Phần này trình bày kết quả thực nghiệm và phân tích, đánh giá thuật toán đề xuất DCA-DFME theo bài toán (2.16) và so sánh với giải pháp Null steering theo bài toán (2.12) đã được công bố trong [57].
hsr Trạm nguồn (S) wM w1 w2 hrd Trạm thu hợp pháp (D) Hre Các trạm chuyển tiếp (R) Các trạm nghe lén (E) Hình 2.2: Mô hình hệ thống thực nghiệm giải thuật DCA-DFME.
2.3.3.1 Sinh cơ sở dữ liệu thực nghiệm
Với mô hình truyền tin vô tuyến được giả thiết tương như trường hợp mạng có một trạm nghe lén (phần 2.2.3), cụ thể: hệ thống có số trạm chuyển tiếp được sử dụng là M (M = 15 và 30), giả thiết các trạm chuyển tiếp, trạm thu đích và trạm nghe lén đều có một ăng ten. Dữ liệu dùng để thực nghiệm là các trường hợp kênh truyền có chất lượng thay đổi tương ứng với hệ số kênh truyền Rayleigh fading khác nhau. Các hệ số kênh truyền này là các giá trị phức được sinh theo phân bố
Rayleigh với kỳ vọng không và phương sai chung là sigma = 1 như sau:
% The channel gain from relays to destination, a column vector
h_rd = (sigma/sqrt(2))* (randn(N_rel,1) + 1i * randn(N_rel,1));
% The channel gain from relays to eavesdroppers, a matrix
H = (sigma/sqrt(2))* (randn(N_rel,N_eav) + 1i * randn(N_rel,N_eav));
Sinh trước 100 bộ dữ liệu về giá trị của hệ số kênh truyền giữa các trạm chuyển tiếp tới trạm thu đích và giữa các trạm chuyển tiếp đến các trạm nghe lén theo các tham số cấu hình như giả thiết ở trên. Bộ dữ liệu này được dùng chung cho cả hai thuật toán là DCA-DFME và phương pháp Null steering.
2.3.3.2 Chương trình thực nghiệm giải thuật DCA-DFME
Môi trường thực nghiệm:
Chương trình của cả hai thuật toán được viết trên môi trường lập trình Matlab R2017 và sử dụng công cụ giải các bài toán quy hoạch lồi CVX chạy trên Matlab;
Quá trình thực nghiệm được thực hiện trên một máy tính cá nhân chạy hệ điều hành Windows 10 có cấu hình phần cứng: Intel (R) core (TM) i3-6100 CPU @ 3.70Ghz 3.7 Ghz, 4.0 GB RAM.
Các tham số của chương trình:
-M: số trạm chuyển tiếp (relay station) trong hệ thống;
-K: số trạm nghe lén trong hệ thống;
-N_datasets: Số tập dữ liệu thực nghiệm, giá trị này tương ứng với số lần thực nghiệm (N_datasets = 100);
-Pt: Giới hạn tổng công suất nguồn phát tại các trạm chuyển tiếp;
-DCA_epsilon: Điều kiện dừng của giải thuật DCA, trong trường hợp này thì giá trị này được lấy là 10-5;
-Datasets: Bộ dữ liệu dùng để thực nghiệm, các dữ liệu này đã được sinh ngẫu nhiên trước và được dùng chung cho cả giải thuật DCA- DFME và Null steering.
Các bước thực nghiệm:
Sinh 100 bộ dữ liệu về hệ số kênh truyền Rayleigh fading giữa các trạm chuyển tiếp tới trạm thu đích (hrd) và trạm nghe lén (Hre) theo các tham số cấu
hình ở trên. Bộ dữ liệu này được dùng chung cho cả hai thuật toán là DCA- DFME và phương pháp giải Null steering.
Chạy chương trình với bộ dữ liệu trên sinh ra 100 kết quả về giá trị truyền tin mật Rs cho cả hai thuật toán, lấy giá trị trung bình từ các kết quả trên để so sánh và đánh giá.
2.3.3.3 Kết quả thực nghiệm
Các trường hợp thực nghiệm và kết quả: Mô hình hệ thống truyền tin thực
nghiệm như Hình 2.2 với hệ thống truyền tin một chiều (chỉ quan tâm đến một
chiều truyền tin từ trạm phát S đến trạm thu đích D mà không có chiều ngược lại).
Trường hợp 1: Hệ thống có số trạm chuyển tiếp được đặt cố định là M=15
và với số lượng trạm nghe lén được thay đổi khác nhau là K=5,7 và 9; Hệ số kênh truyền được sinh ngẫu nhiên theo phân bố Gauss với kỳ vọng không và phương sai 2 =1.
Kết quả thực nghiệm như Hình 2.3. Theo đó, giá trị Rs luôn có xu hướng tăng khi tổng công suất truyền Pt tăng; Trong cả 3 trường hợp khác nhau về số lượng trạm nghe lén thì giá trị Rs theo thuật toán giải DCA-DFME luôn cao hơn phương pháp Null steering. Đặc biệt, khi số lượng trạm nghe lén lớn (K = 9) thì khoảng cách giữa hai kết quả này càng rõ rệt mặc dù cả hai kết quả đều thấp hơn so với trường hợp K = 5 và 7.
R S (b its /s ym bo l) PR
Hình 2.3: Giá trị Secrecry Rate Rs theo tổng công suất truyền của các trạm chuyển tiếp.
Trường hợp 2: Để so sánh rõ ràng hơn sự khác biệt của hai thuật toán khi
số lượng trạm nghe lén thay đổi, trong trường hợp này hệ thống truyền tin có số trạm chuyển tiếp M = 30, các trạm nghe lén thay đổi từ K = 5, 10, 15, 20 và 25. Giá trị giới hạn tổng công suất truyền của tất cả các trạm chuyển tiếp được đặt cố định là PR = 50 mW. Các tham số khác vẫn tương tự như Trường hợp 1.
Kết quả thực nghiệm sau 100 lần thử độc lập và lấy giá trị trung bình như Hình 2.4. Theo đó, giá trị Rs của cả hai phương pháp đều giảm khi số lượng trạm nghe lén tăng và giải thuật DCA-DFME (đường gạch đứt) luôn cho giá trị hàm mục tiêu tốt hơn phương pháp Null steering (đường liền).
R S (b its /s ym bo l) Số lượng trạm nghe lén
Hình 2.4: Giá trị Rs theo số lượng trạm nghe lén.
Nội dung đề xuất giải thuật DCA-DFME và kết quả thực nghiệm ở trên đã được nghiên cứu sinh trình bày và báo cáo tại Hội nghị Châu Á về Hệ thống cơ sở dữ liệu và tính toán thông minh (Asean Conference on Intelligent Information and Database Systems - ACIIDS) năm 2019 tại Indonesia. Kỷ yếu của Hội nghị được đăng trên ấn bản Lecture Note in Computer Science (LNCS) của nhà xuất bản Springer [T.4].