بهبود امنیت لایه فیزیکی در شبکه ۵G مبتنی بر عملکرد مشارکتی گره ها

با گسترش شبکه های بی سیم ۵G و نیاز به تبادل اطلاعات حساس، تامین امنیت به چالشی اساسی تبدیل شده است. روش های رمزنگاری سنتی، با وجود پیچیدگی الگوریتم ها، در برابر پیشرفت های فناوری آسیب پذیر هستند و برای تبادل کلیدهای رمزنگاری به کانال های ارتباطی امن نیاز دارند. این مقاله به بررسی راهکارهای امنیت لایه فیزیکی (PLS) می پردازد که با بهره گیری از ویژگی های ذاتی کانال های مخابراتی بی سیم، امکان تبادل امن داده ها را فراهم می آورد. سیستم پیشنهادی در این مقاله یک سیستم ارتباطی بی سیم چندآنتنه است که کاربران از طریق گره رله و در حضور گره استراق سمع کننده به تبادل امن اطلاعات می پردازند. برای مقابله با شنود، راهکار تداخل مشارکتی در دو فاز مجزا ارائه می شود که با شکل دهی پرتوی تداخل ساختگی و شکل دهی پرتوی دریافت اطلاعات، نسبت سیگنال به تداخل و نویز (SINR) را در گره استراق سمع کننده کاهش و در گره های مجاز افزایش می دهد. طراحی بهینه سیستم با روش آزادسازی نیمه معین (SDR) حل شده و طرح شکل دهی پرتوی ارسال اجبار به صفر (TZF) نیز برای مقایسه با عملکرد بهینه معرفی شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که طرح بهینه، نرخ محرمانگی متوسط را نسبت به طرح TZF و سیستم مرجع به ترتیب bps/Hz ۹۸/۱۱ و bps/Hz ۳۳/۱۶ بهبود داده و احتمال قطع لینک شنود را به ۸۱ درصد می رساند. در این میان، طرح TZF با عملکردی قابل قبول نسبت به سیستم مرجع، نرخ محرمانگی را به میزان bps/Hz ۳۵/۴ بهبود داده و احتمال قطع لینک شنود را به ۹/۰ درصد افزایش می دهد.

کلیدواژه ها:

امنیت لایه فیزیکی ، احتمال قطع لینک شنود ، تداخل مشارکتی و شکل دهی پرتو