Signal processing techniques for security enhancement of wireless networks at the physical layer
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: İstanbul Medipol Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2017
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: MORTEZA SOLTANI
Danışman: ARSLAN Hüseyin
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Kablosuz haberleşmede yayın doğası gereği aynı anda birden fazla tarafa ulaşmayı sağlar. Bu özelliğ nedeniyle, bilgi aktarımının güvenliği, yetkisiz alıcıların dinlenmesine meyillidir. Kötü amaçlı dinleyicilerden bilginin gizli tutulma çabaları, radyo iletişimi öncesinde başlamıştı. Kullanıcılar arasında paylaşılan gizli anahtarları ve kablosuz iletişimde de kullanılan stenografi yani filigran yöntemini kullanarak verilerin üst katmanlı şifrelenmesi gibi pek çok yöntem geliştirilmiştir. Sistem tasarımcıları, tüm bu koruma şemalarının üzerine, fiziksel katmandaki güvenliği artırmak için sönümleme, gürültü ve parazit gibi kablosuz iletişim etkilerini kullanmayı düşünüyorlar. Bu yöntemlere fiziksel katman güvenliği denir. Fiziksel katman güvenliği geleneksel olarak bir bilgi kurmaı açısından ele alınmış ve sinyal işleme teknikleri ile genişletilmiştir. Bu bağlamda, bu tez, baskın kablosuz sistemlerin, yani Dikey Frekans Bölmeli çoğullama (OFDM) sistemlerinin ve çok Girişli çoklu Çıkış (MIMO) sistemlerinin iletişimini sağlamayı amaçlayan sinyal işleme algoritmalarını sunmaktadır. Bölüm 2, bu amaçla motive edilen, OFDM sistemlerinde pilot manipülasyon denilen güvenli bir pilot tabanlı kanal tahmini tekniğini inceler. özellikle, iki yeni algoritma öneriyoruz, bu algoritmalar pilot tonları meşru kanalların faz ve genlik özelliklerine göre manipüle ediyor. Her iki algoritma, dinleyicinin kanal tahmini kalitesini önemli ölçüde düşürürken, genlik tabanlı algoritma, meşru alıcıda yüksek kalitede alım almasını sağlar. önerilen algoritmaların elde edilen pilot hata oranları sonuç olarak verilmektedir. Buna ek olarak, eşik seçiminin kanal algılama kalitesine olan etkisini hem meşru alıcı hem de dinleyicilerde göstermektedir. Birden fazla anten sistemi göz önüne alındığında, bölüm 3, anten alt kümesinin etkinleştirilmesi ile birlikte çok Girişli Tek çıkışlı (MISO) telsiz hatlarını inceler. Bu protokolde, rastgele seçilmiş bir iletim antenleri alt kümesi, solma kanallarındaki konuma dayalı güvenli iletişim için seçilmiştir. Aktif bir anten seti için, aktarılan veri sinyali, vericinin ilgili gönderici anteniyle meşru alıcının alıcı anteni arasındaki kanal tepkisinin bir fonksiyonu olarak her bir verici anteninde önceden kodlanır. Veri sinyallerinin kanal tabanlı ön kodlaması için iki teknik önerilmiştir. Her iki ön-kodlayıcı için de, ortalama minimum garanti güvencesi oranı için kapalı form ifadeleri ve Rayleigh sönümleme kanallarında sıfır olmayan asgari garantili gizlilik oranının olasılığı türetilir. Dahası, önerilen ön-kodlayıcıların gizlilik performansı arasında ayrıntılı bir karşılaştırma verilmiştir. Aktif antenlerin sayısı ile Alice'teki toplam anten sayısı arasındaki oranın, yani inceltme oranının, önerilen yöntemlerin gizlilik performansında hayati bir rol oynadığı ortaya çıkmaktadır. Son olarak, 4. bölöm, MISO telefon dinleme kanallarındaki fiziksel katman güvenliğini arttırmak için raslantısal hüzme oluşturma işlemini genelleştirilmiş seçim iletimiyle (RBF/GST) önererek alaniz etmektedir. GST ile, meşru alıcıdaki çıkış sinyalinin gürültüye oranını en üst düzeye çıkarmak için vericide N antenden Q anten seçilir. üstelik, RBF, gelişmiş dinlemcilerin varlığında güvenli iletişim sunmaktadır. İlk olarak, gizli ve asimtotik gizlilik kesilmesi ihtimali için kapalı form ifadelerimiz aracılığıyla GST'nin fiziksel katman gizliliğini karakterize etmekteyiz. GST'nin gizlilik performansını daha da artırmak için RBF/GST'yi kabul ederek, ergodik gizlilik oranını kapalı formda türetilir. Gerekli sinyal işleme, donanım karmaşıklığı ve güç tüketimi açısından mantıklı bir maliyetle blok sönümleme kanallarında RBF/GST'nin iletişim gizliliğini etkin bir şekilde artırabileceğini gösterilmektedir.