Một nghiên cứu về bảo mật lớp vật lý cho hệ thống massive MIMO với điều kiện kênh Rician
228 lượt xemDOI:
https://doi.org/10.54939/1859-1043.j.mst.82.2022.21-29Từ khóa:
Massive MIMO; Bảo mật; Nghe lén; Phương pháp giải tích; Mô hình kênh Rician.Tóm tắt
Massive MIMO là một nền tảng cơ bản để phát triển mạng 5G nhờ kết hợp số lượng lớn các ăng ten tại cả phía thu và phía phát. Công nghệ này cung cấp giải pháp sử dụng phổ tần hiệu quả và tiết kiệm năng lượng truyền thông. Trên thực tế, hệ thống massive MIMO hỗ trợ hàng loạt các giải pháp ứng dụng IoT hiện nay khi xử lý được số lượng lớn các thiết bị đầu cuối. Tuy nhiên, mạng mật độ cao của các thiết bị IoT đem đến các thử thách mới về độ bảo mật của hệ thống. Nhất là mô hình kênh truyền thống không thực sự phù hợp với đặc tính kênh truyền mới của hệ thống như pha đinh theo kênh Rician. Vì vậy, bài báo này trình bày một phương pháp phân tích bảo mật mới để xác định và phát hiện kẻ nghe trộm trên lớp vật lý của các hệ thống massive MIMO theo điều kiện kênh Rican. Kết quả phân tích số chỉ ra rằng, mô hình đề xuất có thể phát hiện hiệu quả các cuộc tấn công vào lớp vật lý theo nhiều tình huống khác nhau và không cần đến thông tin cụ thể của kênh truyền.
Tài liệu tham khảo
[1]. E. G. Larsson, O. Edfors, F. Tufvesson, and T. L. Marzetta, "Massive MIMO for next-generation wireless systems," IEEE Commun. Mag., vol. 52, no. 2, pp. 186–195, (2014). DOI: https://doi.org/10.1109/MCOM.2014.6736761
[2]. Chataut, R., & Akl, R. “Massive MIMO Systems for 5G and Beyond Networks-Overview, Recent Trends, Challenges, and Future Research Direction”. Sensors (Basel, Switzerland), 20(10), 2753, (2020). DOI: https://doi.org/10.3390/s20102753
[3]. A.-S. Bana et al., "Massive MIMO for Internet of Things (IoT) connectivity", Phys. Commun., vol. 37, (2019). DOI: https://doi.org/10.1016/j.phycom.2019.100859
[4]. H. Q. Ngo, A. Ashikhmin, H. Yang, E. G. Larsson and T. L. Marzetta, "Cell-Free Massive MIMO Versus Small Cells," in IEEE Transactions on Wireless Communications, vol. 16, no. 3, pp. 1834-1850, (2017), doi: 10.1109/TWC.2017.2655515. DOI: https://doi.org/10.1109/TWC.2017.2655515
[5]. Wang Z, Zhang J, Bj ̈ornson E, et al. “Uplink performance of cell-free massive MIMO over spatially correlated Rician fading channels[J]”. IEEE Communications Letters, 25(4): pp. 1348-1352, (2020).
[6]. Jin S N, Yue D W, Nguyen H H. “Spectral and energy efficiency in cell-free massive MIMO systems over correlated Rician fading[J]”. IEEE System Journal, 15(2): 1-12, (2020).
[7]. H. He, X. Yu, J. Zhang, S. Song and K. B. Letaief, "Cell-Free Massive MIMO for 6G Wireless Communication Networks," in Journal of Communications and Information Networks, vol. 6, no. 4, pp. 321-335, (2021), doi: 10.23919/JCIN.2021.9663100. DOI: https://doi.org/10.23919/JCIN.2021.9663100
[8]. Butun, P. Österberg and H. Song, “Security of the Internet of Things: Vulnerabilities, Attacks, and Countermeasures,” in IEEE Communications Surveys & Tutorials, vol. 22, no. 1, pp. 616-644, (2020), doi: 10.1109/COMST.2019.2953364. DOI: https://doi.org/10.1109/COMST.2019.2953364
[9]. S. -N. Jin, D. -W. Yue and H. H. Nguyen, "Spectral and Energy Efficiency in Cell-Free Massive MIMO Systems Over Correlated Rician Fading," in IEEE Systems Journal, vol. 15, no. 2, pp. 2822-2833, (2021), doi: 10.1109/JSYST.2020.2993048. DOI: https://doi.org/10.1109/JSYST.2020.2993048
[10]. Pooja Singh, Aditya Trivedi, "NOMA and massive MIMO assisted physical layer security using artificial noise precoding," Physical Communication, Volume 39, 100977, ISSN 1874-4907, (2020). DOI: https://doi.org/10.1016/j.phycom.2019.100977
[11]. Singh, K.R., Trivedi, A. “Physical Layer Security for Wireless Powered Massive MIMO Decode and Forward Relay Systems with Hardware Impairments: Performance Analysis”. Wireless Pers Commun 112, pp. 1537–1547 (2020). DOI: https://doi.org/10.1007/s11277-020-07114-7
[12]. Kassaw, D. Hailemariam and A. M. Zoubirl, "Performance Analysis of Uplink Massive MIMO System Over Rician Fading Channel," 2018 26th European Signal Processing Conference (EUSIPCO), Rome, pp. 1272-1276, (2018), doi: 10.23919/EUSIPCO.2018.8553192. DOI: https://doi.org/10.23919/EUSIPCO.2018.8553192
[13]. Z. Wang, J. Zhang, E. Björnson and B. Ai, "Uplink Performance of Cell-Free Massive MIMO Over Spatially Correlated Rician Fading Channels," in IEEE Communications Letters, vol. 25, no. 4, pp. 1348-1352, (2021), doi: 10.1109/LCOMM.2020.3041899. DOI: https://doi.org/10.1109/LCOMM.2020.3041899
[14]. S. Wang, M. Wen, M. Xia, R. Wang, Q. Hao and Y. -C. Wu, "Angle Aware User Cooperation for Secure Massive MIMO in Rician Fading Channel," in IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol. 38, no. 9, pp. 2182-2196, (2020), doi: 10.1109/JSAC.2020.3000837. DOI: https://doi.org/10.1109/JSAC.2020.3000837
[15]. D. Kapetanovic, G. Zheng and F. Rusek, "Physical layer security for massive MIMO: An overview on passive eavesdropping and active attacks," in IEEE Communications Magazine, vol. 53, no. 6, pp. 21-27, (2015). DOI: https://doi.org/10.1109/MCOM.2015.7120012
[16]. X. Zhang, D. Guo and K. Guo, "Secure Performance Analysis for Multi-Pair AF Relaying Massive MIMO Systems in Ricean Channels," in IEEE Access, vol. 6, pp. 57708-57720, (2018). DOI: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2018.2873614
[17]. 3GPP TR 38.901, “Study on channel model for frequencies from 0.5 to 100 GHz,” 3GPP, Technical Report v.15.0.0, (2018).
