Multiple antenna based physical layer security wireless systems
Kablosuz sistemlerde çoklu anten tabanlı fiziksel katman güvenliği
- Tez No: 473194
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. BERNA ÖZBEK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 85
Özet
Son on yılda, kablosuz hizmetler için talep benzeri görülmemiş oranlarda artmaktadır. Günümüzde kablosuz iletişim hayatımızın ayrılmaz bir parçasıdır. Kablosuz iletim popülaritesine rağmen telsiz yayılımının doğası gereği saldırılara karşı savunmasızdır. Bu nedenle, kablosuz ağlarda iletişim güvenliği her zamankinden daha kritik hale gelmektedir. Geleneksel olarak, şifreleme teknikleri ağ protokollerinin üst katmanlarında güvenlik amacıyla kullanılır. Geleneksel şifreleme tekniklerine bir tamamlayıcı olarak fiziksel katman güvenliği, kablosuz iletişimin güvenliğini sağlamak için kablosuz kanalların rastlantısallık özelliklerini kullanır. Amaç, gizli dinleyicilerin ele geçirebileceği bilgi miktarını iletişim kanallarına özgü rastlantısallığı kullanarak sınırlamaktır. Fiziksel katman güvenliği tasarımı, üst katmanlardaki güvenlik tekniklerinin aksine gizli dinleyicinin sınırlı hesaplama gücüne sahip olduğu öncülüne dayanmamaktadır. Aksine, gizli dinleyici sonsuz bir hesaplama gücüne sahip olabilir. Güvenli iletişim uygun kod kitapçığı, hüzmeleyici tasarımı ve ayrıca mevcut kanal durumu bilgisinin kullanımı ile sağlanabilir. Fiziksel katman güvenlik yöntemleri, üst katman şifreleme tekniklerinden bağımsız olarak çalışabilir. Böylelikle, mevcut iletişim sistemlerinin gizliliğini arttırmak için fiziksel katman güvenlik teknikleri kullanılabilir. Bu tezde, özellikle sınırlı geri bildirimli çok kullanıcılı çoklu antenli sistemlerde fiziksel katman güvenlik geliştirme mekanizmaları incelenmiştir. Durağan ve zamanla ilintili sönümlü kanallar gibi farklı kanal koşullarına sahip gizlilik kaygısı altında çalışan dört farklı sistem modeli incelenmiştir. Herhangi bir potansiyel gizli dinleyicinin algısını bozmak için yapay gürültü hüzlemeyicisi kullanılmıştır. Vericinin mükemmel kanal durum bilgisine sahip olamamasının ve sınırlı kanal durum bilgisinin neden olduğu yapay gürültü sızıntısının etkileri analiz edilmiştir. Tez, özel kod kitapçığı tasarımı ve uygun hüzmeleyici ile birlikte alıcı tarafında seçim kriterini kullanarak geri besleme yükünde bir azalma önermektedir. Yaklaşımımız, uygun kanal koşullarına sahip kullanıcıları seçerek ve kanal yönü bilgilerini özel bir kod kitapçığıyla nicemleyerek kablosuz iletişim güvenliğini güçlendirebilmektedir. Ayrıca, verici tarafında gizli dinleyicinin kanalı bilinmediğinden, kullanıcılar arası girişim bir güvenlik yöntemi olarak kullanılmıştır. Benzetim çalışmaları sonuçları, erişilebilir güvenlik kapasitelerini inceleyerek önerilen fiziksel güvenlik mekanizmalarının uygulanabilirliğini göstermektedir.
Özet (Çeviri)
In the last decade, the demand for wireless services increases at unprecedented rates. Due to the inherent open nature of radio propagation, wireless transmission is vulnerable to various attacks despite its popularity. Therefore, communication security in wireless networks is becoming more critical than ever. Conventionally, cryptographic techniques are deployed on upper layers of network protocols as a solution. As a complement to the traditional cryptographic techniques, physical layer (PHY) security exploits the characteristics of wireless channels to enable secure wireless communications. The aim is to limit the amount of information that can be extracted by any unauthorized users via utilizing inherent randomness of noise and communication channels. The design of PHY security schemes is not based on the premise that eavesdropper has limited computational power contrary to upper layer secrecy techniques. In fact, the eavesdropper may have infinite computational power. Nevertheless, secure communication can be achieved by the combination of appropriate coding and transmit precoding design with the usage of available channel state information. PHY security methods can work independently from upper layer encryption techniques. Thus, PHY security techniques can be used to leverage the secrecy of already existing communication systems. In this thesis, PHY security enhancement mechanisms, especially in multiuser multiple antenna systems with a limited feedback link are investigated. Four different system models under secrecy consideration with different channel conditions including quasi-static fading channels, temporally correlated fading channels are presented. In order to disrupt the reception of any potential eavesdropper, artificial noise (AN) beamforming scheme is employed. The effects of lack of perfect channel state information (CSI) at the transmitter and the AN leakage that is caused by limited CSIT are analyzed. The thesis proposes a reduction in feedback load using receiver side selection criterion with special codebook design and appropriate beamforming. Our approach is capable of enhancing the security of wireless communications by selecting the users with favorable channel conditions and quantizing channel direction information (CDI) by a special codebook. Also, inter-user interference is utilized as a jamming method when eavesdropper's CSI unknown by the transmitter. Simulation results demonstrate the feasibility of the proposed PHY security mechanisms by examining the achievable secrecy rates.
Benzer Tezler
- Physical layer security schemes for wireless communication systems
Kablosuz haberleşme sistemleri için fiziksel katman güvenliği şemaları
MARWAN YUSUF
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Medipol ÜniversitesiElektrik Elektronik Mühendisliği ve Siber Sistemler Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN ARSLAN
- Signal processing techniques for security enhancement of wireless networks at the physical layer
Sinyal işlem teknikleri için fiziksel katman kablosuz ağlarda güvenlik geliştirilmesi
MORTEZA SOLTANI
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Medipol ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği ve Siber Sistemler Ana Bilim Dalı
Prof. Dr. HÜSEYİN ARSLAN
Assist. Prof. Dr. TUNÇER BAYKAŞ
- Makine öğrenmesi tabanlı anten seçimi ve fiziksel katman güvenliği
Machine learning based antenna selection and physical layer security
BURAK ERDURAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Medeniyet ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ FİLİZ GÜRKAN GÖLCÜK
- Cooperative vehicular communication systems with physical layer security and noma techniques
Fiziksel katman güvenliği ve noma teknikleri ile işbirliklikli araçlar arası iletişim sistemleri
SEMİHA KOŞU
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİletişim Sistemleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LÜTFİYE DURAK ATA
DR. SERDAR ÖZGÜR ATA
- Advanced non-orthogonal and deep learning based communication techniques for future wireless communication systems
Gelecekteki kablosuz iletişim sistemleri için gelişmiş ortogonal olmayan ve derin öğrenme tabanlı iletişim teknikleri
MUHAMMAD FURQAN ZIA
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolAntalya Bilim ÜniversitesiElektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. JEHAD MAHMOUD AMIN HAMAMREH