30114

امنيت لايه فيزيكي در شبكه‌هاي بي‌سيم مبتني بر پهپاد با حضور سطوح بازتابي هوشمند و شنود گرهاي هوايي

كارشناسي ارشد

مهندسي برق گرايش مخابرات امن و رمزنگاري

1399

1402/7/9

دكتر سيد محمد رضوي زاده

-

مهندسي برق

يك سطح بازتابي هوشمند (IRS ) مي‌تواند به طور هوشمند دامنه، فركانس، فاز و حتي قطبش را از طريق بازتاب‌هاي غيرفعال و بدون نياز به زنجيره‌هاي فركانس راديويي (RF ) پيكربندي كند. پيش‌بيني مي‌شود كه اين يك فناوري انقلابي با قابليت تغيير ارتباطات بي‌سيم براي افزايش راندمان طيف و انرژي با هزينه كم و مصرف انرژي كم باشد. به طور مشابه، ارتباطات وسيله نقليه هوايي بدون سرنشين (UAV ) به دليل تحرك بالا، استقرار انعطاف‌پذير و ادغام آسان با ساير فناوري‌ها، موردتوجه محققان قرار گرفته است. بااين‌حال، ارتباطات پهپاد مي‌تواند در سناريوهايي با موانع و شنود مواجه شود. اخيراً پيش‌بيني‌شده است كه IRS و پهپاد مي‌توانند با هم تركيب شوند تا به فرصت‌هاي بي‌نظيري در محيط‌هاي با پيچيدگي بالادست يابند. هر دو فناوري مي‌توانند با تغيير انتشار بي‌سيم از طريق كنترل و بازتاب سيگنال هوشمند در فضاي سه‌بعدي، عملكرد بهتري داشته باشند. اين پايان نامه به طور خلاصه ارتباطات پهپاد به كمك IRS را مورد بحث قرار مي دهد. ادبيات موجود در مورد اين موضوع تحقيقاتي نوظهور را براي سناريوهاي زميني و هوايي بررسي مي كنيم. همچنين چندين فناوري در حال ظهور و سناريوهاي كاربردي براي شبكه هاي بي‌سيم آينده را برجسته مي‌كنيم. اين مطالعه يك گام فراتر مي‌رود تا فرصت‌هاي تحقيقاتي را براي طراحي و بهينه‌سازي سيستم‌هاي بي‌سيم با ردپاي شنود و جمينگ انجام دهد. در اين پژوهش به بررسي عملكرد محرمانگي يك سيستم ارتباطي شامل يك گره زميني و يك پهپاد به كمك IRS، با حضور يك شنودگرهوايي و جمر پرداخته شده‌است. با توجه به پيچيدگي محاسبه نرخ محرمانگي، مسئله به سه زير بخش تقسيم شده است و به بهينه سازي سه بخش مسير پهپاد و همچنين مسائل شكل دهي پرتو فعال و غيرفعال به طور همزمان پرداخته شده است. حل تشكيل پرتو فعال در يك شكل بسته استخراج شده است كه اهميت رويكردهاي تحليلي را در حل مسئله برجسته مي كند. در زير مسئله دوم مقادير بهينه‌ي فازهاي عناصر بازتابندهIRS ، با ثابت فرض كردن مقادير بردارهاي شكل‌دهي پرتو ارسالي، محاسبه شده و هركدام از آنها با استفاده از يك تقريب محدب جايگزين شده اند. براي حل مسئله چالش برانگيز بهينه سازي مسير پهپاد كه به‌صورت غير محدب است رويكردي در نظر گرفته شده‌است كه با استفاده از تقريب محدب متوالي مسئله اوليه به يك مسئله محدب حد پايين تبديل شده‌است. در نتيجه مدل پيشنهادي ما، بر اساس تحقيقات نظري جامع، توانستيم به پيشرفت‌هاي قابل توجهي در عملكرد محرمانگي دست يابيم كه توانايي بالاي چنين مدلهايي را در كاربردهاي دنياي واقعي برجسته ميكند.

1402/09/02

Physical Layer Security in UAV-based Wireless Networks with the Presence of Intelligent Reflecting Surfaces and Aerial Eavesdroppers

9/30/2024 12:00:00 AM

An Intelligent Reflecting Surface (IRS) can intelligently configure the domain, frequency, phase, and even polarization through passive reflections without the need for radio frequency (RF) chains. This revolutionary technology is expected to change wireless communications by increasing spectrum efficiency and energy efficiency with low cost and low energy consumption. Similarly, unmanned aerial vehicle (UAV) communications have gained attention due to their high mobility, flexible deployment, and easy integration with other technologies. However, UAV communications can face obstacles and interference in certain scenarios. Recently, it has been predicted that IRS and UAV can be combined to achieve unique opportunities in highly complex environments. Both technologies can have better performance by dynamically changing wireless propagation through intelligent signal control and reflections in three-dimensional space. This thesis briefly discusses UAV communications using IRS. We review the existing literature on this emerging research topic for both ground and aerial scenarios. We also highlight several emerging technologies and application scenarios for future wireless networks. This study goes further to explore research opportunities for designing and optimizing wireless systems with interference and jamming. In this research, we investigate the secrecy performance of a communication system consisting of a ground node and a UAV-assisted IRS in the presence of an aerial eavesdropper and friendly jammer. Due to the complexity of calculating the secrecy rate, the problem is divided into three subproblems, and the optimization of the trajectory of the UAV and active and passive beamforming problems are addressed simultaneously. The solution for solving the challenging nonconvex optimization problem of the trajectory of the UAV is transformed into a lower-bound convex problem using sequential convex approximation. Consequently, our proposed model, based on comprehensive theoretical research, has achieved significant progress in secrecy performance, highlighting the high potential of such models in real-world applications.

سطوح بازتابي هوشمند , پهپاد , شنودگرهوايي , شكل‌دهي پرتو , بهينه سازي

Intelligent Reflecting Surface (IRS) , Unmanned Aerial Vehicle (UAV) , Aerial eavesdropper , Beamforming , Optimization

Hanieh Memarian

Dr. S. Mohammad Razavizadeh