31871

بهينه‌سازي نرخ محرمانگي در سيستم‌هاي دسترسي چندگانه با تقسيم نرخ

كارشناسي ارشد

مهندسي برق گرايش امن و رمزنگاري

1400

1403/07/10

دكتر سيد محمد رضوي‌زاده

-

برق

امنيت لايه فيزيكي به‌عنوان يكي از روش‌هاي مؤثر در جلوگيري از شنود اطلاعات در شبكه‌هاي بي‌سيم، به‌ويژه در حضور شنودگران فعال، اهميت ويژه‌اي يافته است. روش دسترسي چندگانه با تقسيم نرخ به‌دليل تقسيم پيام به بخش‌هاي مشترك و خصوصي براي كاربران، قابليت بهبود امنيت را با ايجاد تفاوت در نحوه دسترسي به اين بخش‌ها دارا است. هدف اصلي اين پژوهش، بيشينه‌سازي نرخ محرمانگي سيستم در حالي است كه قيود مرتبط با توان فرستنده و نرخ حداقلي كاربران رعايت شود. در اين پژوهش، پس از مدل‌سازي كانال بي‌سيم و پارامترهاي مرتبط با سيستم دسترسي چندگانه با تقسيم نرخ، مسئله بهينه‌سازي طراحي شده و به‌دليل نامحدب بودن، از روش گراديان نزولي تصادفي براي حل آن استفاده شده است. برخلاف روش‌هاي موجود كه مبتني بر اطلاعات دقيق كانال هستند، در اين پژوهش از تقريب اميد رياضي براي تخمين پارامترها استفاده شده است. همچنين، گراديان‌هاي لازم براي نرخ محرمانگي نسبت به بردارهاي پيش‌كدگذاري به‌طور تحليلي استخراج و به‌صورت بسته ارائه شده است، كه اين فرمول‌بندي مي‌تواند براي حل مسائل مشابه نيز مفيد واقع شود. نتايج شبيه‌سازي‌ها نشان داده‌اند كه روش پيشنهادي در بهينه‌سازي نرخ محرمانگي عملكرد قابل‌توجهي دارد و توانسته است در شرايط مختلف شبكه، نتايج مطلوبي ارائه داده و 72/87 درصد بهبود ايجاد كرده است. به‌ويژه، در شرايطي كه سيستم با عدم قطعيت‌هاي كانال مواجه است، استفاده از روش گراديان نزولي تصادفي به بهبود عملكرد و دستيابي به پاسخ‌هاي زير بهينه كارآمد منجر شده است. در اين پژوهش بهينه‌سازي بردارهاي پيش‌كدگذاري در سيستم‌هاي دسترسي چندگانه با تقسيم نرخ براي بيشينه‌سازي نرخ محرمانگي انجام شده است و امكان توسعه و بهبود اين روش در آينده، با استفاده از تكنيك‌هاي پيشرفته‌تر مانند يادگيري ماشين و الگوريتم‌هاي بهينه‌سازي پيشرفته، وجود دارد.

1403/10/16

Secrecy Rate Optimization in Rate Splitting Multiple Access

10/1/2025 12:00:00 AM

Physical Layer Security as an effective method for preventing eavesdropping in wireless networks, especially in the presence of active eavesdroppers, has gained significant importance. The Rate-Splitting Multiple Access (RSMA) method, due to its ability to split messages into common and private parts for users, enhances security by creating differences in access to these parts. This research primarily aims to maximize the secrecy rate of the system while ensuring compliance with constraints related to the transmitter's power and the users' minimum rate requirements. In this study, after modeling the wireless channel and the parameters related to the RSMA system, an optimization problem is formulated. Due to the problem's non-convex nature, the Stochastic Gradient Descent (SGD) method is employed to solve it. Unlike existing methods that rely on precise channel information, this research uses the expected approximation to estimate parameters. Furthermore, the gradients of the secrecy rate with respect to the precoding vectors are analytically derived and presented in closed form, which can be beneficial for solving similar problems. Simulation results demonstrate that the proposed method performs significantly in optimizing the secrecy rate, achieving desirable results in various network conditions with a 72.87% improvement. Specifically, under channel uncertainty, the use of the SGD method improves performance and achieves efficient sub-optimal solutions. This research optimizes precoding vectors in RSMA systems to maximize the secrecy rate and highlights the potential for further development and improvement using advanced techniques such as machine learning and advanced optimization algorithms in the future.

امنيت لايه فيزيكي , تقسيم نرخ , بهينه‌سازي , نرخ محرمانگي , گراديان نزولي تصادفي

Physical Layer Security , Rate Splitting , Optimization , Secrecy Rate , Stochastic Gradient Descent

Yasamin Diba

Dr. Mohammad Razavizadeh