بهبود امنیت لایه فیزیکی در شبکه های ارتباطی تغذیه شونده بی سیم با استفاده از سطوح بازتابنده هوشمند و جمینگ کنترل شده برای کاربردهای اینترنت اشیای نسل ششم

در این مقاله، یک چارچوب جدید برای بهبود امنیت لایه فیزیکی (PLS) در شبکه های ارتباطی تغذیه شونده بی سیم (WPCN) با بهره گیری هم زمان از سطح بازتابنده هوشمند (IRS) و جمینگ کنترل شده در سناریوهای آینده ی شبکه های ۶G و کاربردهای اینترنت اشیا (IoT) پیشنهاد می شود. در نسل ششم ارتباطات بی سیم، حضور انبوه گره های IoT کم مصرف و نیاز هم زمان به بازدهی انرژی بالا و امنیت اطلاعات، طراحی طرح های دسترسی و تغذیه ی انرژی را بسیار چالش برانگیز کرده است. بیشتر مطالعات پیشین، تنها از IRS برای شکل دهی کانال و تضعیف نسبی کانال استراق سمع کننده بهره گرفته اند که در حضور کانال قوی برای استراق سمع کننده یا عدم قطعیت در CSI، کارایی محدودی دارد. در این مقاله، یک Jammer تغذیه شونده بی سیم در کنار IRS در نظر گرفته می شود که انرژی خود را از فاز انتقال انرژی بی سیم (WET) دریافت کرده و در فاز انتقال اطلاعات (WIT)، تداخل کنترل شده ای را در جهت استراق سمع کننده ایجاد می کند؛ به گونه ای که کانال کاربر قانونی حداقل تداخل را تجربه کند. برای این منظور، یک مساله بهینه سازی بیشینه سازی مجموع نرخ محرمانگی فرمول بندی می شود که در آن، زمان بندی WET/WIT، بردار پرتو دهی H-AP، ضرایب فاز IRS در لینک داون لینک و آپ لینک، و توان جمینگ به طور مشترک بهینه می شوند. با توجه به غیرمحدب بودن مساله، یک الگوریتم بهینه سازی تناوبی مبتنی بر برنامه ریزی نیمه معین (SDP)، تقریب محدب متوالی (SCA) و جستجوی دودویی برای زمان بندی ارائه می شود که به یک حل شبه بهینه با همگرایی تضمین شده منتهی می گردد. نتایج شبیه سازی نشان می دهند که طرح پیشنهادی نسبت به طرح های مرجع بدون IRS، بدون جمینگ، و یا طرح های با زمان بندی ثابت، بهبود قابل توجهی در مجموع نرخ محرمانگی و کارایی انرژی ایجاد می کند و گزینه ای مناسب برای WPCNهای نسل بعدی در سناریوهای پرکاربر IoT به شمار می آید.

کلیدواژه ها:

امنیت لایه فیزیکی ، سطح بازتابنده هوشمند (IRS) ، شبکه های ارتباطی تغذیه شونده بی سیم (WPCN) ، جمینگ کنترل شده ، شبکه های نسل ششم (۶G) ، اینترنت اشیا (IoT) ، بهینه سازی تناوبی ، نرخ محرمانگی