KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.9
no.1
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pp.260-279
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2015
In this paper, we investigate physical layer security for multiple decode-and-forward (DF) relaying underlay cognitive radio networks (CRNs) with fixed transmit power at the secondary network against passive eavesdropping attacks. We propose a simple relay selection scheme to improve wireless transmission security based on the instantaneous channel information of all legitimate users and the statistical information about the eavesdropper channels. The closed-form expressions of the probability of non-zero secrecy capacity and the secrecy outage probability (SOP) are derived over independent and non-identically distributed Rayleigh fading environments. Furthermore, we conduct the asymptotic analysis to evaluate the secrecy diversity order performance and prove that full diversity is achieved by using the proposed relay selection. Finally, numerical results are presented to verify the theoretical analysis and depict that primary interference constrain has a significant impact on the secure performance and a proper transmit power for the second transmitters is preferred to be energy-efficient and improve the secure performance.
Journal of information and communication convergence engineering
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v.14
no.3
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pp.171-176
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2016
In this study, we investigate the physical layer secrecy performance of RF energy harvesting (EH) networks over Rayleigh fading channels. The RF-EH system considered here consists of one power transfer station, one source, one destination, and multiple passive eavesdroppers. The source harvests energy from the power transfer station and transmits the information to the destination by using a time switching-based relaying protocol. The eavesdroppers try to extract the transmitted information without an active attack. By using the statistical characteristics of the signal-to-noise ratio (SNR), the exact closed-form expressions of the existence probability of the secrecy capacity and the secrecy outage probability are derived. Further, we analyze the secrecy performance of the system with respect to various system parameters, such as the location of the system elements and the number of eavesdroppers. Finally, the equivalent Monte Carlo simulation results are provided to confirm the correctness of our calculations.
Journal of information and communication convergence engineering
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v.15
no.1
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pp.14-20
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2017
In this paper, we discuss physical layer security techniques in downlink networks, including eavesdroppers. The main objective of using physical layer security is delivering a perfectly secure message from a transmitter to an intended receiver in the presence of passive or active eavesdroppers who are trying to wiretap the information or disturb the network stability. In downlink networks, based on the random feature of channels to terminals, opportunistic user scheduling can be exploited as an additional tool for enhancing physical layer security. We introduce user scheduling strategies and discuss the corresponding performances according to different levels of channel state information (CSI) at the base station (BS). We show that the availability of CSI of eavesdroppers significantly affects not only the beamforming strategy but also the user scheduling. Eventually, we provide intuitive information on the effect of CSI on the secrecy performance by considering three scenarios: perfect, imperfect, and absence of eavesdropper's CSI at the BS.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.14
no.1
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pp.422-436
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2020
In this paper, we investigate the impact of antenna correlation on secure transmission in a multi-eavesdropper single-input multiple-output (SIMO) system, where the receiver and eavesdroppers are equipped with correlated antennas. Based on the practical passive eavesdropping system, the new closed-form expressions of secrecy outage probability (SOP) and non-zero secrecy capacity probability are derived to explore the effect of antenna correlation on the system with multiple eavesdroppers. To further analyze the secrecy performance of the investigated system, we theoretically derive the expression of asymptotic SOP to clearly show the diversity order and array gain. Finally, Monte Carlo simulations verify the effectiveness of our theoretical results.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.9
no.11
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pp.4623-4643
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2015
This paper considers physical-layer security protocols in multicast cognitive radio (CR) networks. In particular, we propose dual-hop cooperative decode-and-forward (DF) and randomize-and-forward (RF) schemes using partial relay selection method to enhance secrecy performance for secondary networks. In the DF protocol, the secondary relay would use same codebook with the secondary source to forward the source's signals to the secondary destination. Hence, the secondary eavesdropper can employ either maximal-ratio combining (MRC) or selection combining (SC) to combine signals received from the source and the selected relay. In RF protocol, different codebooks are used by the source and the relay to forward the source message secretly. For each scheme, we derive exact and asymptotic closed-form expressions of secrecy outage probability (SOP), non-zero secrecy capacity probability (NzSCP) in both independent and identically distributed (i.i.d.) and independent but non-identically distributed (i.n.i.d.) networks. Moreover, we also give a unified formula in an integral form for average secrecy capacity (ASC). Finally, our derivations are then validated by Monte-Carlo simulations.
Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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2019.05a
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pp.288-289
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2019
This paper studies the secrecy capacity for a wireless cooperative network with perfect channel state information at the relays, and receiver. A similar assumption is also made for the instance where there exist a direct link between the transmitter and receiver. Physical Layer security techniques are employed in wireless networks to mitigate against the activity of eavesdroppers. It offers a viable alternative to computationally intensive encryption. In this paper the design of a protocol utilizing jamming (via jamming nodes) for better security and relaying (via relay nodes) for the amplify-and-forward (AF) operation, is investigated. A a signal-to-noise variant of secrecy known as secrecy gap is explored because of its use of lesser computational power - preferable for practical systems. Thus we maximize this signal-to-noise approach instead of the conventional secrecy capacity maximization method. With this, an iterative algorithm using geometric programming (GP) and semi-definite programming (SDP) is presented with appreciable benefits. The results show here highlight the benefits of using fractional components of the powers of the relays to offer better secrecy capacity.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.10
no.1
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pp.187-199
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2016
In this paper, we consider secure communications in multi-hop relaying systems, where multiple decode-and-forward (DF) relays are located at each individual hop and perform cooperative beamforming to improve physical layer security. In order to determine the cooperative relay beamformer at each hop, we propose an iterative beamformer update scheme using semidefinite relaxation and bisection techniques. Numerical results are presented to verify the secrecy rate performance of the proposed scheme.
This article exploits spatial diversity for jamming to prevent wiretapping in the extreme case in which an eavesdropper is located near the source and a common jamming signal is unavailable. To address this challenge, the jamming signal is allowed to carry a random binary message. Then, it is proposed that the active intermediate node transmits this jamming signal and the decoding of this signal at both source and destination is physically secured as result of using the physical-layer security method. If the source and the destination securely and correctly decode this jamming message, the source transmits another message which is created from combining its information message and the decoded message using the network-coding method. Therefore, this method prevents the transmissions from being eavesdropped upon by the source-wiretapping.
In this paper, we consider a joint beamforming and jamming design to enhance physical layer security against potential multiple eavesdroppers in a multiple-input and single-output cellular broadcast channel. With perfect channel state information at the base station, we propose various design approaches to improve the secrecy of the target user. Among the proposed approaches, the combined beamforming of maximum ratio transmission and zero-forcing transmission with a combination of maximum ratio jamming and zero-forcing jamming (MRT + ZFT with MRJ + ZFJ) shows the best security performance because it utilizes the full transmit antenna dimensions for beamforming and jamming with an efficient power allocation. The simulation results show that the secrecy rate of this particular proposed approach is better than the rates of the considered conventional approaches with quality-of-service and outage probability constraints.
The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication
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v.19
no.1
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pp.21-27
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2019
In this paper, we investigate the secrecy outage probability when using a partial relay selection scheme in cooperative communication systems based on decode-and-forward with multi-relay. It is assumed that both the receiving node and the eavesdropping node receive signals at both the transmitting node and the relaying node. The two received signals are used to obtain the diversity gain using the MRC scheme. In this paper, we compute the theoretical formula of secrecy outage probability and compare the theoretical value with the simulation value to prove that equation is valid. The simulation results show how the secrecy outage probability varies with the number of relays.
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