BẢO MẬT THÔNG TIN LỚP VẬT LÝ TRONG MẠNG CHUYỂN TIẾP KHÔNG DÂY
2.2.2 Một số kỹ thuật chuyển tiếp
Nguyên lý chung của các kỹ thuật chuyển tiếp là sử dụng các nút chuyển tiếp (Relay) như một trạm lặp để truyền tín hiệu từ nguồn (S) đến thiết bị người dùng (D). Có nhiều kỹ thuật chuyển tiếp được tiến hành nghiên cứu và ứng dụng như: Khuếch đại và chuyển tiếp (Amplified and Forward - AF); Giải mã và chuyển tiếp (Decoded and Forward - DF); Nén và chuyển tiếp (Compress and Forward - CF). Các kỹ thuật này mô tả cách nhận và xử lý dữ liệu tại trạm chuyển tiếp trước khi dữ liệu được gửi đến đích.
Phương pháp này thường được sử dụng chỉ khi chuyển tiếp có thời gian/công suất tính toán có sẵn bị giới hạn hoặc thời gian trễ phải là tối thiếu, thời gian trễ được tạo ra bởi chuyển tiếp giải mã và mã hóa thông điệp. Dĩ nhiên, khi một tín hiệu tương tự được truyền một giao thức DF có thể không được sử dụng.
Hình 2.3: Mô hình khuếch đại và chuyển tiếp (AF)
Quá trình xử lý tín hiệu đối với AF có thể đơn giản thành ba giai đoạn như sau:
- Giai đoạn 1: nút nguồn S truyền tín hiệu bằng phương pháp phát sóng vô tuyến, nút chuyển tiếp R thu nhận tín hiệu.
- Giai đoạn 2: Nút chuyển tiếp R khuếch đại công suất của tín hiệu nhận được từ S và chuyển tiếp đến nút đích D.
- Giai đoạn 3: Nút đích D giải mã tín hiệu nhận từ R trong giai đoạn 2 và khôi phục lại tín hiệu ban đầu.
Giao thức AF khuếch đại tín hiệu tại nút chuyển tiếp R, tăng công suất của tín hiệu truyền đi, giúp đầu thu D có thể thu được tín hiệu tốt nhất. AF còn gọi là phương thức chuyển tiếp không tái tạo, là phương thức xử lý tín hiệu cơ bản và đơn giản nhất so với các phương pháp khác.
Ý tưởng phía sau giao thức AF là đơn giản. Tín hiệu được nhận bởi chuyển tiếp R bị suy giảm và cần được khuếch đại trước khi nó có thể được gửi đi lần nữa.
Khi làm như vậy nhiễu trong tín hiệu cũng được khuếch đại, đây chính là điểm yếu của giao thức này.
2.2.2.2 Giải mã và chuyển tiếp
Ngày nay việc truyền dẫn không dây rất hiếm tín hiệu tuần tự và chuyển tiếp có đủ sức mạnh tính toán, do đó, DF thường là phương pháp được ưu tiên nhất để xử lý dữ liệu trong chuyển tiếp. Tín hiệu nhận đầu tiên được giải mã và sau đó mã hóa lại. Vì vậy, không có nhiễu được khuếch đại trong tín hiệu gửi, như là trường hợp sử dụng giao thức AF. Đó là hai vấn đề chính được thực hiện trong một hệ thống sử dụng giao thức chuyển tiếp DF.
Hình 2.4: Mô hình giải mã và chuyển tiếp (DF)
Đối với kỹ thuật này, quá trình xử lý tín hiệu có thể đơn giản qua 3 giai đoạn như sau:
- Giai đoạn 1: nút nguồn S truyền tín hiệu, nút chuyển tiếp R nhận tín hiệu. - Giai đoạn 2: Nút R sử dụng phương pháp tái sinh, giải mã các gói tin nhận được từ S và tái mã hóa bằng cách sử dụng mã mới tương tự với mã tại nguồn S để chuyển tiếp thông tin đến nút đích. Trong giải mã và tái mã hóa, nút chuyển tiếp có sử dụng mã sửa lỗi để sửa lỗi trên đường truyền.
- Giai đoạn 3: nút đích D nhận tín hiệu từ R, xử lý và khôi phục lại thành tín hiệu ban đầu.
Do lỗi đường truyền, thông tin có khả năng giải mã sai ở nút chuyển tiếp làm suy giảm đáng kể hiệu năng hệ thống. Do đó, phương thức này được giả định là nút R chỉ thực hiện chuyển tiếp nếu các tín hiệu từ nguồn được giải mã một cách chính xác. Điều này có thể được thực hiện bằng cách dùng mã kiểm tra CRC (cyclic redundancy check).
Chuyển tiếp có thể giải mã hoàn toàn thông điệp gốc. Điều này yêu cầu nhiều thời gian tính toán, nhưng có nhiều tiện lợi. Nếu thông điệp nguồn chứa một mã sửa lỗi, các lỗi bit được nhận có thể sửa ở trạm chuyển tiếp. Hoặc nếu không có mã hóa như vậy được thực hiện một kiểm tra cho phép chuyển tiếp phát hiện chứa lỗi. Phụ thuộc vào việc thực thi, một thông điệp sai có thể không được gửi đến đích.
Nhưng chuyển tiếp R không thể luôn giải mã đầy đủ thông điệp nguồn. Việc chậm trễ thêm gây ra để giải mã đầy đủ và xử lý thông điệp là không thể chấp nhận được, chuyển tiếp có thể không đủ khả năng tính toán hoặc thông điệp nguồn có thể bị mã hóa để bảo vệ dữ liệu nhạy cảm. Trong trường hợp này, tín hiệu vào chỉ được giải mã và mã hóa lại từng ký hiệu. Vì vậy, hoặc không có sửa lỗi nào có thể được thực hiện hoặc không có kiểm tra được tính toán.
2.2.2.3 Nén và chuyển tiếp
Trong kỹ thuật này, chuyển tiếp R nén tín hiệu mà nó nhận được và gửi thông tin đã được nén đến đích D, bao gồm ba giai đoạn:
- Giai đoạn 1: Nút S truyền tín hiệu, nút R nhận tín hiệu.
- Giai đoạn 2: Nút R sử dụng kỹ thuật mã hóa nén Wyner – Ziv (WZC) và lượng tử hóa tín hiệu để nén tín hiệu nhận được từ S trước khi chuyển tiếp nó sang đích D.
- Giai đoạn 3: Nút đích D khôi phục lại thành tín hiệu cần thu.
CF khác DF là tín hiệu không yêu cầu giải mã tại nút chuyển tiếp R. Ý tưởng của CF là nút chuyển tiếp R tiến hành lượng tử hóa và nén tín hiệu nhận được bằng mã WZC. CF tiến hành truyền một phiên bản tin đã được lượng tử hóa và nén của tín hiệu. Do đó, nút đích D sẽ tiếp hành khôi phục lại tín hiệu nhận được từ nút R. Quá trình lượng tử hóa và nén tại R được coi là quá trình mã hóa nguồn, tức là các
đại diện của mỗi nút nhận là chuỗi các kí tự. Để đơn giản, chúng ta giả sử các biểu tượng là các chữ số nhị phân (bit). Tại nút đích, ước tính lượng tử hóa các tín hiệu và nén thu được giải mã bằng cách nhận biết trình tự các bit. Trong quá trình lượng tử hóa và nén, tín hiệu có thể chịu ảnh hưởng của nhiễu lượng tử. Kỹ thuật này sử dụng tiêu chuẩn mã hóa nguồn đơn giản hơn và ứng dụng cao hơn trong thực tế.