng năng lượng thu thập vô tuyến (Luận văn thạc sĩ)Đánh giá hiệu năng bảo mật hệ thông DSSC sử dụng năng lượng thu thập vô tuyến (Luận văn thạc sĩ)Đánh giá hiệu năng bảo mật hệ thông DSSC sử dụng năng lượng thu thập vô tuyến (Luận văn thạc sĩ)Đánh giá hiệu năng bảo mật hệ thông DSSC sử dụng năng lượng thu thập vô tuyến (Luận văn thạc sĩ)Đánh giá hiệu năng bảo mật hệ thông DSSC sử dụng năng lượng thu thập vô tuyến (Luận văn thạc sĩ)Đánh giá hiệu năng bảo mật hệ thông DSSC sử dụng năng lượng thu thập vô tuyến (Luận văn thạc sĩ)

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - NGUYỄN THỤY BẢO LINH ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG BẢO MẬT CỦA HỆ THỐNG DSSC SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG THU THẬP VÔ TUYẾN CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG MÃ SỐ: 8520208 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ TP.HCM - 2018 Luận văn hoàn thành tại: HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS VÕ NGUYỄN QUỐC BẢO Phản biện 1: TS Nguyễn Thanh Bình Phản biện 2: PGS TS Hồ Văn Khương Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ Học viện Công nghệ Bưu Viễn thơng Vào lúc: ngày 06 tháng 01 năm 2018 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện Học viện Công nghệ Bưu Viễn thơng MỞ ĐẦU Ngày nay, mà mạng thông tin vô tuyến xâm nhập sâu rộng trở thành công cụ đắc lực lĩnh vực đời sống kinh tế - xã hội an ninh - quốc phòng vấn đề bảo mật an tồn thơng tin mạng thông tin vô tuyến hệ ngày tỏ rõ tầm quan trọng Do tính chất quảng bá kênh truyền, người sử dụng không dây trái phép phạm vi giao tiếp nghe giải mã tín hiệu truyền đi, dẫn đến bảo mật thông tin cho hệ thống thông tin vô tuyến vấn đề quan trọng đầy thử thách Bảo mật lớp vật lý khai thác đặc điểm kênh không dây nhằm cung cấp truyền liệu bảo mật Gần đây, bảo mật lớp vật lý thu hút nhiều nghiên cứu quan tâm lớn Công nghệ “truyền thông hợp tác” năm gần nhà nghiên cứu quan tâm có phương án triển khai cho công nghệ mẻ tương lai gần Cùng với công nghệ “vô tuyến thông minh”, “truyền thông hợp tác” sở tốt để nhà sản xuất lựa chọn phương thức truyền thông cho công nghệ 5G tương lai Trong mạng 5G, mạng truyền thông vạn vật (Internet of Things) thành phần thiếu mà hệ thống cảm biến vơ tuyến kết nối với Việc đảm bảo lượng cho hệ thống cảm biến triển khai rộng với nhu cầu sử dụng liên tục thử thách lớn Việc sử dụng nguồn lượng lưu trữ từ pin, acquy có thời gian hoạt động giới hạn khó thay nạp lại lượng điều kiện khó khăn địa hình hiểm trở mơi trường độc hại khí hậu khắc nghiệt Những khó khăn thúc đẩy nhà khoa học nghiên cứu, tìm giải pháp thay nguồn lượng hữu hạn đáp ứng nhu cầu sử dụng công nghệ thu thập lượng cho hệ thống vô tuyến đời Trong luận văn này, học viên nghiên cứu đánh giá hiệu bảo mật hệ thống kết hợp chuyển giữ phân bố DSSC có sử dụng lượng thu thập vô tuyến Bố cục luận văn chia làm chương sau: Chương - Lý thuyết tổng quan Tìm hiểu tổng quan kỹ thuật DSSC, kỹ thuật thu thập lượng bảo mật lớp vật lý mạng vô tuyến Chương - Đánh giá hiệu bảo mật hệ thống DSSC sử dụng lượng thu thập vô tuyến Mô tả mơ hình hệ thống đề xuất, phân tích đánh giá hiệu bảo mật hệ thống Chương - Kết mô thảo luận Trong chương này, học viên sử dụng phương pháp mô MonteCarlo phần mềm Matlab để để kiểm chứng phần tính toán đưa chương Chương - Kết luận hướng phát triển đề tài Chương nêu vấn đề luận văn làm được, đề xuất hướng phát triển luận văn Chương - LÝ THUYẾT TỔNG QUAN 1.1 Các nghiên cứu liên quan 1.2 Tổng quan kỹ thuật kết hợp chuyển giữ phân bố DSSC 1.2.1 Giới thiệu kỹ thuật phân tập 1.2.2 Các kỹ thuật phân tập thu kết hợp 1.2.3 Kỹ thuật kết hợp chuyển giữ phân bố DSSC Để đạt phân tập khơng gian thông qua sử dụng truyền chuyển tiếp khái niệm đầy hứa hẹn gần phát triển để thay cho kỹ thuật phân tập phổ biến, đặc biệt truyền nhận từ nhiều ăng-ten không khả thi Đối với trường hợp sử dụng nút chuyển tiếp, số giao thức hợp tác đề xuất Trong số đó, giao thức gọi "relaying incremental"- “Chuyển tiếp gia tăng” cho xác suất dừng thấp cách sử dụng phản hồi từ nút đích để kích hoạt nút chuyển tiếp chất lượng kênh nguồn - đích khơng đủ cao Tuy nhiên, theo giao thức cần phải có kết hợp tỷ số tối đa (MRC) nút đích, điều làm cho việc xây dựng hệ thống khó thực trường hợp đòi hỏi phần cứng có độ phức tạp thấp Kỹ thuật SC sử dụng cho hệ thống truyền tín hiệu liên tục cần có giám sát SNR để theo dõi liên tục SNR nhánh Để tránh việc sử dụng giám sát nhánh, gây phức tạp cho hệ thống, người ta dùng kỹ thuật đơn giản “Threshold Combining” Với kỹ thuật này, cần giám sát SNR nhánh theo SNR nhánh vượt ngưỡng “  th ” chọn nhánh Khi SNR nhánh chọn có SNR xuống thấp ngưỡng cho trước thu chuyển sang nhánh khác Có nhiều tiêu chí cho thu lựa chọn nhánh thu tốt cách đơn giản thu chuyển sang nhánh thu SNR nhánh chọn xuống thấp ngưỡng Khi hệ thống có nhánh thu ta gọi kỹ thuật “Switch and stay Combining” - SSC Do tính chất phân bố (distributed) hệ thống truyền thông cộng tác nên kỹ thuật SSC truyền thông cộng tác gọi kỹ thuật kết hợp chuyển giữ phân bố (distributed Switch and stay combining (DSSC)) Đặc điểm kỹ thuật DSSC không sử dụng kết hợp nút đích Phân tập khơng gian đạt cách sử dụng phản hồi thích hợp gửi nút đích 1.2.4 Mơ hình kỹ thuật DSSC 1.2.4.1 Điều kiện chuyển liên kết thu 1.2.4.2 Xác suất sử dụng liên kết 1.2.4.3 Hiệu hệ thống sử dụng DSSC Xác suất dừng (Outage Probability - OP) xác suất mà chất lượng tín hiệu kênh truyền giảm mức ngưỡng chất lượng quy định, SNR tín hiệu giảm mức SNR cho phép, dung lượng kênh nhỏ ngưỡng cho trước hay tỉ số bit lỗi BER vượt tỉ số BER cho phép hệ thống Dung lượng kênh truyền liên kết trực tiếp: CSD  log 1   SD  (1.8) Xác suất dừng liên kết trực tiếp:   Pr  CSD  Rth   Pr  SD  2Rth  (1.9) Dung lượng kênh truyền liên kết chuyển tiếp: CSRD  log 1   SRD  Xác suất dừng liên kết chuyển tiếp:   Pr  CSRD  Rth   Pr  SRD  22 Rth  (1.10) (1.11) -Theo Định lý Bayes, Xác suất dừng hệ thống lấy tổng từ trường hợp sau: Trường hợp 1: Đang sử dụng nhánh trực tiếp (giữ lại nhánh trực tiếp)  dl Pr   SD   th ,  SD  2Rth  1 (1.12) Trường hợp 2: Đang sử dụng nhánh trực tiếp (chuyển nhánh)  dl Pr   SD   th ,  SRD  22 Rth  1 (1.13) Trường hợp 3: Đang sử dụng nhánh chuyển tiếp (giữ lại nhánh chuyển tiếp) rl Pr   SRD   th ,  SRD  22 Rth  1 Trường hợp 4: Đang sử dụng nhánh chuyển tiếp (1.14) (chuyển nhánh) rl Pr   SRD   th ,  SD  2Rth  1 1.3.Tổng quan kỹ thuật thu thập lượng (1.15) 1.3.1 Giới thiệu 1.3.2 Nguồn lượng RF 1.3.3 Kiến trúc mạng thu thập lượng RF 1.3.4 Mơ hình thiết bị thu thập lượng RF 1.3.5 Phương pháp thu thập lượng RF 1.3.5.1 Chuyển mạch thời gian TS Hình 1.6: Thu thập lượng theo phương pháp chuyển mạch thời gian Hình 1.6 mơ tả thu thập lượng theo phương pháp Timeswitching, thời gian  T sử dụng cho thu thập lượng từ nguồn với  số thời gian thu thập lượng     1 Thời gian (1   )T dùng để truyền thông tin gồm (1   )T / truyền từ S đến R (1   )T / lại truyền từ R đến D Năng lượng thu hoạch giai đoạn thu hoạch lượng R sử dụng để chuyển tiếp tín hiệu từ S đến D Tín hiệu nhận R: yR  Ps hSR x  nR , (1.17) Năng lượng thu hoạch R: ER   Ps | hSR |2   T, (1.18)  hiệu suất chuyển đổi lượng     1 Cơng suất phát trung bình nút R: ER PR     T /    P | h s SR |2   T 1    T / 2 Ps | hSR |2 1 (1.19) Tỷ lệ công suất tín hiệu nhiễu R  SR  Ps | hSR |2 , N0 (1.20) Tỷ lệ tín hiệu nhiễu D  RD  PR | hRD |2 N0 2 Ps | hSR |2 | hRD |2    N0 (1.21) 1.3.5.2 Chia công suất PS 1.4 Bảo mật thông tin lớp vật lý 1.4.1 Giới thiệu 1.4.2 Hiệu bảo mật hệ thống Xét hệ thống Hình 1.8 gồm: nút nguồn  S  , truyền thông tin kênh đến nút đích  D nút nghe  E  Hình 1.8: Mơ hình bảo mật hệ thống Gọi  M ,  E tỷ số tín hiệu nhiễu tức thời kênh kênh nghe lén, hM , hE độ lợi kênh truyền: từ nút nguồn  S  đến nút đích  D từ nút nguồn  S  đến nút đích nghe  E  , Cơng suất phát từ nguồn P Hiệu bảo mật hệ thống chủ yếu thể qua thông số: Dung lượng bảo mật hệ thống, xác suất bảo mật khác không xác suất dừng bảo mật 1.4.2.1 Dung lượng bảo mật hệ thống Gọi CM , CE dung lượng kênh kênh nghe Theo [23] ta có:  P hM CM  log 1   N0     log 1   M    (1.32)  P hE    log 1   E  CE  log 1  (1.33)  N0    Dung lượng bảo mật hệ thống định nghĩa tốc độ tối đa hệ thống truyền mà đảm bảo độ an tồn thơng tin tính hàm dung lượng kênh dung lượng kênh nghe C S  C M  CE  log 1   M   log 1   E  (1.34) 1 M   log    1 E  Như ta có dung lượng kênh fading cho [24] : CS   log2 1 M   log 1  E , 0,  M > E  M  E (1.35) Nếu dung lượng bảo mật kênh CM lớn dung lượng bảo mật kênh nghe C E ta có dung lượng bảo mật hệ thống lớn ngược lại, dung lượng bảo mật hệ thống nghĩa truyền thông không bảo mật 1.4.2.2 Xác suất bảo mật khác không Từ định nghĩa dung lượng bảo mật, ta có xác suất bảo mật khác không xác suất cho dung lượng kênh lớn dung lượng kênh nghe tức xác suất mà tỷ số tín hiệu nhiễu kênh lớn kênh nghe Tức là: Pr  CS    Pr   M   E  (1.36) 1.4.2.3 Xác suất dừng bảo mật Gọi RS  tốc độ bảo mật mong muốn hệ thống Ta định nghĩa xác suất dừng bảo mật xác suất mà dung lượng bảo mật CS nhỏ giá trị ngưỡng RS hay: SOP  Pr  CS  RS  (1.37) Từ cơng thức tính dung lượng bảo mật ta có xác suất dừng bảo mật sau: 1 M  SOP  Pr   2RS  (1.38)    E  Từ việc phân tích thông số hiệu cho thấy tăng dung lượng kênh dung lượng bảo mật tăng Để thực điều ta tăng công suất nguồn phát, nhiên việc vơ tình làm tăng hiệu suất thu người nghe Như vậy, để đảm bảo độ an toàn thơng tin hướng nghiên cứu bảo mật thơng tin lớp vật lý phải đạt yêu cầu tối ưu hóa dung lượng kênh mà dung lượng kênh nghe không thay đổi 1.4.3 Bảo mật thông tin lớp vật lý nút chuyển tiếp Mơ hình mạng chuyển tiếp bao gồm ba nút mạng: nút nguồn  S  , nút chuyển tiếp  R  , nút đích  D Trong mơ hình mạng vơ tuyến chuyển tiếp, nút chuyển tiếp có nhiệm vụ giúp đỡ nút nguồn chuyển liệu nguồn đến đích mong muốn Trong mạng hai chặng thơng thường, thơng tin nguồn chuyển tới đích thơng qua nút chuyển tiếp tốt Giả sử tồn nút  E  nghe thơng tin truyền mơ hình ba nút mạng ban đầu Hình 1.9: Mơ hình hệ thống nút mạng Xem xét hệ thống gồm nút (Hình 1.9): nút nguồn  S  , nút chuyển tiếp  R  , đích  D , nút nghe  E  Giả sử truyền thông hợp tác qua hai chặng Chặng 1, nút nguồn truyền thông tin đến nút chuyển tiếp Chặng 2, nút chuyển tiếp truyền thơng tin đến nút đích Nút  E  nghe chặng 1.4.3.1 Giải mã chuyển tiếp DF 10 Chương - ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG BẢO MẬT CỦA HỆ THỐNG DSSC SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG THU THẬP VÔ TUYẾN 2.1 Mơ hình hệ thống Hình 2.1: Mơ hình bảo mật hệ thống DSSC mạng thu thập lượng Trong luận văn này, tơi xem xét mơ hình hệ thống Hình 2.1, bao gồm nút nguồn  S  ,1 nút đích  D , nút chuyển tiếp ký hiệu  R1  ,  R2  nút nghe  E  nghe thơng tin từ q trình truyền tin Luận văn giả định vấn đề sau: Mỗi nút có ăng-ten hoạt động chế độ bán song công Hệ thống sử dụng kỹ thuật kết hợp chuyển giữ phân bố (DSSC), nên thời điểm, nút đích kết nối với kênh truyền S  R1  D S  R2  D Không tồn kết nối trực tiếp từ nguồn đến đích Đồng thời, nút nguồn nút đích sử dụng lượng từ pin, nhiên hai nút chuyển tiếp sử dụng lượng thu thập vô tuyến với cấu trúc thu thập lượng thực theo phương pháp chuyển mạch thời gian TS [30] So với lượng sử dụng để truyền tin, lượng dùng cho xử lý yêu cầu truyền/nhận tiêu hao nút chuyển tiếp không đáng kể, bỏ qua 11 Q trình truyền tin giữ nút nguồn  S  nút đích  D giúp đỡ hai nút chuyển tiếp  R1   R2  thông qua kỹ thuật chuyển tiếp giải mã chuyển tiếp có lựa chọn, nghĩa chuyển tiếp nút chuyển tiếp giải mã hay tỷ số tín hiệu nhiễu nhận nút chuyển tiếp lớn mức ngưỡng cho trước, th 2.2 Phân tích mơ hình Gọi 2 2 hSR1 , hR1D , hSR2 , hR2 D , hSE , hR1E hR2 E độ lợi kênh truyền: từ S  R1 , R1  D , S  R2 , R2  D , S  E , R1  E R2  E Do hoạt động môi trường Rayleigh fading, độ lợi kênh có phân bố mũ có tham số đặc trưng là: SR1 ,  ,  R1D , SR2 , R2 D , SE , R1E R2 E với SR1  E hSR1 R1 D  ,  E h   E hR1 D  ,   E  h ,   E  h ,   E h  E . tốn tử kỳ vọng tốn học [31] Công suất SR2  E hSR2 R2 E 2 R2 D 2 SE R2 D SE R1 E R1 E R2 E phát từ nguồn PS công suất phát từ nút chuyển tiếp PRi với i  1, Mơ hình tín hiệu phân tích chặng: 2.2.1 Chặng Tín hiệu nhận Ri với i  1, S truyền: ySRi  hSRi xS  nRi ,  P , xS tín hiệu phát với E xS S (2.1) PS công suất phát từ nguồn, nRi nhiễu Gauss Ri có phương sai N Tỷ số tín hiệu nhiễu SNR tức thời từ S  Ri là:  SRi  Ps hSRi N0 , Dung lượng bảo mật chặng Ri sử dụng: (2.2) 12  1    SRi   (2.3) C1Ri  max  0, log    ,     SE    Năng lượng thu thập khoảng thời gian  T nút chuyển tiếp Ri : ERi   PS  T hSRi , (2.4)  hiệu suất chuyển đổi lượng với     1  số thời gian thu thập lượng     1 2.2.2 Chặng Vì lượng mà nút chuyển tiếp  Ri  với i  1, thu thập chặng sử dụng để chuyển tiếp tín hiệu nút nguồn  S  chặng với thời gian 1    T / Công suất phát nút chuyển tiếp Ri với i  1, có sau: ERi PRi  (1   )T / 2    PS hSRi  T (2.5) 1    T / 2 2 PS hSRi , 1    Tín hiệu nhận D Ri truyền: yRi D  hRi D xRi  nD , (2.6)    P , P cơng suất xRi tín hiệu truyền  Ri  với E xRi Ri Ri phát Ri , nD nhiễu Gauss D với phương sai N Tỷ số tín hiệu nhiễu SNR tức thời từ Ri  D là:  Ri D  PRi hRi D N0  2 PS hSRi hRi D 1    N Tỷ số tín hiệu nhiễu SNR tức thời từ Ri  E là: (2.7) 13  Ri E  PRi hRi E N0  2 PS hSRi Dung lượng bảo mật chặng hRi E 1    N0  Ri  sử dụng:  1     RiD C2Ri  max  0, log  1 R E  i    ,   (2.8) (2.9) Dung lượng bảo mật nhánh  Ri  sử dụng kỹ thuật ngẫu nhiên chuyển tiếp RF có sau:  Ri CRF  C1Ri , C2Ri  (2.10)     SRi   R i D   1  log   , ,    SE   R E     i   Từ xác suất kiện dung lượng bảo mật chặng nhỏ chặng xảy lớn công suất phát nút chuyển tiếp dựa vào lượng thu thập nhỏ Suy dung lượng bảo mật nhánh Ri với i  1, gần  dựa vào dung lượng bảo mật chặng 2.3 Bảo mật kỹ thuật kết hợp chuyển giữ phân bố (DSSC) Vào đầu khe thời gian truyền, kết nối S  R1  D S  R2  D cần kích hoạt Cụ thể, giả định nhánh S  R1  D sử dụng để truyền khe thời gian tại, nút đích  D so sánh dung lượng bảo mật với ngưỡng Rs cho trước Việc chuyển nhánh xảy khi: C2R1  Rs , (2.11) R1 C dung lượng bảo mật chặng nhánh S  R1  D Nếu không, liên kết S  R1  D tiếp tục liên kết hoạt động để truyền thông tin khe thời gian Tương tự, liên kết S  R2  D kích hoạt khe thời gian truyền tại, chuyển đổi liên kết xảy khi: C2R2  Rs , R2 C dung lượng bảo mật chặng nhánh S  R2  D (2.12) 14 Nút chuyển tiếp Ri với i  1, chuyển tiếp tín hiệu nhận từ nguồn phía đích giải mã xác, tức  SRi   th , ta có:   Pr  SRi   th  exp   PS thSR  N i        (2.13) Biểu thức dạng đóng cho Pr(C2Ri  R) R   Ro , Rs  , Ro ngưỡng dừng bảo mật Rs ngưỡng chuyển nút đích Pr(CR2i  R)  2 PS hSRi hRi D  1  1    N0  Pr   2 PS hSRi hRi E   1    N0  2R  21 2R Đặt   21 , X | hSRi |2 , Y | hRi D |2 , Z | hRi E |2 ,          (2.14) 2 PS , (2.14) 1    N trở thành:    XY  Pr       XZ  Đặt U  XY V  XZ , ta viết lại sau:   U  Pr      V    1   v      FU   fV  v  dv    Sau q trình tính tốn ta được:  (2.15)   U     1   v    Pr       FU   fV  v  dv    V    =     1   v       1   v       4v 1    K1     K    x  y  z x   y x         x z   Tích phân khơng tồn dạng đóng nên tơi đề xuất phương pháp   dv  15 xấp xỉ vùng tỉ lệ tín hiệu nhiễu cao:   XY   XY  XY    U  Áp dụng xấp xỉ cho Pr     , ta được:   V     U     XY  Pr      Pr      V   XZ     Y    Pr     Z  Y  Ở kênh truyền fading Rayleigh, ta có Pr     có dạng sau: Z   | hR D |2  Y  Pr      Pr  i      | hR E |  Z   i   R D  i Ri E (2.21) 2.4 Xác suất dừng bảo mật-SOP Xác suất dừng bảo mật tham số hiệu quan trọng, thường dùng để đánh giá hiệu bảo mật hệ thống vô tuyến định nghĩa xác suất mà dung lượng bảo mật nhỏ giá trị ngưỡng chuyển cho trước Gọi Rs Ro ngưỡng chuyển ngưỡng dừng bảo mật hệ thống, áp dụng định luật tổng xác suất, ta có xác suất dừng bảo mật toàn hệ thống viết sau:   SOP  1  Pr  SR1   th  Pr  C2R1  Ro , C2R1  Rs   Pr  C2R1  Ro , C2R2  Rs    Pr  SR1   th Pr  C2R2  Rs         I12 I11       2  Pr  SR2   th  Pr  C2R2  Ro , C2R2  Rs   Pr  C2R2  Ro , C2R1  Rs    Pr  SR2   th Pr  C2R1  Rs           I22 I 21     (2.22) 1 2 tương ứng xác suất kết nối nhánh S  R1  D nhánh S  R2  D trạng thái ổn định, theo [33], 1 2 cho bởi: 16 1  p1 p1  p2 (2.23) 2  p2 p1  p2 (2.24) pi với i  1, xác suất kết nối nhánh S  Ri  D Do đó, ta tính p1 thơng qua xác suất mà nút đích khơng thể kết nối với R2 thông qua hai kiện: tỷ số tín hiệu nhiễu chặng S - R dung lượng bảo mật chặng khơng đảm bảo, ta có: 1  Pr   SR2   th | C2R2  Rs          Pr  SR2   th  Pr C2R2  Rs  Pr  SR2   th Pr C2R2  Rs  (2.25) Tương tự vậy, ta có: 2  Pr   SR1   th   Pr  C2R1  Rs   Pr  SR1   th  Pr  C2R1  Rs  (2.26) Từ cơng thức (2.13) (2.21), ta có: ○ Xác suất Ri với i  1, giải mã thành công liệu truyền từ S :    Pr  SRi   th  e  th PS SR i N0 ○ Biểu thức dạng đóng cho Pr(C2Ri  R) tính sau: 2R 21 Pr(C  R)  R Ri D 1  Ri E Ri Áp dụng kết tìm vào (2.25) (2.26), ta có giá trị p1 p2 bên dưới:        p1  Pr  SR2   th  Pr C2R2  Rs  Pr  SR2   th Pr C2R2  Rs  17  Rs    P th S SR2 1   1  e N0  Rs R D  21   R2 E          P th   1  e S NSR0             Rs  1     Rs R D   21   R2 E       ,     p2  Pr  SR1   th  Pr C2R1  Rs  Pr  SR1   th Pr C2R1  Rs (2.27)      Rs      P th   21     e SNSR0    (2.28)     R s R D     1             R1E      Bây giờ, ta tìm giá trị thành phần xác suất dừng bảo mật hệ thống đề xuất gồm I11 , I12 , I 21 , I 22  Rs    P th S SR1 1 =   e N0  Rs R D  21   R1E  Đầu tiên, ta xét I11 hai trường hợp ngưỡng chuyển bảo mật Rs ngưỡng dừng bảo mật Ro , tức Rs  Ro Rs  Ro I11 tính sau: I11  Pr  SR1   th   Pr C2R1  Ro , C2R1  Rs   Pr C2R1  Ro , C2R2  Rs    Rs  Ro 0,       Rs Ro Ro Rs       P th  S SR          2 2     , R  R N0 e s o Rs   Rs   Ro     Ro    R D R D R D R D   21  21    21  21     R1E R1E   R1E R2 E     (2.29) Đối với I12 , Pr  SR1   th  Pr C2R2  Rs  xác suất độc lập nên ta có: I12  Pr  SR1   th  Pr C2R2  Rs    Rs    P th   S SR1   1  N0  1 e   Rs   R D   21  R2 E          (2.30) 18 Với I 21 , ta tính tốn tương tự I11 , cần lưu ý I 21  Rs  Ro I 21  Pr  SR2   th   Pr C2R2  Ro , C2R2  Rs   Pr C2R2  Ro , C2R1  Rs    0,      P th S SR2  e N0     Rs  Ro  Rs Ro  21 21   Rs   Ro   21  R2 D 21  R2 D R2 E R2 E    Ro Rs   21 21  Rs   Ro     21  R2 D 21  R1D   R2 E R1E      , R  R s o     (2.31) Tương tự với I12 , Pr  SR2   th  Pr C  Rs  xác suất độc lập R1 nên I 22 ta có sau: I 22  Pr  SR2   th  Pr C2R1  Rs    Rs    P th     S SR2 1  N0    1 e   Rs   RD   21   R1 E         (2.32) Cuối cùng, kết hợp tất giá trị tìm (2.27), (2.28), (2.29), (2.30), (2.31), (2.32) vào (2.22), ta xác suất dừng bảo mật hệ thống đề xuất 19 Chương - KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THẢO LUẬN Ở Chương 3, thực mô Monte-Carlo phần mềm Matlab Các kết thu từ chương trình mơ dùng kiểm chứng tính đắn phân tích lý thuyết dựa mơ hình tốn học xây dựng Chương 3.1 Mơ hình hóa 3.2 Kết mơ Trong luận văn này, vòng tròn nhỏ biểu thị cho kết mô Monte-Carlo đường liền nét, đứt nét biểu thị cho kết mô cho lý thuyết Ngồi ra, số tham số sử dụng mô sau: -  hệ số thời gian thu thập lượng - Rs ngưỡng chuyển bảo mật - Ro ngưỡng dừng bảo mật - th ngưỡng giải mã chặng Hình 3.2 khảo sát xác suất dừng bảo mật hệ thống đề xuất mối quan hệ ngưỡng dừng Ro ngưỡng chuyển bảo mật Rs Tôi giữ cố định giá trị ngưỡng dừng bảo mật với Ro  thay đổi giá trị ngưỡng chuyển bảo mật Rs Tôi khảo sát thay đổi xác suất dừng bảo mật hệ thống ba trường hợp bên dưới:  Trường hợp  Rs  Ro  : Rs  1, Ro   Trường hợp  Rs  Ro  : Rs  2, Ro   Trường hợp  Rs  Ro  : Rs  3, Ro  Kết mô cho thấy: trường hợp  Rs  Ro  có xác suất dừng bảo mật hệ thống thấp trường hợp  Rs  Ro  có xác suất dừng bảo mật hệ thống cao Hình 3.2 cho thấy vùng tỉ số tín hiệu nhiễu cao, kết mô thỏa mãn với kết phân tích khẳng định tính đắn phương pháp phân tích đề xuất 20 Hình 3.2: SOP hệ thống ba trường hợp Rs Ro Tiếp theo, khảo sát ảnh hưởng  th lên xác suất dừng bảo mật hệ thống cách thay đổi giá trị  th từ đến Kết mơ Hình 3.3 cho thấy giảm giá trị  th xác suất dừng bảo mật hệ thống cải thiện Hình 3.3: Ảnh hưởng  th lên SOP hệ thống 21 Xác suất dừng bảo mật hệ thống bị ảnh hưởng vị trí nút nghe  E  Tơi xem xét ba vị trí nghe lén: (0.3, 0.3), (0.6, 0.6) (0.9, 0.9) Hình 3.4: Ảnh hưởng vị trí nút nghe lên hiệu suất bảo mật hệ thống Từ kết mô Hình 3.4, thấy hiệu suất bảo mật cải thiện nút nghe đặt xa nguồn xa nút chuyển tiếp Hình 3.5: Ảnh hưởng vị trí nút chuyển tiếp lên hiệu suất bảo mật hệ thống 22 Hệ thống đề xuất có hai nút chuyển tiếp  R1   R2  , tơi khảo sát vị trí hai nút chuyển tiếp trường hợp khác sau: -Trường hợp 1:  d1 ; d   0.1; 0.9 -Trường hợp 2:  d1 ; d   0.2; 0.8 -Trường hợp 3:  d1 ; d   0.3;0.7 -Trường hợp 4:  d1 ; d   0.4; 0.6 -Trường hợp 5:  d1 ; d   0.5; 0.5 d1 đại diện cho khoảng cách từ nguồn đến nút chuyển tiếp  R1  , d2 đại diện cho khoảng cách từ nguồn đến nút chuyển tiếp  R2  kết khảo sát đươc thể Hình 3.5 cho thấy, nút chuyển tiếp gần nguồn xác suất dừng bảo mật hệ thống giảm Trong Hình 3.6, tơi khảo sát giá trị  tối ưu, nghĩa giá trị mà xác suất dừng hệ thống nhỏ Ta thấy rằng, tỷ lệ tín hiệu nhiễu hệ thống tăng giá trị  tối ưu thay đổi có xu hướng tăng Hình 3.6: Xác suất dừng theo hệ số thời gian thu thập lượng với trường hợp tỷ số tín hiệu nhiễu khác Cuối cùng, tơi cố định giá trị sau:  d1 ; d   0.3;0.7 , Rs  Ro  , tọa độ nút E 0.6, 0.6 ,   0.3 , th  để thực mô 23 so sánh xác suất dừng bảo mật hệ thống có thu thập lượng khơng có thu thập lượng Kết mơ Hình 3.7 rằng, xác suất dừng bảo mật hệ thống thu thập lượng thấp hệ thống có thu thập lượng điều kiện khoảng cách, ngưỡng giải mã, ngưỡng chuyển bảo mật, ngưỡng dừng bảo mật Điều xảy lượng nguồn tương đối thấp, nút chuyển tiếp thu thập đủ để cải thiện hiệu hệ thống Tuy nhiên, hệ thống khơng thu thập lượng, nút chuyển tiếp sử dụng lượng từ pin, acquy…, nguồn lượng cải thiện tăng lượng nút nguồn, đó, với hệ thống có thu thập lượng, nguồn lượng mà nút chuyển tiếp thu thập tăng lượng nguồn tăng Ngồi ra, trình bày từ đầu luận văn, hệ thống không thu thập lượng nên nguồn lượng để trì hoạt động lấy từ pin, acquy…gây khó khăn phải liên tục thay nạp lại Hệ thống có thu thập lượng đảm bảo hệ thống hoạt động liên tục Hình 3.7: Xác suất dừng hệ thống có thu thập lượng khơng thu thập lượng 24 Chương - KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 4.1 Kết luận Luận văn hoàn thành mục tiêu đề ra:  Nghiên cứu đặc điểm hệ thống đề xuất  Xác minh tính đắn phương pháp phân tích Cụ thể: Luận văn xây dựng hệ thống bảo mật thông tin lớp vật lý sử dụng kỹ thuật chuyển giữ phân bố DSSC có thu thập lượng điều kiện ràng buộc có người nghe trộm Vì hệ thống tơi đề xuất có sử dụng kỹ thuật thu thập lượng vô tuyến từ nguồn nên đảm bảo cho hoạt động truyền thơng nút mạng trì liên tục mà khơng bị gián đoạn phải thay nguồn pin, acquy…như hệ thống không sử dụng lượng thu thập Luận văn đưa phương pháp xấp xỉ cho phép tính tốn hiệu bảo mật hệ thống kênh truyền Rayleigh fading, cụ thể thông số xác suất dừng bảo mật hệ thống Ngồi ra, tơi sử dụng phần mềm Matlab để mơ kiểm chứng đánh giá tính xác kết phân tích Các kết mô cho thấy hiệu bảo mật hệ thống đạt giá trị tốt khi:  Ngưỡng chuyển bảo mật Rs nhỏ ngưỡng dừng bảo mật Ro ,  Ngưỡng giải mã chặng 1,  th có giá trị nhỏ tốt,  Nút nghe E đặt xa nguồn nút chuyển tiếp,  Nút chuyển tiếp R1 R2 đặt gần nguồn 4.2 Hướng phát triển Luận văn đáp ứng khối lượng nghiên cứu giao theo đề cương nhiên phát triển theo hướng bảo mật sau:  Phát triển mơ hình cho kỹ thuật truyền song cơng  Phát triển mơ hình nghiên cứu thu thập lượng nút chuyển tiếp mạng vô tuyến nhận thức  Khảo sát thu thập lượng nút chuyển tiếp trang bị nhiều ăngten ... Chương - Lý thuyết tổng quan Tìm hiểu tổng quan kỹ thu t DSSC, kỹ thu t thu thập lượng bảo mật lớp vật lý mạng vô tuyến Chương - Đánh giá hiệu bảo mật hệ thống DSSC sử dụng lượng thu thập vô tuyến. .. (1.45) 10 Chương - ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG BẢO MẬT CỦA HỆ THỐNG DSSC SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG THU THẬP VÔ TUYẾN 2.1 Mơ hình hệ thống Hình 2.1: Mơ hình bảo mật hệ thống DSSC mạng thu thập lượng Trong luận... công nghệ thu thập lượng cho hệ thống vô tuyến đời Trong luận văn này, học viên nghiên cứu đánh giá hiệu bảo mật hệ thống kết hợp chuyển giữ phân bố DSSC có sử dụng lượng thu thập vô tuyến Bố