Mở đầu, 03 chương, Kết luận và định hướng nghiên cứu, Danh mục công trình khoa học, Phụ lục và Tài liệu tham khảo. Phần mở đầu: Trình bày khái quát về mục đích và động cơ để lựa chọn hướng nghiên cứu. Xác định rõ mục tiêu, đối tượng, phạm vi nghiên cứu, sự cần thiết và ý nghĩa khoa học của đề tài nghiên cứu và các đóng góp chính của luận án. Chương 1: Tổng quan về các kiến thức cơ bản về mô hình kênh truyền trong mạng không dây, mô hình mạng và kỹ thuật truyền thông được sử dụng trong nghiên cứu của luận án.
Các khái niệm và nguyên lý cơ sở của lĩnh vực bảo mật thông tin tại tầng vật lý trong truyền thông không dây. Bên cạnh đó, trong phần này luận án đã khảo sát và trình bày tổng quan tình hình nghiên cứu, các công trình nghiên cứu liên quan của lĩnh vực bảo mật tầng vật lý và một số các hướng nghiên cứu tiêu biểu của lĩnh vực này. Các kiến thức này sẽ là cơ sở cho việc nghiên cứu, phân tích, đánh giá những kết quả chính được trình bày ở các chương sau của luận án. Chương 2: Đánh giá hiệu năng của truyền thông tin cậy và bảo mật thông tin trong mạng vô tuyến nhận thức.
Trong chương này, luận án đề xuất nghiên cứu hai mô hình mạng. Trong mô hình thứ nhất (mô hình 2.1), hoạt động của mạng thứ cấp phải đối mặt với tấn công nghe trộm trong khi vẫn phải đảm bảo các điều kiện ràng buộc về can nhiễu do mạng sơ cấp áp đặt. Từ đó, tác giả đã xây dựng các chính sách điều khiển công suất truyền tin cho mạng thứ cấp tương ứng với các kịch bản khác nhau của hệ thống. Bên cạnh đó, tác giả đề xuất một độ đo xác suất đánh giá hiệu suất truyền thông an toàn mới và sử dụng để đánh giá độ mức độ tin cậy và bảo mật trong truyền thông của mô hình mạng.
Với mô hình thứ hai (mô hình 2.2), Từ các phân tích, đánh giá rút ra trong mô hình thứ nhất. 9 Để khai thác các tính chất từ hiện tượng can nhiễu của các thiết bị phát của PU thành các giá trị hữu ích, nâng cao hiệu suất hoạt động và an toàn cho SU. Tác giả nghiên cứu về truyền thông tin cậy và bảo mật thông tin trong mạng CRN có sử dụng kỹ thuật thu hoạch năng lượng vô tuyến. Trong đó, tác giả đề xuất một cơ chế truyền thông và thu hoạch năng lượng cùng với một chiến lược phân bổ công suất và chọn kênh truyền thông cho mô hình hệ thống.
Cùng với đó, tính toán giá trị tối ưu cho tham số thời gian trong cơ chế thu hoạch năng lượng và truyền thông để tăng cường hiệu suất hệ thống. Mặt khác, với cách tiếp cận đánh giá hiệu năng khác, tác giả sử dụng các độ đo xác suất về lỗi gói tin và độ trễ gói tin trung bình để đánh giá hiệu năng hoạt động của hệ thống trong các điều kiện ràng buộc về bảo mật thông tin. Chương 3: Nghiên cứu sử dụng kỹ thuật truyền thông hợp tác và sử dụng kỹ thuật này nhằm cải thiện hiệu suất hoạt động và tăng cường khả năng bảo mật cho mạng CRN. Trong đó, luận án đề xuất nghiên cứu hai mô hình.
Mô hình thứ nhất (mô hình 3.1), tác giả nghiên cứu hiệu suất bảo mật của mô hình mạng CRN sử dụng kỹ thuật đa nút chuyển tiếp. Mặt khác, tác giả đánh giá hiệu suất hệ thống thông qua cách tiếp cận là khảo sát các điều kiện ràng buộc giới hạn dừng truyền thông của PU kết hợp với công suất truyền tin tối đa của SU. Cuối cùng, được phát triển mở rộng từ mô hình thứ nhất, mô hình thứ hai (mô hình 3.2) được nghiên cứu đánh giá hiệu suất bảo mật hệ thống với điều kiện ràng buộc kết hợp giữa điều kiện dừng bảo mật thông tin của SU và giới hạn can nhiễu của PU, trong đó giả định rằng vẫn tồn tại kênh truyền trực tiếp giữa nguồn và đích trong mạng thứ cấp. Mặt khác, phần này trình bày quá trình phân tích và xây dựng biểu thức tính toán tối ưu cho giá trị ngưỡng giới hạn bảo mật thông tin theo trạng thái của kênh truyền tin nhằm nâng cao khả năng bảo mật và QoS cho hệ thống.
Phần kết luận và định hướng nghiên cứu của luận án sẽ trình bày tóm lược những kết quả mới được công bố của các công trình trong luận án và ý nghĩa của các kết quả. Đồng thời đề xuất các hướng nghiên cứu tiếp theo của luận án. 10 Chương 1 KIẾN THỨC CƠ SỞ VÀ TỔNG QUAN Chương này tóm tắt tổng quan về mô hình kênh truyền, mô hình mạng sẽ được sử dụng trong nghiên cứu của luận án. Các khái niệm và nguyên lý cơ sở của lĩnh vực bảo mật thông tin tại tầng vật lý trong truyền thông không dây.
Bên cạnh đó, trong phần này cũng trình bày tổng quan tình hình nghiên cứu, một số công trình nghiên cứu liên quan và các hướng nghiên cứu tiêu biểu của lĩnh vực của lĩnh vực bảo mật tại tầng vật lý cho mạng không dây.1 Mô hình kênh truyền không dây Kênh truyền của mạng không dây là một môi trường điện từ trường mà trong đó các tín hiệu có thể lan truyền từ thiết bị phát đến thiết bị thu. Môi trường điện từ này bao gồm tất cả các đối tượng vật lý có thể ảnh hưởng đến đường truyền giữa máy phát và máy thu. Do đó, các yếu tố này ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của hệ thống mạng như dung lượng kênh, chính sách điều khiển công suất truyền tin, xác suất hiện và cảnh báo,. Trong phần này, luận án giới thiệu các đặc điểm chính của mô hình kênh truyền không dây được sử dụng trong luận án là pathloss và fading.1 Mô hình Pathloss Trong thực tế, điều kiện lý tưởng cho kênh truyền vô tuyến là không gian trống hiếm khi tồn tại do sự hiện diện của các chướng ngại vật trên trái đất như mô tả minh họa trong Hình 1.
Do đó, tín hiệu bị suy giảm theo khoảng cách hoặc bởi các vật thể lớn giữa thiết bị phát và thu như đồi núi, rừng, tòa nhà,. Bênh cạnh đó, chuyển động của các vật thể khác như ôtô, tàu hỏa, máy bay, người 11 sử dụng,. có thể gây ra sự biến đổi nhanh chóng tín hiệu của sóng vô tuyến. Kết quả là kênh truyền vô tuyến trở nên ngẫu nhiên và khó đoán hơn so với kênh truyền hữu tuyến.
Để tính toán ảnh hưởng của pathloss đối với công suất thu được tại máy thu , các mô hình phân tích và thực nghiệm pathloss khác nhau đã được nghiên cứu và phát triển [25, 68, 98]. Vì vậy, để phân tích chung, cân bằng các tham số môi trường đối với các hệ thống mạng không dây khác nhau, đơn giản hóa bằng cách sử dụng một mô hình đơn giản để thu được bản chất của tín hiệu mà không cần các mô hình pathloss phức tạp, chỉ cần xấp xỉ với kênh truyền thực tế. Do đó, một mô tả chung về công suất nhận được thường được sử dụng trong thiết kế hệ thống [68].1) d trong đó Pr và Pt lần lượt là công suất của tín hiệu thu và phát. a là một hằng số đơn vị phụ thuộc vào tính chất của ăng-ten, độ suy hao kênh trung bình, và các yếu tố vật lý khác.
Kí hiệu d và d0 biểu diễn độ dài đường truyền tín hiệu và khoảng cách tham chiếu từ ăng-ten đến vùng bức xạ trường xa của ăng-ten 2 (d0 ≥ 2D λ , trong đó D là độ lớn của ăng-ten, λ là bước sóng). ν là hệ số pathloss và giá trị của nó phụ thuộc vào môi trường truyền sóng (Bảng 1. Cuối cùng, ζ và s là hệ số đại diện mô hình fading hẹp và mô hình fading rộng trong môi trường truyền sóng. Trong đó, fading hẹp hay còn gọi là fading đa đường mô tả các dao động nhanh của biên độ và pha của tín hiệu trong khoảng thời gian ngắn hoặc sự thay đổi nhỏ vị trí trong không gian giữa thiết bị phát và thiết bị thu.
Nó là sự kết hợp hoặc triệt tiêu lẫn nhau của nhiều phiên bản tín hiệu được truyền từ nhiều đường khác nhau đến thiết bị thu. Fading rộng mô tả thay đổi công suất trung bình của tín hiệu nhận được tại thiết bị thu do ảnh hưởng các vật cản lớn như đồi núi, tòa nhà trong khoảng cách lớn giữa thiết bị phát và thiết bị thu [25, 83, 98].1, mô hình pathloss (PL) được định nghĩa như sau ν Pt 1 d PL = = (1.2) Pr aζs d0 Hay Pt d0 PL[dB] = 10 log10 = A + 10ν log10 (1.3) Pr d 12 trong đó A = −10 log10 a − 10 log10 ζ − 10 log10 s.1: Các cơ chế lan truyền sóng vô tuyến trong mạng không dây Môi trường truyền ν Không gian trống 2.0 Các cell nhỏ trong đô thị 2.5 Các cell lớn trong đô thị 3.5 Tòa nhà văn phòng (cùng tầng) 1.5 Tòa nhà văn phòng (các tầng khác nhau) 2.1: Hệ số path loss trong môi trường truyền khác nhau [25].2 Các mô hình thông kê cho kênh truyền đa đường Tổng quát, thuật ngữ fading được sử dụng để mô tả sự thăng giáng của tín hiệu thu được tại máy thu và được phân chia thành hai loại là fading hẹp và fading rộng như đã đề cập ở phần trên. Fading rộng dùng để miêu tả đặc trưng về cường độ trung bình của tín hiệu nhận được và mức độ suy hao của nó khi được truyền qua một vùng không gian rộng hoặc một khoảng cách lớn. Trái lại, 13 fading hẹp mô tả quá trình dao động nhanh của các tín hiệu thu được và pha của nó khi được truyền trong một phạm vi ngắn hoặc một chu kì thời gian ngắn [83].
Một cách lý tưởng là một mô hình hóa có thể tính toán được tất cả các quá trình vật lý tác động đến tín hiệu truyền từ thiết bị phát đến thiết bị thu. Tuy nhiên, do sự phức tạp của kênh truyền vô tuyến, nên rất khó có thể có một mô hình kênh truyền với các tham số đặc trưng cố định cụ thể để có thể mô hình hóa cho mọi kênh truyền vô tuyến. Để giải quyết vấn đề này, các mô hình thống kê là phù hợp để mô tả cho các kênh truyền fading, các mô hình thống kê thông dụng bao gồm các phân bố Rayleigh, Rician, Nakagami-m, Weibull và α − µ [25, 98, 105]. Việc áp dụng mô hình thống kê nào phụ thuộc vào từng loại môi trường truyền sóng vô tuyến cụ thể.