دانلود ترجمه مقاله چارچوب انتقال ایمن با انرژی کارآمد برای اینترنت اشیا

1. مقدمه 2. مدل سیستم و طرح زمانبندی 3. تحلیل عملکرد 4. نتایج عددی 5. نتیجه گیری

مقدمه: اینترنت اشیاء (IoT)، که انتظار می رود انواع زیادی از دستگاه ها و ادوات (برای مثال، تلفن های موبایل، روبوت ها و حسگرها) از هر جای جهان در هر زمانی به هم متصل کند، به عنوان یک معماری اساسی در سیستم نسل پنجم (5G) بعدی برای بهبود کیفیت زندگی ما، در نظر گرفته می شود [1-5]. در عین حال، فنآوریهای ارتباطاتی بی سیم، مانند LTE-A، IEEE 802.15.4 و بلوتوث، توانمندسازهای کلیدی برای ممکن سازی عرصه فعلی IoT می باشند. علاوه بر آن، بخاطر منابع محدود ادوات IoT، انتقالات رله ای، بخصوص برای IoT لازم است تا در توان ارسال ها صرفه جویی کند و قابلیت اطمینان شبکه های ارتباطاتی را افزایش دهد [4، 5]. از سوی دیگر، باز بودن ذاتی کانال ارتباطاتی بی سیم، یک چالش عملی است که باید حل شود، زیرا، حمله های استراق سمع از گره های غیرمجاز می تواند انجام شود [6]. خوشبختانه، امنیت لایه فیزیکی به عنوان یک راهکار نویدبخش برای حفاظت از امنیت نظری اطلاعات بدون افزایش پیچیدگی سیستم یا سخت افزار مربوطه می باشد و توجه پژوهشی قابل توجهی را به خود جلب کرده است [2-7]. براساس این ماهیت، تلاش های اخیر در مورد انتقالات ایمن در ارتباطات IoT بر بکار گیری رویکرد امنیت لایه فیزیکی تاکید کرده است. احتمال خاموشی کلی حریم خصوصی در [4] استخراج شده تا عملکرد حریم خصوصی یک شبکه IoT 2 پرشی تحت تصادم استراق سمع، درک شود. در [5]، بیشینه سازی نرخ حریم خصوصی تحت قید احتمال خاموشی حریم خصوصی برای ارتباطات رله ای در شبکه های IoT فرموله و تدوین شده است. اما، در عمل، گره رله ای، استفاده شده برای دستیابی به ارتباطات مشارکتی یا همکارانه، می تواند صادق و کنجکاو باشد. یعنی، خواهان آن است تا با پروتکل های ارتباطاتی ارسال کننده اطلاعات مبداء، انطباق داشته باشد و در عین حال، می خواهد اطلاعات محرمانه را استراق سمع کند [8-12]. بی تردید، این اشیاء متصل شده توسط IoT، مانند حسگرها، وسایل نقلیه و تلفن های هوشمند، همیشه در دسترسی به داده ها، اختیار ندارند، حتی اگر یک گره همکاری کننده باشد. بنابراین، این سناریو که رله و جفت مبدا-مقصد به شبکه های ناهمگن مختلف تعلق داشته باشند، در ارتباطات IoT، بسیار برای ما ارزش توجه دارند. سناریوی اصلی نهفته در IoT، یک گروه محلی و موضعی از گره هایی است که امور نظارت و عملیات را انجام می دهند. تاکنون، طرح انتقال ایمن شبکه های چندکاربری با گره رله غیرمعتمد در [9، 10]، پیشنهاد شده اند. در [9]، یک برنامه ریزی فرصت طلبانه مشترک و طرح مسدود کننده مشارکتی برای بهبود عملکرد محرمانگی شبکه های رله غیرمعتمد چندکاربره بدون لینک مستقیم، طراحی شد. علاوه بر آن، نرخ حریم خصوصی ارگودیک، در [10] با پیشنهاد یک طرح انتخاب کاربر غیربهینه براساس تنها لینک مستقیم یا لینک رله، بررسی شده است. جدا از ملاحظات امنیتی، مسئله بازده انرژی، نگرانی طراحی اساساً مشهود دیگری برای IoT می باشد، زیرا کاربران IoT به توان محدود در بسیاری از وضعیت ها محدود هستند. اهمیت بازده انرژی در ارتباطات ایمن، با رشد هنگفت تعداد دستگاه ها و تقاضاهای هنگفت برای ترافیک داده ها در IoT، توجه بیشتری به خود جلب کرده است [13-15]. بنابراین، درک نرخ خروجی اساسی و محدودیت های بازده انرژی برای توسعه و ایجاد ارتباطات سبز کم مصرف، بسیار لازم و ضروری است. مفهوم بازده انرژی ایمن، به مقاله [16] بر می گردد، مقاله ای که در آن به ارتباطات حریم خصوصی باند عریض کم هزینه در کانالهای تنزل یافته و کانالهای عمومی سیمی، پرداخته شده. بعدا، این پژوهش ها ادامه داده شدند تا شبکه های رله چند ورودی و چند خروجی (MIMO) [17]، شبکه های رله مشارکتی [18]، و شبکه های رله شناختی [19، 20]، نیز مورد بررسی قرار گیرند. همه رله های این پژوهش ها، معتمد فرض شده اند و استراق سمع کنندگان، گره های بیرونی در نظر گرفته شده اند.

INTRODUCTION: Internet of Things (IoT), which is excepted to connect with a variety of devices (e.g., mobile phones, robots, and sensors) from any place at any time, is regarded as a crucial architecture in the forthcoming fifth generation (5G) system to enhance our life quality [1–5]. Meanwhile, wireless communication technologies, such as LTE-A, IEEE 802.15.4, and Bluetooth, will be key enablers for actualizing the current landscape of IoT. Furthermore, due to the limited resources of IoT devices, relay transmission is particularly necessary for IoT to save the transmit power and increase the reliability of communication networks [4, 5]. On the other hand, the inherent openness of wireless communication channel poses a practical challenge that must be solved, namely, eavesdropping attacks from unauthorized nodes [6]. Fortunately, physical layer security is emerging as a promising solution to safeguard information theoretic security without increasing neither the complexity of the system nor the needed hardware, and it has gained increasing research attention [2–7]. Based on this nature, recent efforts about secure transmission in IoT communications have focused on employing the physical layer security approach. The secrecy outage probability was derived in [4] to understand the secrecy performance of a two-hop IoT network under eavesdropper collusion. In [5], maximizing the secrecy rate under the secrecy outage probability constraint was formulated for relay communication in IoT networks. However, in practice, the relay node used to achieve cooperative communications may be honest-and-curious. That is, it is willing to comply with the communication protocols forwarding the source’s information and at the same time, wants to intercept the confidential information [8–12]. Without doubt, these objects connected by the IoT, such as smart sensors, vehicles, and phones, do not always have the authority in accessing the data, even through it may be a cooperating node. Thus, the scenario, where the relay and source-destination pair belong to different heterogenous networks, is very worthy of our attention in IoT communications. A main scenario behind IoT is a localized group of nodes that perform monitoring or operating tasks. To date, the secure transmission scheme of multiuser networks with untrusted relay node was proposed in [9, 10]. In [9], a joint opportunistic scheduling and cooperative jamming scheme was designed to enhance the secrecy performance of multiuser untrusted relay networks without the direct link. Furthermore, the ergodic secrecy rate was examined in [10] by proposing a suboptimal user selection scheme based only on the direct link or the relay link. Apart from security considerations, energy efficiency issue is another obviously essential design concern for the IoT, since the users of IoT are confined by limited power in many situations. The importance of energy efficiency in secure communications has gained further attention with the dramatic growth in the number of devices and massive demands for data traffic in the IoT [13–15]. Thus, it is an urgent need to understand the fundamental throughput and energy efficiency limits in order to develop low power green communication. The concept of secure energy efficiency goes back to [16], which addressed cost-efficient wide band secrecy communication in degraded and general wiretap channels. Subsequently, this work was extended to multiple-input and multiple-output (MIMO) relay networks [17], collaborative relay networks [18], and cognitive relay networks [19, 20]. All relays in these works are assumed trusted, and eavesdroppers are external nodes.