Visibility region-based approaches in extra-large mimo systems for enhancing future wireless networks
Görünürlük bölgesi yaklaşımları ile geleceğin kablosuz ağlarını güçlendirmeye yönelik çok geniş mımo sistemleri
- Tez No: 1001614
- Danışmanlar: PROF. DR. HÜSEYİN ARSLAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Medipol Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mühendislik ve Doğa Bilimleri Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektrik Elektronik Mühendisliği ve Siber Sistemler Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Kablosuz ağlar, sinyallerin doğası gereği açık ortamda yayılması nedeniyle kimlik taklit (spoofing) saldırılarına karşı doğal olarak savunmasızdır. Bu durum, özellikle yoğun bağlantı, düşük gecikme ve yüksek veri hızlarının hedeflendiği yeni nesil haberleşme sistemlerinde güçlü ve çok katmanlı güvenlik mekanizmalarına duyulan ihtiyacı artırmaktadır. Geleneksel kriptografik yöntemler üst katmanlarda güvenlik sağlasa da anahtar yönetimi, gecikme ve hesaplama yükü gibi sınırlamalar nedeniyle tek başına yeterli değildir. Bu bağlamda fiziksel katman kimlik doğrulama (Physical Layer Authentication – PLA), kablosuz kanalın konuma ve ortama özgü uzamsal özelliklerini kullanarak cihaz kimliğini doğrulayan tamamlayıcı ve düşük gecikmeli bir güvenlik yaklaşımı olarak öne çıkmaktadır. Ekstra büyük çok girişli çok çıkışlı (XL-MIMO) sistemler, yakın-alan (near field) yayılım etkilerinin sınucu olarak klasik düzlemsel dalga varsayımının ötesine geçerek görünürlük bölgesi (Visibility Region – VR) kavramını ortaya çıkarmaktadır. VR, her kullanıcının veya saçılma yüzeyinin alıcı dizinin yalnızca belirli bir alt bölgesinde anlamlı güç oluşturması prensibine dayanır ve bu durum yüksek çözünürlüklü, konuma duyarlı benzersiz bir uzamsal imza üretir. Bu çalışma, VR yapısından elde edilen güç dağılımları ve demet-uzayı (beamspace) alanı özellikleri üzerinden ayırt edici kimlik doğrulama imzaları üreten VR tabanlı bir PLA çerçevesi önermektedir. Önerilen yöntem, yüksek tespit doğruluğu, düşük yanlış alarm oranı ve hesaplama açısından verimli bir yapı sunarak kimlik takliti saldırılarına karşı güçlü bir koruma sağlamaktadır. Ayrıca dinamik ortamlarda kullanıcı hareketliliği ve çevresel değişimlerin neden olduğu performans düşüşlerini telafi etmek amacıyla yapay zekâ destekli bir PLA yaklaşımı geliştirilmiştir. Uzamsal ve zamansal VR varyasyonlarını modellemek için bir evrişimsel sinir ağı (CNN) kullanılmış ve sistemin mobilite altında dahi kararlı ve güvenilir kimlik doğrulama gerçekleştirebildiği gösterilmiştir. Fiziksel katman güvenliğinin ötesinde, çalışma VR kavramını terahertz (THz) frekanslarında yakın-alan XL-MIMO sistemlerinde yüzey tanımlama problemine genişletmektedir. Yüzeye bağlı saçılma ve pürüzlülük etkileri VR modellemesine entegre edilerek güç–açı profilleri (Power–Angle Profiles – PAPs) elde edilmiş, pürüzsüz, orta ve pürüzlü yüzeylerin yüksek doğrulukla sınıflandırılması sağlanmıştır. Elde edilen bulgular, yüzey özelliklerinin düşük karmaşıklık korunurken sağlam NLoS bağlantıların kurulmasında kritik bir tasarım parametresi olduğunu ortaya koymaktadır.
Özet (Çeviri)
Wireless networks are inherently vulnerable to spoofing attacks due to the broadcast nature of signal propagation in open environments. This vulnerability becomes even more critical in next-generation communication systems that target massive connectivity, ultra-low latency, and high data rates, thereby increasing the need for robust and multi-layered security mechanisms. Although conventional cryptographic techniques provide security at higher layers, they may not be sufficient on their own due to limitations such as key management complexity, latency, and computational overhead. In this context, Physical Layer Authentication (PLA) has emerged as a complementary and low-latency security approach that leverages the location- and environment-dependent spatial characteristics of the wireless channel to verify device identity. Extremely Large-Scale Multiple-Input Multiple-Output (XL-MIMO) systems, operating under near-field propagation conditions, go beyond the classical planar wave assumption and introduce the concept of Visibility Regions (VRs). VRs arise as a consequence of near-field propagation effects, where each user or scattering surface contributes significant power only over a specific subregion of the receiver array. This phenomenon generates high-resolution, location-sensitive, and distinctive spatial signatures. This study proposes a VR-based PLA framework that exploits power distributions and beamspace domain characteristics derived from the VR structure to generate discriminative authentication signatures. The proposed method achieves high detection accuracy, low false alarm rates, and computational efficiency, thereby providing strong protection against spoofing attacks. Furthermore, to mitigate performance degradation caused by user mobility and environmental dynamics, an AI-assisted PLA approach is developed. A Convolutional Neural Network (CNN) is employed to model spatial and temporal variations of VRs, enabling stable and reliable authentication even under mobility conditions. Beyond physical layer security, this work extends the VR concept to the surface identification problem in near-field terahertz (THz) XL-MIMO systems. By incorporating surface-dependent scattering and roughness effects into VR modeling, Power–Angle Profiles (PAPs) are obtained, enabling accurate classification of smooth, moderately rough, and rough surfaces. The results demonstrate that surface characteristics is a critical design parameter for establishing robust NLoS links in near-field THz XL-MIMO systems while maintaining low computational complexity.
Benzer Tezler
- IEEE 1149.1 standardı kullanarak test edilebilir lojik devre tasarımı
Testable lojik circit design by using IEEE 1149.1 standard
A.BETÜL TUNCER
Yüksek Lisans
Türkçe
1992
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF. DR. AHMET DERVİŞOĞLU
- Orta Asya'da büyük güç bölgeselciliği: Avrasya Ekonomik Birliği, Yeni İpek Yolu ve İpek Yolu ekonomik kuşağı projeleri
Great power regionalism in central Asia: Eurasian economic union Versus new silk road Versus silk road economic belt projects
OTABEK OMONKULOV
Doktora
Türkçe
2019
Uluslararası İlişkilerÇanakkale Onsekiz Mart ÜniversitesiUluslararası İlişkiler Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÜROL BABA
- Bölge planlama pratiğinde alansal ve ağsal bölge diyalektiği: Plan bölge kapsamında ilişkili bölgenin tespitine yönelik model önerisi
Territorial- and network-based region dialectics in regional planning practice: A model proposal for the determination of“the relational regions”within the scope of“the plan region”
SİNEM DEDEOĞLU ÖZKAN
Doktora
Türkçe
2023
Şehircilik ve Bölge PlanlamaKaradeniz Teknik ÜniversitesiŞehir ve Bölge Planlama Ana Bilim Dalı
PROF. DİLEK BEYAZLI
- X-ışını fındık görüntülerinde kusur belirlemeye yönelik derin öğrenme tabanlı bir yaklaşım
A deep learning based approach for defect detection in x-ray hazelnut images
SULTAN MURAT YILMAZ
Doktora
Türkçe
2025
ZiraatSakarya ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SERAP ÇAKAR KAMAN
DR. ÖĞR. ÜYESİ ERKAN GÜLER
- Siyasi otoritenin olmadığı bölgelerde mülkiyet
Property in areas without political authority
CEREN CİHAN SOYSAL
Doktora
Türkçe
2025
Jeodezi ve Fotogrametriİstanbul Teknik ÜniversitesiGeomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HASAN HAKAN YAVAŞOĞLU