ارزيابي عملكرد محرمانگي شبكه‌ رله‌ اي بافردار راديو شناختي در كانال هاي محو شدگي رايلي

Secrecy Performance Evaluation of a Buffer-Aided Cognitive Relay Network over Rayleigh Fading Channels

در اين مقاله، امنيت لايه فيزيكي در شبكه رله ‌اي بافردار راديو شناختي كه از روش لايه زيرين طيف استفاده مي‌ كند، بر روي كانال‌ هايي با محو شوندگي رايلي مورد بررسي و ارزيابي قرار مي ‌گيرد. در اين شبكه راديو شناختي، ارسال اطلاعات از فرستنده به گيرنده، از طريق رله مجهز به بافر و در حضور شنودگر غيرفعال با قابليت شنود اطلاعات صورت مي‌ گيرد. براي ارزيابي ميزان امنيت اطلاعات تبادلي، احتمال قطع محرمانگي به‌ عنوان معياري مهم براي ارزيابي عملكرد محرمانگي شبكه در لايه فيزيكي در نظر گرفته ‌شده و رابطه رياضي احتمال قطع محرمانگي به‌ صورت فرم بسته به دست مي ‌آيد. نتايج عددي حاصل از رابطه رياضي احتمال قطع محرمانگي با روش‌ مونت-كارلو براي ارزيابي امنيت لايه فيزيكي سيستم مورد نظر به ازاي پارامترهاي مختلف آورده مي‌ شود. همچنين تأثير وجود بافر نيز در اين سيستم، ارزيابي مي ‌گردد. با بررسي نتايج، ملاحظه مي‌ شود كه صرف ‌نظر از تأخير به وجود آمده توسط بافر، وجود بافر در رله و افزايش طول آن از L=2 به L=20 موجب كاهش احتمال قطع محرمانگي سيستم از 0.01 به 0.001 مي ‌شود. اين كاهش بيانگر بهبود 10 برابري احتمال قطع محرمانگي است. همچنين نشان داده شده است كه براي احتمال قطع 0.001، رله بافردار حدود 3 dB نسبت به حالت بدون بافر عملكرد بهتري از لحاظ نسبت سيگنال به نويز دارد.

In this paper, we investigate the physical layer security performance of a buffer-aided cognitive relay network over Rayleigh fading channels, where an underlay cognitive radio system is employed. In this network, a cognitive transmitter communicates with a cognitive receiver through a buffer-aided relay, in the presence of an eavesdropper overhearing the transmitted information. To evaluate the secrecy performance of the system, secrecy outage probability (SOP) has been used as a popular performance metric, where a closed-form expression is obtained. Numerical results obtained from the derived SOP expression, along with the Monte-Carlo simulation results are provided to evaluate the secrecy performance of the system under different system parameters. In addition, the secrecy performance of the system without buffer is evaluated and compared with that of the buffer-aided system. Assuming that the delay caused by buffer is negligible, it is shown that increasing the buffer size from L=2 to L=20 leads to a decrease in SOP from 10-2 to 10-3, indicating a performance improvement in the order of about 10. Moreover, buffer-aided relay system achieves 3 dB SNR gain compared to the performance of the system without buffer, at the SOP of 10-3.