Вероятностный анализ безопасности беспроводной системы связи для канала типа Beaulieu-Xie с затенениями

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

В работе рассмотрена задача анализа безопасного сеанса на физическом уровне беспроводной системы связи в условиях многолучевого канала распространения сигнала и наличия канала утечки информации. Для обобщения эффектов распространения была выбрана модель канала Beaulieu-Xie с затенениями. Для описания безопасности процесса передачи информации использовалась такая метрика, как вероятность прерывания безопасного сеанса связи. В рамках исследования было получено аналитическое выражение вероятности прерывания связи. Проведён анализ её поведения в зависимости от характеристик канала и системы связи: среднего значения отношения сигнал-шум в основном канале и канале утечки, эффективного значение показателя потерь на пути распространения сигнала, относительного расстояния между законным приемником и прослушивающим приёмником и пороговой пропускной способности, нормированной на пропускную способность гладкого гауссова канала. Рассмотрены совокупности параметров, которые покрывают важные сценарии функционирования беспроводных систем связи. К ним относятся как глубокие замирания (отвечающие гиперрэлеевскому сценарию), так и малые замирания. Учитываются условия наличия существенной по величине компоненты прямой видимости и значительного количества многопутевых кластеров, затенения доминантной компоненты и многопутевость волн, а также всевозможные промежуточные варианты. Обнаружено, что величина энергетического потенциала, необходимого для гарантированной безопасной связи с заданной скоростью, определяется в первую очередь мощностью многопутевых компонент, а также наличие неснижаемой вероятности прерывания безопасного сеанса связи с ростом для каналов с сильным общим затенением компонент сигнала, что с практической точки зрения важно учитывать при предъявлении требований к величинам отношения сигнал/шум и скорости передачи данных в прямом канале, обеспечивающим желаемую степень безопасности беспроводного сеанса связи.

Об авторах

А. С Гвоздарев

Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова

Email: a.gvozdarev@uniyar.ac.ru
улица Советская 14

Т. К Артёмова

Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова

Email: artemova@uniyar.ac.ru
улица Советская 14

П. Е Патралов

Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова

Email: p.patralov1@stud.uniyar.ac.ru
улица Советская 14

Д. М Мурин

Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова

Email: d.murin@uniyar.ac.ru
улица Советская 14

Список литературы

  1. Kalyani V.L., Sharma D. IoT: machine to machine (M2M), device to device (D2D) internet of everything (IoE) and human to human (H2H): future of communication // Journal of Management Engineering and Information Technology (JMEIT). 2015. vol. 2. no. 6. pp. 17-23.
  2. Jurgen R.K. (ed.). V2V/V2I communications for improved road safety and efficiency. // SAE International. 2012.
  3. Lai K., Yanushkevich S.N., Shmerko V.P. Intelligent stress monitoring assistant for first responders // IEEE Access. 2021. vol. 9. pp. 25314-25329.
  4. Shrestha R. et al. Evolution of V2X communication and integration of blockchain for security enhancements // Electronics. 2020. vol. 9. no. 9. p. 1338.
  5. Qian Y., Ye F., Chen H.-H. Security in V2X communications // Security in Wireless Communication Networks, IEEE, 2022. pp. 311-331. doi: 10.1002/9781119244400.ch15.
  6. Hasan M. et al. Securing vehicle-to-everything (V2X) communication platforms // IEEE Transactions on Intelligent Vehicles. 2020. vol. 5. no. 4. pp. 693-713. doi: 10.1109/TIV.2020.2987430.
  7. Hamamreh J.M., Furqan H.M., Arslan H. Classifications and applications of physical layer security techniques for confidentiality: a comprehensive survey // IEEE Communications Surveys & Tutorials. 2018. vol. 21. no. 2. pp. 1773-1828. doi: 10.1109/COMST.2018.2878035.
  8. Sánchez J.D.V. et al. Survey on physical layer security for 5G wireless networks // Annals of Telecommunications. 2021. vol. 76. no. 3. pp. 155-174.
  9. Wu Y. et al. A survey of physical layer security techniques for 5G wireless networks and challenges ahead // IEEE Journal on Selected Areas in Communications. 2018. vol. 36. no. 4. pp. 679-695. doi: 10.1109/JSAC.2018.2825560.
  10. Probability distributions relevant to radiowave propagation modelling // Recommendations ITU-R P.1057-6 (08/2019). URL: https://www.itu.int/dms_pubrec/itu-r/rec/p/R-REC-P.1057-6-201908-I!!PDF-E.pdf
  11. Hyadi A., Rezki Z., Alouini M.S. An overview of physical layer security in wireless communication systems with CSIT uncertainty // IEEE Access. 2016. vol. 4. pp. 6121-6132. doi: 10.1109/ACCESS.2016.2612585.
  12. Li S. et al. Amount of secrecy loss: a novel metric for physical layer security analysis // IEEE Communications Letters. 2020. vol. 24. no. 8. pp. 1626-1630. doi: 10.1109/LCOMM.2020.2995731.
  13. Barros J., Rodrigues M.R.D. Secrecy capacity of wireless channels // 2006 IEEE international symposium on information theory. IEEE. 2006. pp. 356-360. doi: 10.1109/ISIT.2006.261613.
  14. Fadnis C., Katiyar B. Review of higher order statistics for selection combining scheme in Weibull fading channel // 2017 International Conference on Current Trends in Computer, Electrical, Electronics and Communication (CTCEEC). IEEE. 2017. pp. 648-651. doi: 10.1109/CTCEEC.2017.8455182.
  15. Peppas K.P., Nistazakis H.E., Tombras G.S. An overview of the physical insight and the various performance metrics of fading channels in wireless communication systems // Advanced trends in wireless communications. 2011. pp. 1-22. doi: 10.5772/15028.
  16. Olutayo A., Cheng J., Holzman J.F. A new statistical channel model for emerging wireless communication systems // IEEE Open Journal of the Communications Society. 2020. vol. 1. pp. 916-926. doi: 10.1109/ojcoms.2020.3008161.
  17. Gvozdarev A.S. A novel unified framework for energy-based spectrum sensing analysis in the presence of fading // Sensors. 2022. vol. 22. no. 5. pp. 1742. doi: 10.3390/s22051742.
  18. Olutayo A., Cheng J., Holzman J.F. Performance bounds for diversity receptions over a new fading model with arbitrary branch correlation // EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking. 2020. vol. 2020. no. 1. pp. 1-26.
  19. Wyner A.D. The wire-tap channel // Bell system technical journal. 1975. vol. 54. no. 8. pp. 1355-1387. doi: 10.1002/j.1538-7305.1975.tb02040.x.
  20. Liang Y. et al. Information theoretic security // Foundations and Trends in Communications and Information Theory. 2009. vol. 5. no. 4–5. pp. 355-580.
  21. Liu R. Securing wireless communications at the physical layer. New York, NY, USA: Springer, 2010. vol. 7.
  22. Olver F.W.J. et al. NIST digital library of mathematical functions, release 1.0.22. 2019. URL: http://dlmf.nist.gov/ (дата обращения: 1.07.2022).
  23. Beaulieu N.C., Xie J. A novel fading model for channels with multiple dominant specular components // IEEE Wireless Communications Letters. 2014. vol. 4. no. 1. pp. 54-57. doi: 10.1109/LWC.2014.2367501.
  24. Cho Y. S. et al. MIMO-OFDM wireless communications with MATLAB. John Wiley & Sons, 2010.
  25. Li Z. et al. Enhancing indoor mmWave wireless coverage: small-cell densification or reconfigurable intelligent surfaces deployment? // IEEE Wireless Communications Letters. 2021. vol. 10. no. 11. pp. 2547-2551. doi: 10.1109/LWC.2021.3106821.
  26. Gvozdarev A.S., Patralov P.E., Artemova T.K., Murin D.M. Reconfigurable intelligent surfaces’ impact on the physical layer security of the Beaulieu-Xie shadowed fading channel // 2022 International Symposium on Networks, Computers and Communications (ISNCC). 2022. pp. 1-5.
  27. Bender C.M., Orszag S., Orszag S.A. Advanced mathematical methods for scientists and engineers I: Asymptotic methods and perturbation theory. // Springer Science & Business Media. 1999. vol. 1.
  28. Shannon C.E. Communication theory of secrecy systems // The Bell system technical journal. 1949. vol. 28. no. 4. pp. 656-715.
  29. Frolik J. A case for considering hyper-Rayleigh fading channels // IEEE transactions on wireless communications. 2007. vol. 6. no. 4. pp. 1235-1239. doi: 10.1109/TWC.2007.348319.
  30. Samimi M.K. et al. 28 GHz millimeter-wave ultrawideband small-scale fading models in wireless channels // 2016 IEEE 83rd Vehicular Technology Conference (VTC Spring). IEEE. 2016. pp. 1-6. doi: 10.1109/VTCSpring.2016.7503970.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».