Loading...

Physical Layer Security in Cooperative Multiple Access Networks

Bastami, Hamed | 2024

113 Viewed
  1. Type of Document: Ph.D. Dissertation
  2. Language: Farsi
  3. Document No: 58353 (05)
  4. University: Sharif University of Technology
  5. Department: Electrical Engineering
  6. Advisor(s): Behroozi, Hamid
  7. Abstract:
  8. 6G, the next generation of communication technology, is already under discussion alongside the commercialization of 5G networks. In order to achieve faster data transmission rates and greater reliability, 6G technologies are being explored and developed. There are several important requirements for both 5G and 6G networks, including extensive connectivity, high throughput, low latency, massive connections, security, fairness and energy efficiency. Because of their increased spectral efficiency, multiple access techniques have gained attention as a solution to meet these requirements. However, it is so important to consider the security implications of these technologies. The simultaneous transmission of signals from multiple users over a shared bandwidth presents a security risk, as an external eavesdropper (Eve) could intercept the signals and compromise the privacy of multiple users. Addressing these security issues is crucial, and one effective approach is the use of Physical Layer Security (PLS) techniques, which can enhance or potentially replace by traditional encryption methods. As a starting point, we investigate the max-min secrecy fairness of UAV-aided cellular networks, in which cooperative rate-splitting (CRS) aided downlink transmissions are employed by each multi-antenna UAV base station to safeguard the downlink of a two-user multi-input single-output (MISO) system against an external eavesdropper (Eve). Realistically, only imperfect channel state information is assumed to be available at the transmitter. In the next step, we study the Secrecy Energy Efficiency (SEE) of a multi-carrier UAV-aided cellular networks, in which CRS is employed by each multi-antenna UAV-BS for protecting their downlink transmissions against an Eve. We further consider a difficult scenario in terms of security in which only imperfect channel state information of Eve is available at the Tx. Accordingly, we conceive a robust secure resource allocation algorithm, which maximizes the SEE by jointly optimizing both the user association matrix and the network parameter allocation problem. Finally, we have also studied the uplink scenario. Briefly, we investigate the effective secrecy throughput of the UAV-aided uplink, in which RSMA is employed by each legitimate user for secure transmission under the scenario of massive access. To maximize the effective network secrecy throughput in the uplink, the transmission rate vs. power allocation relationship is formulated as a max-min optimization problem, relying on realistic imperfect CSI of both the legitimate users and of the potential Eves. We then propose a novel transformation of the associated probabilistic constraints for decoupling the variables. Our simulation results confirm that these schemes significantly improve the security criterions compared to the existing orthogonal and non-orthogonal benchmarks and enhance security
  9. Keywords:
  10. Physical Layer Security ; Multiple Access ; Rate Splitting Multiple Access ; Unmanned Aerial Vehicles (UAV) ; Effective Secrecy Throughput ; Secrecy Capacity ; Connection Outage Probability ; Secrecy Energy efficiency

 Digital Object List

 Bookmark

  • فهرست تصاویر
  • فهرست جداول
  • فهرست الگوریتم‌ها
  • فهرست برنامه‌ها
  • فهرست اختصارات
  • مروری بر پیشینه اﻣﻨﯿﺖ ﻻﯾﻪ ﻓﯿﺰﯾﮑﯽ
    • مقدمه
    • مروری بر پیشینه حوزه PLS
      • رویکرد های برقراری امنیت در لایه فیزیکی
      • معیارهای ارزیابی امنیت لایه فیزیکی
        • ﻧﺮخ/ﻇﺮﻓﯿﺖ ﻣﺤﺮﻣﺎﻧﻪ
        • احتمال قطعی محرمانه
        • توان مصرفی
        • بهره‌وری انرژی
      • امنیت لایه فیزیکی در شبکه های ارتباطی
        • امنیت لایه فیزیکی در شبکه های ارتباطی نقطه به نقطه
        • امنیت لایه فیزیکی در شبکه های مشارکتی
      • طرح های رله در شبکه های مشارکتی محرمانه
        • رﻟﻪ ﮐﺮدن ﯾﮏﺳﻮﯾﻪ-دوﻃﺮﻓﻪ ﻧﺎﻫﻤﺰﻣﺎن
        • رﻟﻪ ﮐﺮدن دوﺳﻮﯾﻪ-دوﻃﺮﻓﻪ ﻧﺎﻫﻤﺰﻣﺎن
        • رﻟﻪ ﮐﺮدن دوﻃﺮﻓﻪ ﻫﻤﺰﻣﺎن
        • رﻟﻪ ﮐﺮدن ﻣﺸﺎرﮐﺘﯽ
    • اﻫﺪاف رساله
    • ﺳﺎﺧﺘﺎر رساله
    • ﺧﺮوﺟﯽ ﻫﺎی رساله
  • امنیت در شبکه های دسترسی چندگانه
    • مقدمه
    • دسترسی چندگانه نامتعامد (NOMA)
      • محرمانگی در برابر شنودگر خارجی
      • محرمانگی در برابر شنودگر داخلی
      • محرمانگی در برابر شنودگر داخلی و خارجی
    • دسترسی چندگانه تقسیم نرخ (RSMA)
  • امنیت لایه فیزیکی در شبکه‌های فروسوی مشارکتی مبتنی بر تقسیم نرخ با رویکرد انصاف محرمانه
    • مقدمه
    • بیان مسأله
      • مدل سیگنال RS ارسالی
      • تعریف و مدلسازی ضرائب کانال
    • محاسبه ظرفیت کانال
      • ظرفیت واقعی کانال
      • نرخ قابل حصول اطلاعات
    • روش پیشنهادی مقاوم برای بیشینه نمودن WCSR
      • فرمول‌بندی مسأله
      • راه حل مبتنی بر SPCA
        • خطی سازی تابع هدف و قیود نامحدب
      • جمع‌بندی روش پیشنهادی مبتنی بر SPCA
    • شبیه سازی ﻋﺪدي و ﺗﻔﺴﯿﺮ ﻧﺘﺎﯾﺞ
    • نتیجه گیری
  • امنیت لایه فیزیکی در شبکه‌های فروسوی مشارکتی مبتنی بر تقسیم نرخ با رویکرد بهره‌وری انرژی محرمانه
    • مقدمه
    • بیان مسأله
    • بهره وری انرژی محرمانه (SEE)
      • تعیین ماتریس تخصیص کاربر-زیرکانال
      • مسأله ICOP
      • کنترل توان زیرحامل‌ها (PCP)
      • تحلیل پیچیدگی
    • شبیه سازی عددی و تفسیر نتایج
    • نتیجه گیری
  • امنیت لایه فیزیکی در شبکه‌های فراسوی مبتنی بر تقسیم نرخ با رویکرد گذردهی محرمانه
    • مقدمه
    • بیان مسأله
      • تعریف کانال فراسو و مدلسازی خطای تخمین کانال
      • خوشه بندی تحت خطای CSI
      • مدلسازی مسأله
    • استخراج COP و SOP
      • رویکرد کلی حل مسأله
      • تحلیل پیچیدگی
      • تحلیل همگرایی
      • شبیه سازی عددی و تفسیر نتایج
    • نتیجه گیری
  • نتیجه‌گیری و پیشنهادات آینده
    • فصل سوم: امنیت لایه فیزیکی در شبکه‌های چندگانه دسترسی
      • فصل چهارم: بهره‌وری انرژی محرمانه
      • فصل پنجم: بهبود گذردهی محرمانه
    • جمع‌بندی کلی پژوهش
    • نتایج اصلی پژوهش
    • محدودیت‌های پژوهش
    • پیشنهادات برای پژوهش‌های آینده
    • نتیجه‌گیری نهایی
  • کتاب‌نامه
  • اثبات قضایا و لم‌های فصل 3
    • اثبات روابط (3.25) و (3.27)
    • اثبات لم 3.4.1
    • اثبات لم 3.4.3
    • اثبات لم 3.4.5
    • اثبات لم 3.4.6
  • اثبات قضایا و لم‌های فصل 4
    • اثبات قضیه 4.3.1
    • اثبات رابطه (4.6)-C1
    • اثبات رابطه (4.6)-C3
  • اثبات قضایا و لم‌های فصل 5
    • استخراج رابطه (5.11)
    • استخراج رابطه (5.12)
    • استخراج رابطه (5.13)
  • واژه‌نامهٔ فارسی به انگلیسی
  • واژه‌نامهٔ انگلیسی به فارسی
...see more