Phần này trình bày kết quả thực nghiệm đánh giá hiệu quả truyền tin mật của hệ thống mạng chuyển tiếp vô tuyến theo kỹ thuật DF và AF với trường hợp trong hệ thống có nhiều trạm nghe lén. Thực nghiệm thay đổi số lượng trạm chuyển tiếp để xác định mức độ ảnh hưởng của số lượng trạm chuyển tiếp so với số lượng trạm nghe lén. Cụ thể các thuật toán được thực nghiệm để so sánh gồm:
- Mạng chuyển tiếp vô tuyến hoạt động theo kỹ thuật DF, gồm hai thuật toán trình bày trong phần 2.3 là: Thuật toán SDR-DFME (2.13) và thuật toán được đề xuất DCA-DFME (2.18).
- Mạng chuyển tiếp vô tuyến hoạt động theo kỹ thuật AF, gồm hai thuật toán trình bày trong phần 2.3 là: Thuật toán SDR-AFME (3.15) và thuật toán được đề xuất DCA-AFME (3.18).
Giả thiết thực nghiệm với hệ thống truyền tin một chiều tương tự như thực nghiệm tại các phần trước, các hệ số kênh truyền được sinh theo phân bố Gauss và được biết trước. Trong thực tế triển khai, trạm nghe lén khó được xác định trước bởi các trạm chuyển tiếp, tương ứng thì hệ số kênh truyền của trạm nghe lén là không được biết trước (imperfect information channel state). Tuy nhiên, trên thực tế có nhiều mạng vô tuyến được thiết lập trong một khu vực an toàn về vật lý và không thể đặt một trạm thu bất hợp pháp (ví dụ trong một khu vực quân sự), khi này trạm nghe lén chính là một trạm thu hợp pháp đã được xác định trong hệ thống, và việc nghe lén trong trường hợp này chỉ là sự nghe trộm giữa các thành viên trong cùng một cơ quan đối với một thông báo cụ thể. Hoặc với một số mạng vô tuyến hoạt động như một dịch vụ, trong đó có đòi hỏi các trạm khi tham gia phải đăng ký như dưới dạng các thuê bao. Khi này, người nghe lén cũng được hiểu là sự thu lén giữa các thành viên trong hệ thống và như vậy thì trạng thái kênh truyền của các thành phần trong hệ thống là cơ bản sẽ được biết trước bởi trạm phát và các trạm chuyển tiếp.
Số trạm chuyển tiếp (M)
Hình 3.3: DF so với AF trong mạng vô tuyến chuyển tiếp có 5 trạm nghe lén.
Kết quả thực nghiệm như trên Hình 3.3 và Hình 3.4 cho thấy một kết quả phù hợp với lý thuyết và thực tế của các hệ thống truyền thông là giá trị truyền tin mật Rs luôn tăng theo số lượng trạm chuyển tiếp. Như vậy có thể thấy, để có được tốc độ mật cao thì phải trả giá về số lượng trạm chuyển tiếp. Kết quả cũng cho thấy một đặc điểm quan trọng là, giá trị Rs tăng nhanh khi tăng số lượng trạm chuyển tiếp trong khoảng 03 lần số lượng trạm nghe lén. Khi số lượng trạm chuyển tiếp tăng hơn 3 lần số trạm nghe lén thì giá trị Rs có tăng nhưng không nhiều.
Kết quả trên Hình 3.3 và Hình 3.4 thể hiện kỹ thuật chuyển tiếp DF cho hiệu quả truyền tin mật tốt hơn kỹ thuật AF. So sánh về thuật toán đề xuất với thuật toán đã được công bố thì với kỹ thuật DF, thuật toán đề xuất (DCA-DF) cho kết quả tốt hơn thuật toán đã được công bố (SDR-DF) nhưng không nhiều khi số lượng trạm chuyển tiếp lớn, kết quả này chỉ rõ rệt khi số lượng trạm chuyến tiếp nhỏ hơn 03 lần số trạm nghe lén. Với mạng chuyển tiếp AF thì kỹ thuật đề xuất
DCA-AFME cho kết quả tốt hơn rõ ràng với thuật toán đã công bố SDR-AFME với trong tất cả các trường hợp về số lượng trạm chuyển tiếp.
Số trạm chuyển tiếp (M)
Hình 3.4: DF so với AF trong mạng vô tuyến chuyển tiếp có 7 trạm nghe lén.
Kết quả thực nghiệm về so sánh giá trị SNR thu được tại trạm thu hợp pháp D
và trạm nghe lén E trênBẢNG 3.9 cho thấy sự chênh lệch là rất rõ ràng. Khi số trạm
chuyển tiếp tăng thì giá trị SNR tại trạm thu D tăng, trong khi đó giá trị này tại trạm nghe lén luôn rất nhỏ nên việc khôi phục tín hiệu tại trạm nghe lén là không thể. Kết quả thực nghiệm này cũng đã làm rõ yêu cầu về bảo mật tầng vật lý của Wyner trong phần 1.2. đó là để có thể truyền tin mật (Rs > 0) thì chất lượng kênh truyền đến trạm thu hợp pháp phải tốt hơn kênh đến trạm nghe lén. Như vậy, với kỹ thuật truyền búp sóng thông qua nhiều trạm chuyển tiếp đã đáp ứng tốt yêu cầu của Wyner. Hay nói cách khác, với sự phát triển của lý thuyết thông tin và kỹ thuật truyền tin vô tuyến hiện nay thì giải pháp bảo mật truyền tin tầng vật lý đã trở nên khả thi và rất đáng được quan tâm nghiên cứu ứng dụng trong thực tế.
BẢNG 3.9. GIÁ TRỊ SNR TẠI D VÀ E VỚI TRƯỜNG HỢP P=30mW, 5 TRẠM NGHE LÉN Number of Relays SNR DCA_AFME SDR_AFME DCA_DFME SDR_DFME
Nội dung thực nghiệm và phân tích so sánh hiệu suất của hai kỹ thuật chuyển tiếp và đánh giá khả năng bảo mật thông qua giá trị SNR ở trên đã được nghiên cứu sinh trình bày trong bài báo đăng trên tạp chí Khoa học và Công nghệ trong lĩnh vực An toàn thông tin, ISSN 2615-9570, số 2 năm 2019 [T.3].