تخصیص منابع جهت ارسال امن اطلاعات در شبکه‌های همیار مبتنی بر UAV

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه صنعتی شاهرود ، دانشیار ، گروه مهندسی برق و رباتیک

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی برق و رباتیک، دانشگاه صهعنی شاهرود.

چکیده

در این مقاله یک روش تخصیص منابع در شبکه های همیار مبتنی بر وسایل نقلیه بدون سرنشین (UAV ) ارایه می شود. شبکه در نظر گرفته شده شامل سه نود است که یکی از آنها فرستنده و دو نود دیگر گیرنده هستند. همچنین در این شبکه یک UAV وجود دارد که به عنوان رله دیکد و ارسال (DF ) عمل می‌کند. مدل کانال در نظر گرفته شده فقط شامل اثرات افت مسیر بوده و ارسال اطلاعات عادی و امن زمانی انجام می‌شود که لینک ارتباطی به صورت خط دید مستقیم وجود داشته باشد. مسیر حرکتی UAV ازفرستنده به گیرنده ها بوده که اطلاعات را از فرستنده دریافت نموده و زمانی که به گیرنده ها رسید با استفاده از تکنیک دسترسی چندگانه نامتعامد (NOMA ) به گیرنده ها ارسال می نماید. مسأله تخصیص منابع به صورت یک مسأله بهینه سازی نوشته شده است که مسأله ای غیرمحدب بوده و حل آن به سادگی امکان پذیر نیست. هدف بیشینه کردن نرخ ارسال عادی و نرخ امن است. برای حل مسأله از روش تقریب محدب متوالی (SCA ) استفاده شده است که در آن مسأله اصلی به صورت دنباله ای از مسایل که به صورت محدب تقریب زده شده اند تبدیل می شود. برای حل این دنباله مسایل محدب می توان از ابزارهای موجود مانند CVX متلب استفاده نمود. در نهایت، روش تخصیص منابع ارایه شده از طریق شبیه سازی با متلب مورد بررسی قرار گرفت و کارایی آن در شرایط مختلف شبکه و مقادیر متفاوت پارامترهای سیستمی مورد مطالعه قرار گرفت

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Resource Allocation for Secure Information Transmission in UAV-based Cooperative Networks

نویسندگان [English]

  • Mohammadreaz Javan 1
  • Reyhane Shahcheragh 2
2 M.Sc. Student, Department of Electrical and Computer Engineering, Shahrood University of Technology, Shahrood. Iran.
چکیده [English]

In this paper we propose a new resource allocation framework for unmanned aerial vehicle (UAV)-based cooperative networks. In the considered network, three node exist: one transmitter and two receivers. In addition, we assume that a UAV is used in the network as a decode-and-forward (DF) relay. For the channel model, we only consider the path-loss. We assume that the information transmission is performed only when a line-of-sight (LoS) connection could be established between communicating parties. The UAV moves from the transmitter towards the receivers. UAV receives the information from the transmitter, and when it approaches to the receivers, it simultaneously transmits information intended for both the receivers using non-orthogonal multiple access (NOMA) technique. The resulting optimization problem is non-convex and hard to solve. To tackle the problem, we adopt the successive convex approximation (SCA) technique where the original problem is approximated by a convex problem which could be solved easily using existing optimization tools like CVX. Finally, the proposed framework is evaluated using simulation for different network parameters. Simulation results confirm the efficiency of the proposed scheme.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Resource allocation in wireless networks
  • unmanned aerial vehicles
  • successive convex approximation
  • secrecy rate
  • non-orthogonal multiple access
[1] Y. Zeng, R. Zhang, T. J. Lim, “Wireless communications with unmanned aerial vehicles: opportunities and challenges,” IEEE Communications Magazine, vol. 54, no. 5, pp. 36-42, April 2016.
[2] Y. Kawamoto, H. Nishiyama, N. Kato, F. Ono, R. Miura, “Toward future unmanned aerial vehicle networks: Architecture, resource allocation and field experiments,” To appear in IEEE Wireless Communications, 2019.
[3] M. Alzenad, A.r El-Keyi, F. Lagum, H.m Yanikomeroglu, “3-D placement of an unmanned aerial vehicle base station (UAV-BS) for energy-efficient maximal coverage,” IEEE Wireless Communications Letters, vol. 6, no. 4, pp. 434-437, 2017.
[4] M.-N. Nguyen, L. D. Nguyen, T. Q. Duong, H. D. Tuan, “Real-time optimal resource allocation for embedded UAV communication systems,” To appear in IEEE Wireless Communications Letters, 2019.
[5] T. M. Nguyen, W. Ajib, C. Assi, “A novel cooperative NOMA for designing UAV-assisted wireless backhaul networks,” IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol. 36, no. 11, pp. 2497-2507, 2018.
[6] S. Yin, Y. Zhao, L. Li, “Resource allocation and basestation placement in cellular networks with wireless powered UAVs,” IEEE Transactions
on Vehicular Technology, vol. 68, no. 1, pp. 1050-1055, 2019.
[7] L. Xie, J. Xu, R. Zhang, “Throughput maximization for UAV-enabled wireless powered communication networks,” To appear in IEEE Internet of Things Journal, 2019.
[8] M. Hua, Y. Wang, C. Li, Y. Huang, L. Yang, “Energy-efficient optimization for UAV-aided cellular offloading,” To appear in IEEE Wireless Communications Letters, 2019.
[9] Y. Xu, L. Xiao, D.g Yang, Q. Wu, L. Cuthbert, “Throughput maximization in Multi-UAV enabled communication systems with difference consideration,” IEEE Access, vol. 6, pp. 55291-55301, 2018.
[10] C. Zhong, J.g Yao, J. Xu, “Secure UAV communication with cooperative jamming and trajectory control,” To appear in IEEE Communications Letters, 2019.
[11] D.-T. Ho, E. I. Grøtli, T. A. Johansen, “Heuristic algorithm and cooperative relay for energy efficient data collection with a UAV and WSN,” in 2013 International Conference on Computing, Management and Telecommunications (ComManTel), Ho Chi Minh City, Vietnam, 2019, pp. 346-351.
[12] G. Zhang, H. Yan, Y. Zeng, M. Cui, Y. Liu, “Trajectory optimization and power allocation for multi-hop UAV relaying communications,” IEEE Access, vol. 6, pp. 48566-48576, 2018.
[13] X. Jiang, Z. Wu, Z. Yin, Z. Yang, “Power and trajectory optimization for UAV-enabled amplify-and-forward relay networks,” IEEE Access, vol. 6, pp. 48688-48696, 2018.
[14] M. Chiang, C. W. Tan, D. P. Palomar, D. O’Neill, and D. Julian, “Power control by geometric programming,” IEEE Transactions on Wireless Communications, vol. 6, no. 7 pp. 2640-2651, 2007.