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한국통신학회논문지

Time Switching-based Relaying for Maximizing Secrecy Capacity

Kisong Lee, Hyun-Ho Choi

Published Oct 31, 2017• 0 citations
Publisher

Abstract

무선 RF 신호로부터 전력을 수집하는 RF 에너지 하베스팅은 향후 센서의 무전원화를 가능하게 하는 기술로써 최근 큰 관심을 받고 있다. 본 논문에서는 무전원 릴레이가 존재하는 2-hop 네트워크에서 물리계층 보안을 최대화하기 위한 시간 전환 기반 relaying 기법을 제안한다. 다양한 시뮬레이션 환경에서 기존 방안과의 비교를 통해, 제안 방안이 도청자의 도청을 막아 최적의 보안 용량을 달성함을 보인다.

DOI
10.7840/kics.2017.42.10.1955

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무선 RF 신호로부터 전력을 수집하는 RF 에너지 하베스팅은 향후 센서의 무전원화를 가능하게 하는 기술로써 최근 큰 관심을 받고 있다. 본 논문에서는 무전원 릴레이가 존재하는 2-hop 네트워크에서 물리계층 보안을 최대화하기 위한 시간 전환 기반 relaying 기법을 제안한다. 다양한 시뮬레이션 환경에서 기존 방안과의 비교를 통해, 제안 방안이 도청자의 도청을 막아 최적의 보안 용량을 달성함을 보인다.
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본 논문에서는 비신뢰적 노드의 에너지 하베스팅 요구량을 보장해주면서 동시에 잠재적 도청을 막기 위한 전력 분할 기반 보안 릴레이를 제안하였다. 보안 전송률 최대화를 위한 최적의 전력 분할 비율을 찾는 최적화 문제를 수식화하고, 시뮬레이션을 통해 최적의 전력 분할 비율을 찾았다. 전력 분할 기반 보안 릴레이에서는 수신한 신호의 0.9 이상의 비율을 에너지 하베스팅 하는 것이 보안 성능을 향상시킴을 보였다.
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본 논문에서는 시간에 따른 채널의 변화로 인한 오차가 존재하는 무선 환경에서 센서의 전원 부족 문제와 보안문제를 동시에 해결하기 위해 파워 분할 기반의 릴레이 프로토콜을 제안한다. 릴레이는 비신뢰성을 갖는 잠재적 도청자이며, 전원이 없어 외부의 RF 신호로부터 에너지를 하베스팅한다. 또한, 릴레이가 발신원으로부터 전송되는 정보를 해석하는 것을 막기 위해 목적지는 발신원이 정보를 전송하는 동안 방해 전파를 전송한다. 시간에 따라 채널이 변하지 않는다면 목적지는 릴레이 신호로부터 방해 전파를 완벽하게 제거하여 발신원의 정보를 정확히 해석할 수 있지만, 그렇지 않은 경우는 제거되지 않은 잔여 방해 전파가 남아 목적지의 수신 성능을 열화 시킨다. 이러한 상황에서 보안 성능 지표인 아웃티지 확률을 도출하고, 이를 최적화 할 수 있는 방해 전파 비율 및 파워 분할 비율을 찾는다. 다양한 환경에서 시뮬레이션을 통해 제안 방안이 기존 방안에 비해 보안 성능을 개선함을 보인다.
본 논문에서는 비신뢰 전이중 중계기가 존재하는 다중사용자 중계 네트워크에서 보안 전송을 위한 중계 프로토콜 및 사용자 스케줄링 기법을 제안한다. 제안 기법은 중계 프로토콜을 고려한 수학적 분석에 기반하여 매 순간 최적의 보안 전송률(secrecy rate)을 달성할 수 있도록 사용자를 선택하고 인공잡음을 생성한다. 모의실험을 통해 제안 기법의 보안 성능을 보안 전송률 관점에서 평가한다.
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