KR102181296B1 - 협력 재밍을 이용한 적응적 이중 중계 모드 선택 방법 및 시스템 - Google Patents

협력 재밍을 이용한 적응적 이중 중계 모드 선택 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 협력 재밍을 이용하는 보안 중계 시스템에서 보안 실패 확률에 따른 적응적 이중 중계 모드를 선택하는 방법 및 시스템에 관한 것으로, 상기 수신 노드 기반의 협력 재밍(Cooperative Jamming)을 수행하는 단계, 상기 협력 재밍으로 인해 발생되는 잔여 자기 간섭 신호(Residual Self-Interference)의 크기에 따라 전이중(Full-Duplex) 중계 모드 및 반이중(Half-Duplex) 중계 모드의 보안 실패 확률(Secrecy Outage Probability)을 비교하는 단계 및 비교 결과에 따라 이중(Duplex) 통신 방식 중 상기 전이중 중계 모드 또는 상기 반이중 중계 모드의 이중 중계 모드를 선택하는 단계를 포함한다.

Description

협력 재밍을 이용한 적응적 이중 중계 모드 선택 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR SELECTING ADAPTIVE DUPLEX RELAY MODE USING COOPERATIVE JAMMING}
본 발명은 협력 재밍을 이용한 적응적 이중 중계 모드 선택 방법 및 시스템에 관한 것으로, 협력 재밍을 이용하는 보안 중계 시스템에서 보안 실패 확률에 따른 적응적 이중 중계 모드를 선택하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
무선 통신 환경에서 중계 시스템은 더 넓은 범위의 통신을 가능하게 한다. 일반적으로 중계 시스템은 송신 노드, 중계 노드, 수신 노드로 구성되며, 중계 노드의 이중 통신 방식에 따라 반이중 중계 시스템과 전이중 중계 시스템으로 분류된다.
반이중 중계 방식에서 중계 노드는 송신 노드로부터 신호를 수신한 다음, 수신한 신호의 채널과는 다른 채널을 이용하여 재전송한다. 송수신을 위해 서로 다른 채널을 사용하기 때문에 자원 효율 측면에서 손실을 가져오게 된다. 예를 들어 중계 노드가 송수신 시 두 개의 시간 슬롯을 이용하게 되면, 그 만큼의 시간 측면에서 손실을 가져오게 되고 정보 전송률은 반으로 감소한다.
반면에, 전이중 중계 방식은 중계 노드에서 송수신을 수행할 경우, 같은 채널에서 이루어지므로 자원 효율 측면에서 손실은 존재하지 않는다. 그러나, 중계 노드에서 송수신이 같은 채널에서 이루어지기 때문에 송신하는 신호가 다시 수신되어 자기 간섭이 발생하게 되고, 그로 인해 성능 열화가 발생한다.
즉, 반이중 중계 시스템의 경우 자원 효율 측면에서 정보 전송률 손실이 발생하게 되고, 전이중 중계 시스템의 경우 자기 간섭에 따른 정보 전송률 손실이 발생하게 된다. 그러므로, 자기 간섭 신호의 적절한 제어를 통해, 전이중 중계 방식이 반이중 중계 방식에 비해 더 큰 정보 전송률을 보장할 수 있다. 그로 인한 자기 간섭에 따른 정보 전송률 손실을 막기 위해 전이중 중계 시스템에서 자기 간섭 제거 기술은 필수적이다.
자기 간섭 제거 기술은 크게 안테나 분리, 아날로그 도메인, 디지털 도메인 제거 기법 등을 사용하며, 자기 간섭을 제거하는 과정에서 잔여 자기 간섭 신호가 발생한다. 그러므로, 반이중 중계 방식과 전이중 중계 방식의 정확한 성능 비교를 위해서는 전이중 중계 방식에서 잔여 자기 간섭을 고려하는 것은 필수적이나, 기존 기술은 이를 반영하지 못한다는 한계가 존재한다.
본 발명은 전이중 중계 시스템의 잔여 자기 간섭 성능에 따라 반이중 중계 방식 또는 전이중 중계 방식 중 보안 성능이 보다 좋은 이중 중계 모드를 선택하는 방법 및 시스템을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 중계 노드와 수신 노드 주변의 보안 영역을 확보할 수 있으며, 전이중 중계 시스템의 자기 간섭 제거 기법에 따라 반이중 중계 방식과 전이중 중계 방식 중에 보안 성능이 더 좋은 이중 중계 모드를 선택하는 방법 및 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 협력 재밍을 이용하는 보안 중계 시스템에서 수신 노드와 중계 노드 간의 적응적 이중 중계 모드를 선택하는 중계 선택 방법에 있어서, 상기 수신 노드 기반의 협력 재밍(Cooperative Jamming)을 수행하는 단계, 상기 협력 재밍으로 인해 발생되는 잔여 자기 간섭 신호(Residual Self-Interference)의 크기에 따라 전이중(Full-Duplex) 중계 모드 및 반이중(Half-Duplex) 중계 모드의 보안 실패 확률(Secrecy Outage Probability)을 비교하는 단계 및 비교 결과에 따라 이중(Duplex) 통신 방식 중 상기 전이중 중계 모드 또는 상기 반이중 중계 모드의 이중 중계 모드를 선택하는 단계를 포함한다.
상기 협력 재밍을 수행하는 단계는 상기 협력 재밍을 이용하는 상기 전이중 중계 모드 또는 상기 반이중 중계 모드를 수행할 수 있다.
상기 협력 재밍을 수행하는 단계는 상기 중계 노드에서, 상기 수신 노드로부터 협력 재밍 신호를 수신하고, 송신 노드로부터 기밀 메시지를 수신하는 단계, 상기 중계 노드에서, 상기 협력 재밍 신호 및 상기 기밀 메시지를 증폭하여 상기 수신 노드 및 도청자에게 송신하는 단계 및 상기 수신 노드에서, 상기 협력 재밍 신호를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 협력 재밍 신호를 제거하는 단계는 채널 정보, 상기 협력 재밍 신호 및 송신 전력 정보에 대한 관련 정보를 알고 있는 상기 수신 노드에서, 상기 중계 노드로부터 수신되는 상기 협력 재밍 신호 및 상기 기밀 메시지 중 상기 협력 재밍 신호를 제거할 수 있다.
상기 도청자는 상기 관련 정보를 알지 못하기 때문에, 상기 중계 노드로부터 수신되는 상기 협력 재밍 신호 및 상기 기밀 메시지 중 상기 협력 재밍 신호를 제거하지 못하며, 상기 협력 재밍 신호를 제거하는 단계는 상기 도청자가 도청하고자 하는 상기 기밀 메시지의 신호 대 간섭 잡음 비(Signal to Interference Plus Noise Ratio; SINR)을 낮추는 것을 특징이라 할 수 있다.
상기 보안 실패 확률을 비교하는 단계는 상기 전이중 중계 모드에서의 보안 실패 확률 및 상기 반이중 중계 모드에서의 보안 실패 확률을 통해 보안 영역을 산출하고, 잔여 자기 간섭 세기 변수의 범위를 획득할 수 있다.
상기 이중 중계 모드를 선택하는 단계는 상기 잔여 자기 간섭 변수의 범위의
Figure 112019001451915-pat00001
또는
Figure 112019001451915-pat00002
조건에 따라 상기 전이중 중계 모드에서의 보안 실패 확률 및 상기 반이중 중계 모드에서의 보안 실패 확률 측면에서 우위를 가지는 중계 모드를 선택할 수 있다.
상기 이중 중계 모드를 선택하는 단계는 상기 잔여 자기 간섭 변수의 범위에서, 상기 잔여 자기 간섭 변수(a)가 0부터 a*까지인 경우 상기 전이중 중계 모드를 선택하고, 상기 잔여 자기 간섭 변수(a)가 a*부터 1까지인 경우 상기 반이중 중계 모드를 선택할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 협력 재밍을 이용하는 보안 중계 시스템에서 수신 노드와 중계 노드 간의 적응적 이중 중계 모드를 선택하는 중계 선택 시스템에 있어서, 상기 수신 노드 기반의 협력 재밍(Cooperative Jamming)을 수행하는 처리부, 상기 협력 재밍으로 인해 발생되는 잔여 자기 간섭 신호(Residual Self-Interference)의 크기에 따라 전이중(Full-Duplex) 중계 모드 및 반이중(Half-Duplex) 중계 모드의 보안 실패 확률(Secrecy Outage Probability)을 비교하는 비교부 및 비교 결과에 따라 이중(Duplex) 통신 방식 중 상기 전이중 중계 모드 또는 상기 반이중 중계 모드의 이중 중계 모드를 선택하는 선택부를 포함한다.
상기 처리부는 상기 협력 재밍을 이용하는 상기 전이중 중계 모드 또는 상기 반이중 중계 모드를 수행할 수 있다.
상기 처리부는 상기 중계 노드에서, 상기 수신 노드로부터 협력 재밍 신호를 수신하고, 송신 노드로부터 기밀 메시지를 수신하는 수신부, 상기 중계 노드에서, 상기 협력 재밍 신호 및 상기 기밀 메시지를 증폭하여 상기 수신 노드 및 도청자에게 송신하는 송신부 및 상기 수신 노드에서, 상기 협력 재밍 신호를 제거하는 제거부를 포함할 수 있다.
상기 제거부는 채널 정보, 상기 협력 재밍 신호 및 송신 전력 정보의 관련 정보를 알고 있는 상기 수신 노드에서, 상기 중계 노드로부터 수신되는 상기 협력 재밍 신호 및 상기 기밀 메시지 중 상기 협력 재밍 신호를 제거할 수 있다.
상기 비교부는 상기 전이중 중계 모드에서의 보안 실패 확률 및 상기 반이중 중계 모드에서의 보안 실패 확률을 통해 보안 영역을 산출하고, 잔여 자기 간섭 세기 변수의 범위를 획득할 수 있다.
상기 선택부는 상기 잔여 자기 간섭 변수의 범위의
Figure 112019001451915-pat00003
또는
Figure 112019001451915-pat00004
조건에 따라 상기 잔여 자기 간섭 변수의 범위에서, 상기 잔여 자기 간섭 변수(a)가 0부터 a*까지인 경우 상기 전이중 중계 모드를 선택하고, 상기 잔여 자기 간섭 변수(a)가 a*부터 1까지인 경우 상기 반이중 중계 모드를 선택할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 적응적 이중 중계 모드 선택 방법에 의한 자기 간섭 제거 성능에 따라 보안 성능이 더 우수한 이중 중계 모드를 선택함으로써, 자기 간섭 제거 기법에 상관없이 적용 가능하며, 중계 시스템의 보안 성능을 최대화할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 보안 영역 확보 방법에 의한 재밍 신호의 전력과 단말의 상대적인 위치만을 이용하여 일반적인 중계 시스템에 적용 가능할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 자기 간섭 제거 기법에 의해 주어지는 잔여 자기 간섭 파라미터에 따라 전이중 중계 시스템과 반이중 중계 시스템의 보안 실패 확률을 비교하여 더 낮은 보안 실패 확률을 가지는 이중 중계 모드를 선택할 수 있으며, 중계 시스템의 자기 간섭 제거 성능에 상관없이 적용 가능하며, 이를 통해 중계 시스템의 보안 성능을 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 협력 재밍을 이용하는 전이중 중계 시스템의 개념도를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 중계 선택 방법에 대한 동작 흐름도를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 협력 재밍을 수행하는 단계에 대한 동작 흐름도를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전이중 중계 시스템에서 도청자의 위치에 따른 보안 실패 확률을 그래프로 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른
Figure 112019001451915-pat00005
의 조건에서 잔여 자기 간섭 신호 변수에 대한 보안 실패 확률을 그래프로 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른
Figure 112019001451915-pat00006
의 조건에서 잔여 자기 간섭 신호 변수에 대한 보안 실패 확률을 그래프로 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 중계 선택 시스템의 세부 구성을 블록도로 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 처리부의 구성을 블록도로 도시한 것이다.
이하, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 시청자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 실시예들은, 협력 재밍을 이용하는 보안 중계 시스템에서 보안 실패 확률에 따른 적응적 이중 중계 모드를 선택하는 것을 그 요지로 한다.
본 발명에 따른 기술은 전이중 중계 모드를 사용할 수 있는 보안 중계 시스템에서 자기 간섭 제거(Self-Interference Cancellation) 방식에 따라 필연적으로 발생하는 잔여 자기 간섭 신호(Residual Self-Interference)의 세기에 따른 보안 실패 확률(Secrecy Outage Probability)를 활용하여 네트워크 내의 보안 영역을 확보하는 방법을 제안하며, 반이중 중계 모드와의 비교를 통해 이중 중계 모드를 선택하는 방법을 제안한다.
나아가, 본 발명에 따른 기술은 도청자의 도청을 방해하고 보안 영역을 확보하기 위해 협력 재밍을 이용하는 중계 시스템에서, 보안 영역 확보 방법을 제안하고, 잔여 자기 간섭 신호 제거 성능에 따라 더 우수한 성능을 가지는 이중 중계 모드를 선택할 수 있는 방법을 제안한다.
협력 재밍(Cooperative Jamming)은 협력 중계 기반의 물리계층 보안 기술 중에 하나로써 중계 시스템에서 여러 노드의 협력을 통해 재밍을 수행하여 도청자의 도청을 방해하는 역할을 한다. 협력 재밍 기술은 중계 시스템 내에 재밍 신호만을 송신하는 재머 노드가 존재하여 재밍을 수행할 수 있고, 다중 안테나를 이용한 빔 형성을 이용할 수도 있다.
본 발명에서는 중계 시스템 내의 모든 노드가 송수신을 위한 단일 안테나를 가지는 것을 가정하기 때문에 빔 형성을 할 수 없고, 협력 재밍을 수행하기 위한 추가적인 노드가 존재하지 않는다고 가정한다. 그러므로, 수신 노드의 수신을 방해하지 않으면서 재밍을 수행하기 위해서는, 수신 노드 기반의 협력 재밍을 수행해야 한다.
예를 들면, 반이중 중계 시스템에서 수신 노드 기반의 협력 재밍은 중계 노드에서 증폭 및 전달을 통해 두 단계에 거쳐서 중계가 수행될 수 있다. 첫 번째 단계에서, 수신 노드는 재밍을 수행하고, 송신 노드는 기밀 메시지를 중계 노드에게 전송한다. 두 번째 단계에서, 수신 노드는 중계 노드의 중계를 통해 송신 노드가 전송한 정보와 자신이 전송한 재밍 신호가 합쳐진 신호를 수신한다. 이 때, 수신 노드는 적법한 노드 간의 채널 정보와 송신 전력 정보 그리고 자신이 발생시킨 협력 재밍 신호를 알고 있으므로, 중계 노드로부터 다시 중계되는 재밍 신호를 완전히 제거할 수 있다.
즉, 수신 노드는 재밍을 통해 도청자의 수신을 방해하면서, 상대적으로 자신은 재밍의 영향을 받지 않게 된다. 수신 노드 기반의 협력 재밍은 중계 노드가 재밍 신호에 대한 정보를 알 수 없기 때문에, 신뢰할 수 없는 중계 노드를 통한 중계가 이루어지는 경우에도 유효하게 시스템의 보안 성능을 확보할 수 있다.
이러한 본 발명에 대해 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 협력 재밍을 이용하는 전이중 중계 시스템의 개념도를 도시한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 보안 중계 시스템은 송신 노드, 증폭 및 전달(Amplify and Forward; AF)을 수행하는 중계 노드, 수신 노드 그리고 도청자로 구성된 중계 시스템을 가정하며, 수신 노드와 도청자는 중계 노드를 통해서만 신호를 수신한다. 또한, 중계 노드와 수신 노드는 각각 하나의 수신 안테나와 송신 안테나를 동시에 이용하여 전이중 통신을 수행할 수 있다.
중계 노드는 송신 노드의 기밀 메시지와 수신 노드의 재밍 신호를 수신함과 동시에 증폭 후 전달을 통해 중계하며, 수신 노드는 중계 노드로부터 신호를 수신함과 동시에 재밍 신호를 송신한다. 이 때, 수신 노드는 자신의 채널 정보와 송신 전력을 사전에 알고 있으므로, 이를 통해 자신이 송신한 재밍 신호가 중계 노드를 통해 수신되어도 제거할 수 있다.
송신 노드와 중계 노드, 중계 노드와 수신 노드, 중계 노드와 도청자 그리고 수신 노드와 도청자 간의 채널은 각각
Figure 112019001451915-pat00007
,
Figure 112019001451915-pat00008
,
Figure 112019001451915-pat00009
및
Figure 112019001451915-pat00010
으로 나타낸다. 이 때, 적법한 노드 간의 순시 채널 정보와 도청자의 채널 정보에 대한 통계적인 특성은 알려져 있다고 가정하며, 도청자의 채널은 평균 채널 전력이
Figure 112019001451915-pat00011
와
Figure 112019001451915-pat00012
인 레일리 페이딩 채널인 것으로 가정한다.
또한, 모든 노드의 잡음
Figure 112019001451915-pat00013
은 백색 부가 가우시안 잡음으로
Figure 112019001451915-pat00014
를 따른다.
도 1에 도시된 바와 같은 중계 시스템에서, 본 발명은 협력 재밍을 이용하여 수신 노드와 중계 노드 간의 적응적 이중 중계 모드를 선택할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 중계 선택 방법에 대한 동작 흐름도를 도시한 것이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 협력 재밍을 수행하는 단계에 대한 동작 흐름도를 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 중계 선택 방법은 수신 노드 기반의 협력 재밍을 수행한다(단계 210). 이 때, 단계 210은 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 전이중 중계 시스템 또는 자기 간섭이 발생하지 않는 반이중 중계 시스템에서 협력 재밍을 이용하는 전이중 중계 모드 또는 반이중 중계 모드를 수행하는 단계를 나타내며, 이는 도 3에 도시된 바와 같이 복수의 단계를 포함할 수 있다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 전이중 중계 시스템의 중계 노드는 수신 노드로부터 협력 재밍 신호를 수신하고, 송신 노드로부터 기밀 메시지를 수신할 수 있다(단계 310). 예를 들면, 수신 노드는 중계 노드 뿐만 아니라, 도청자의 도청을 방해하기 위하여 협력 재밍 신호를 도청자에게 송신할 수 있다.
이후에 중계 노드는 송신 노드 및 수신 노드로부터 수신된 협력 재밍 신호 및 기밀 메시지를 증폭하여 수신 노드 및 도청자에게 송신할 수 있다(단계 320). 예를 들면, 중계 노드는 송신 노드의 기밀 메시지와 수신 노드의 협력 재밍 신호를 동시에 수신한 후, 증폭 및 전달을 수행할 수 있다.
수신 노드는 채널 정보, 협력 재밍 신호 및 송신 전력 정보에 대한 관련 정보를 알고 있으므로, 중계 노드로부터 수신되는 협력 재밍 신호 및 기밀 메시지 중 협력 재밍 신호를 제거할 수 있다(단계 330).
반면에, 도청자는 상기 관련 정보를 알지 못하기 때문에, 중계 노드로부터 수신되는 협력 재밍 신호 및 기밀 메시지 중 협력 재밍 신호를 제거하지 못하며, 이로 인해, 도청자가 도청하고자 하는 기밀 메시지의 신호 대 간섭 잡음 비(Signal to Interference Plus Noise Ratio; SINR)을 낮출 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 단계 210의 협력 재밍으로 인해 발생되는 잔여 자기 간섭 신호(Residual Self-Interference)의 크기에 따라 전이중(Full-Duplex) 중계 모드 및 반이중(Half-Duplex) 중계 모드의 보안 실패 확률(Secrecy Outage Probability)을 비교한다(단계 220).
단계 220은 하기의 [수학식 4] 및 [수학식 7]을 통해 전이중 중계 모드에서의 보안 실패 확률 및 반이중 중계 모드에서의 보안 실패 확률 각각을 획득하여 이를 비교할 수 있으며, 잔여 자기 간섭 세기 변수(a)의 범위를 획득할 수 있다. 또한, 단계 220은 전이중 중계 모드에서의 보안 실패 확률 및 반이중 중계 모드에서의 보안 실패 확률을 통해 보안 영역을 산출할 수 있다.
단계 220에 의한 비교 결과에 따라 이중(Duplex) 통신 방식 중 전이중 중계 모드 또는 반이중 중계 모드의 이중 중계 모드를 선택한다(단계 230).
단계 230은 잔여 자기 간섭 변수의 범위가
Figure 112019001451915-pat00015
또는
Figure 112019001451915-pat00016
인 조건에 따라 전이중 중계 모드에서의 보안 실패 확률 및 반이중 중계 모드에서의 보안 실패 확률 측면에서 우위를 가지는 중계 모드를 선택할 수 있다. 보다 구체적으로, 단계 230은 잔여 자기 간섭 변수의 범위에서, 잔여 자기 간섭 변수(a)가 0부터
Figure 112019001451915-pat00017
까지인 경우 전이중 중계 모드를 선택하고, 잔여 자기 간섭 변수(a)가
Figure 112019001451915-pat00018
부터 1까지인 경우 반이중 중계 모드를 선택하는 것을 특징으로 한다.
이러한 과정을 통해 수행되는 중계 선택 방법에 대해 이하에서 상세히 설명한다.
아래에서 서술한 내용은 본 발명의 일 실시예에 따른 보안 중계 시스템에서 적응적 이중 중계 모드를 선택하는 방법으로, 도 1에 도시된 협력 재밍을 이용하는 전이중 중계 시스템 및 반이중 중계 시스템을 기반으로 하여 잔여 자기 간섭 성능에 따라 반이중 중계 방식 또는 전이중 중계 방식 중 보안 성능이 보다 좋은 이중 중계 모드를 선택하는 방법을 나타낸다.
송신 노드와 중계 노드, 중계 노드와 수신 노드, 중계 노드와 도청자 그리고 수신 노드와 도청자 간의 채널은 각각
Figure 112019001451915-pat00019
,
Figure 112019001451915-pat00020
,
Figure 112019001451915-pat00021
및
Figure 112019001451915-pat00022
으로 나타내며, 적법한 노드 간의 순시 채널 정보와 도청자의 채널 정보에 대한 통계적인 특성은 알려져 있다고 가정한다.
또한, 도청자의 채널은 평균 채널 전력이
Figure 112019001451915-pat00023
와
Figure 112019001451915-pat00024
인 레일리 페이딩 채널인 것으로 가정한다. 즉,
Figure 112019001451915-pat00025
와
Figure 112019001451915-pat00026
는 도청자의 대규모 페이딩(Large scale fading)을 의미하며, 중계 노드와 도청자, 수신 노드와 도청자 사이의 거리에 반비례할 수 있다.
또한, 모든 노드의 잡음
Figure 112019001451915-pat00027
은 백색 부가 가우시안 잡음으로
Figure 112019001451915-pat00028
을 따른다.
중계 노드와 수신 노드에서 자기 간섭 신호를 완벽하게 제거하지 못해 발생하는 잔여 자기 간섭 신호
Figure 112019001451915-pat00029
는
Figure 112019001451915-pat00030
로 가정한다. 또한, 각 분산은
Figure 112019001451915-pat00031
로 나타내며,
Figure 112019001451915-pat00032
는 시스템의 자기 간섭 신호 제거 기법에 의해 결정되는 변수를 나타낸다. 예를 들어, a=0인 경우, 자기 간섭 신호는 완벽히 제거됨을 의미하며, a=1인 경우, 송신 신호가 그대로 수신됨을 의미한다.
각 노드로 수신되는 신호를
Figure 112019001451915-pat00033
라 할 때, 하기의 [수학식 1]과 같이 나타낼 수 있다. 이 때, R은 중계 노드를 나타내고, D는 수신 노드를 나타내며, E는 도청자를 나타낸다.
[수학식 1]
Figure 112019001451915-pat00034
여기서,
Figure 112019001451915-pat00035
는 송신 노드에서 전송하는 기밀 메시지를 나타내고, 송신 노드의 송신 전력은
Figure 112019001451915-pat00036
를 나타낸다. 또한,
Figure 112019001451915-pat00037
는 수신 노드에서 수행하는 협력 재밍 신호를 나타내며, 수신 노드의 송신 전력은
Figure 112019001451915-pat00038
를 나타낸다. 또한,
Figure 112019001451915-pat00039
는 중계 노드의 증폭 계수(amplifying coefficient)를 나타내고,
Figure 112019001451915-pat00040
는 중계 노드의 송신 전력으로 증폭 계수
Figure 112019001451915-pat00041
를 나타낸다.
수신 노드는 중계 노드를 통해 수신되는 자신의 재밍 신호를 제거할 수 있으므로,
Figure 112019001451915-pat00042
는 하기의 [수학식 2]와 같이 표현된다.
[수학식 2]
Figure 112019001451915-pat00043
전술한 [수학식 1] 및 [수학식 2]를 이용하면, 수신 노드의 종단 간(End-To-End) 신호 대 간섭 및 잡음비
Figure 112019001451915-pat00044
와 도청자의 종단 간(End-To-End) 신호 대 간섭 및 잡음비
Figure 112019001451915-pat00045
는 하기의 [수학식 3]과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112019001451915-pat00046
여기서,
Figure 112019001451915-pat00047
를 나타내고,
Figure 112019001451915-pat00048
를 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 적응적 이중 중계 모드 선택 방법 및 시스템이 제안하는 중계 선택 방법에서 고려하는 보안 성능은 보안 실패 확률을 통해 나타내므로 협력 재밍을 이용하는 전이중 중계 시스템의 보안 실패 확률
Figure 112019001451915-pat00049
은 하기의 [수학식 4]와 같이 표현된다.
[수학식 4]
Figure 112019001451915-pat00050
여기서,
Figure 112019001451915-pat00051
는 목표로 하는 보안 전송률을 나타낸다.
전술한 [수학식 4]에서 적법한 노드들의 신호 대 간섭 및 잡음 비(Signal to Interference Plus Noise Ratio; SINR)는 모두 알려져 있다고 가정하기 때문에,
Figure 112019001451915-pat00052
는 랜덤 변수를 나타낸다. 그러므로,
Figure 112019001451915-pat00053
는 하기의 [수학식 5]과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112019001451915-pat00054
전술한 바와 같이, [수학식 5]에서
Figure 112019001451915-pat00055
및
Figure 112019001451915-pat00056
는 지수(Exponential) 분포를 따르므로, 확률 밀도 함수의 변환을 이용하면
Figure 112019001451915-pat00057
는 하기의 [수학식 6]과 같이 산출된다.
[수학식 6]
Figure 112019001451915-pat00058
전술한 [수학식 6]을 활용하여 보안 영역을 나타낼 수 있다. 도청자의 위치에 따른 보안 실패 확률을 도시한 도 4를 참조하면, 도청자가 수신 노드에 가까워져
Figure 112019001451915-pat00059
가 증하는 경우, 보안 실패 확률이 감소하게 되므로, 주어진 환경에서 수신 노드 주변에 목표로 하는 보안 실패 확률을 포함하는 거리를 획득할 수 있다. 이로 인해, 본 발명은 보안 실패 확률을 이용하여 수신 노드 주변에 일정한 보안 성능을 가지는 보안 영역을 나타낼 수 있으며, 재밍 신호 전력을 제어하여 보안 영역을 확보할 수 있다.
반면에, 협력 재밍을 이용하는 반이중 중계 시스템의 경우, 자기 간섭이 발생하지 않고 두 단계를 거쳐서 중계가 이루어지므로, 전이중 중계 시스템의 신호 대 간섭 및 잡음 비에서
Figure 112019001451915-pat00060
와
Figure 112019001451915-pat00061
를 고려한다.
이 때, 두 이중 중계 시스템(전이중 이중 중계 시스템 및 반이중 이중 중계 시스템) 모두 각 노드에서 동일한 송신 전력을 사용한다고 가정하면, 반이중 중계 시스템의 보안 실패 확률
Figure 112019001451915-pat00062
은 하기의 [수학식 7]과 같이 표현된다.
[수학식 7]
Figure 112019001451915-pat00063
여기서,
Figure 112019001451915-pat00064
과
Figure 112019001451915-pat00065
는 하기의 [수학식 8]과 같다.
[수학식 8]
Figure 112019001451915-pat00066
여기서,
Figure 112019001451915-pat00067
를 나타내고,
Figure 112019001451915-pat00068
를 나타낸다. 또한, 중계 노드의 증폭 계수는
Figure 112019001451915-pat00069
를 나타낸다.
마찬가지로, 전이중 중계 시스템과 같은 방법으로
Figure 112019001451915-pat00070
를 산출하면 하기의 [수학식 9]와 같다.
[수학식 9]
Figure 112019001451915-pat00071
여기서,
Figure 112019001451915-pat00072
를 나타내고,
Figure 112019001451915-pat00073
를 나타낸다.
전술한 [수학식 9]를 이용하면, 중계 노드 주변에 목표로 하는 보안 실패 확률을 만족하는 거리를 획득할 수 있으며, 전이중 중계 모드와 마찬가지로 보안 영역을 나타낼 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 적응적 이중 중계 모드 선택 방법은 잔여 자기 간섭(Residual Self-Interference)의 세기를 나타내는 변수 a에 따라 각 이중 중계 시스템의 보안 실패 확률을 비교하여 선택하는 것이므로,
Figure 112019001451915-pat00074
을 만족하는 잔여 자기 간섭 세기 변수 a의 범위를 획득해야 한다. 이에 따라서, 본 발명은 자기 간섭 제거 기법이 정해짐에 따라 보안 실패 확률이 더 낮은 이중 중계 모드를 선택할 수 있다.
이 때,
Figure 112019001451915-pat00075
을 만족하는 잔여 자기 간섭 세기 변수 a의 범위는
Figure 112019001451915-pat00076
인 경우와
Figure 112019001451915-pat00077
인 경우로 구분되어 획득될 수 있다. 먼저 자기 간섭을 완전히 제거한 경우, 예를 들어
Figure 112019001451915-pat00078
,
Figure 112019001451915-pat00079
그리고
Figure 112019001451915-pat00080
이 되므로, 항상
Figure 112019001451915-pat00081
를 만족하게 된다.
일 예로,
Figure 112019001451915-pat00082
인 경우,
Figure 112019001451915-pat00083
을 만족하는 a의 범위를 찾기 위해, 전술한 [수학식 6]을 이용하여
Figure 112019001451915-pat00084
이 되는 a의 범위를 획득할 수 있다.
이 때,
Figure 112019001451915-pat00085
는 분모와 분자가 a의 3차 함수로 이루어져 있으므로, 하기의 [수학식 10]과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 10]
Figure 112019001451915-pat00086
여기서,
Figure 112019001451915-pat00087
는 하기의 [수학식 11]과 같다.
[수학식 11]
Figure 112019001451915-pat00088
전술한 [수학식 11]에서 K1, K2 및 K3는 음수이고, K4는 양수를 나타낸다. 이에 따라서,
Figure 112019001451915-pat00089
는
Figure 112019001451915-pat00090
에 대해 감소 함수이므로, [수학식 10]의 3차 방정식의 근을 획득하면, 0과 1사이에 최대 하나의
Figure 112019001451915-pat00091
가 존재하며, 이때의 0부터
Figure 112019001451915-pat00092
까지는
Figure 112019001451915-pat00093
를 만족하는 a의 범위가 된다.
그러므로, 잔여 자기 간섭의 세기 변수가 0부터
Figure 112019001451915-pat00094
까지는 전이중 중계 시스템을 이용하는 것이 보안 실패 확률 측면에서 우위를 가진다. 만약 0과 1 사이에 근이 존재하지 않다면
Figure 112019001451915-pat00095
를 만족하는 a가 존재하지 않는 것이므로, 항상
Figure 112019001451915-pat00096
가 된다. 이로 인해, 잔여 자기 간섭에 상관없이 항상 전이중 중계 시스템을 이용하는 것이 보안 실패 확률 측면에서 우위를 가진다.
다른 예로,
Figure 112019001451915-pat00097
인 경우,
Figure 112019001451915-pat00098
을 만족하는 a의 범위를 찾기 위해서
Figure 112019001451915-pat00099
을 만족하는 a의 범위를 획득할 수 있다.
Figure 112019001451915-pat00100
는 전술한 [수학식 6] 및 [수학식 9]를 이용하면 하기의 [수학식 12]와 같이 a에 대한 3차 방정식으로 나타낼 수 있다.
[수학식 12]
Figure 112019001451915-pat00101
여기서,
Figure 112019001451915-pat00102
는 하기의 [수학식 13]과 같다.
[수학식 13]
Figure 112019001451915-pat00103
여기서,
Figure 112019001451915-pat00104
는 Lambert-W 함수이므로, K5는 양수를 나타낸다. K6 및 K7은 음수인 반면에,
Figure 112019001451915-pat00105
에서
Figure 112019001451915-pat00106
를 항상 만족하므로, K9는 양수를 나타낸다.
이에 따라서, 데카르트 부호 규칙(Descartes’ rule of signs)을 이용하면, [수학식 12]의 3차 방정식의 근을 획득하면 0과 1사이에 최대 하나의
Figure 112019001451915-pat00107
가 존재하며, 이때의
Figure 112019001451915-pat00108
부터 1까지는
Figure 112019001451915-pat00109
를 만족하는 a의 범위가 된다.
그러므로, 잔여 자기 간섭의 세기 변수가
Figure 112019001451915-pat00110
부터 1까지는 반이중 중계 시스템을 이용하는 것이 보안 실패 확률 측면에서 우위를 가진다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른
Figure 112019001451915-pat00111
의 조건에서 잔여 자기 간섭 신호 변수에 대한 보안 실패 확률을 그래프로 도시한 것이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른
Figure 112019001451915-pat00112
의 조건에서 잔여 자기 간섭 신호 변수에 대한 보안 실패 확률을 그래프로 도시한 것이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 각각
Figure 112019001451915-pat00113
과
Figure 112019001451915-pat00114
의 조건을 나타내며,
Figure 112019001451915-pat00115
는 전술한 [수학식 10] 및 [수학식 12]의 방정식을 통해 획득될 수 있다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 잔여 자기 간섭 변수 a가 0부터
Figure 112019001451915-pat00116
까지는 전이중 중계 모드(Full-Duplex Relay)를 선택하고,
Figure 112019001451915-pat00117
부터 1까지는 반이중 중계 모드(Half-Duplex Relay)를 선택하는 것이 보안 실패 확률 측면에서 우위를 가지는 것임을 확인할 수 있다. 이에 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 적응적 이중 중계 모드 선택 방법 및 시스템이 제안하는 이중 중계 모드 선택 방법을 사용하는 경우, 항상 보안 실패 확률 측면에서 우위를 가지는 중계 모드를 선택할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 중계 선택 시스템의 세부 구성을 블록도로 도시한 것이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 처리부의 구성을 블록도로 도시한 것이다.
도 7 및 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 중계 선택 시스템은 협력 재밍을 이용하는 보안 중계 시스템에서 보안 실패 확률에 따른 적응적 이중 중계 모드를 선택한다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 중계 선택 시스템(700)은 처리부(710), 비교부(720) 및 선택부(730)를 포함한다.
처리부(710)는 수신 노드 기반의 협력 재밍(Cooperative Jamming)을 수행한다. 이 때, 처리부(710)는 전이중 중계 시스템 또는 자기 간섭이 발생하지 않는 반이중 중계 시스템에서 협력 재밍을 이용하는 전이중 중계 모드 또는 반이중 중계 모드를 수행하는 단계를 나타내며, 이는 도 7에 도시된 바와 같이 복수의 구성요소를 포함할 수 있다.
도 8을 참조하면, 수신부(711)는 중계 노드에서, 상기 수신 노드로부터 협력 재밍 신호를 수신하고, 송신 노드로부터 기밀 메시지를 수신할 수 있다. 예를 들면, 수신 노드는 중계 노드 뿐만 아니라, 도청자의 도청을 방해하기 위하여 협력 재밍 신호를 도청자에게 송신할 수 있다.
이후에 송신부(712)는 중계 노드에서, 상기 협력 재밍 신호 및 상기 기밀 메시지를 증폭하여 상기 수신 노드 및 도청자에게 송신할 수 있다. 예를 들면, 중계 노드는 송신 노드의 기밀 메시지와 수신 노드의 협력 재밍 신호를 동시에 수신한 후, 증폭 및 전달을 수행할 수 있다.
제거부(713)는 수신 노드에서, 상기 협력 재밍 신호를 제거할 수 있다. 수신 노드는 채널 정보, 협력 재밍 신호 및 송신 전력 정보에 대한 관련 정보를 알고 있으므로, 중계 노드로부터 수신되는 협력 재밍 신호 및 기밀 메시지 중 협력 재밍 신호를 제거할 수 있다. 반면에, 도청자는 상기 관련 정보를 알지 못하기 때문에, 중계 노드로부터 수신되는 협력 재밍 신호 및 기밀 메시지 중 협력 재밍 신호를 제거하지 못하며, 이로 인해, 도청자가 도청하고자 하는 기밀 메시지의 신호 대 간섭 잡음 비(Signal to Interference Plus Noise Ratio; SINR)을 낮출 수 있다.
비교부(720)는 협력 재밍으로 인해 발생되는 잔여 자기 간섭 신호(Residual Self-Interference)의 크기에 따라 전이중(Full-Duplex) 중계 모드 및 반이중(Half-Duplex) 중계 모드의 보안 실패 확률(Secrecy Outage Probability)을 비교한다.
비교부(720)는 전술한 [수학식 4] 및 [수학식 7]을 통해 전이중 중계 모드에서의 보안 실패 확률 및 반이중 중계 모드에서의 보안 실패 확률 각각을 획득하여 이를 비교할 수 있으며, 잔여 자기 간섭 세기 변수(a)의 범위를 획득할 수 있다. 또한, 비교부(720)는 전이중 중계 모드에서의 보안 실패 확률 및 반이중 중계 모드에서의 보안 실패 확률을 통해 보안 영역을 산출할 수 있다.
선택부(730)는 비교 결과에 따라 이중(Duplex) 통신 방식 중 전이중 중계 모드 또는 반이중 중계 모드의 이중 중계 모드를 선택한다.
예를 들면, 선택부(730)는 잔여 자기 간섭 변수의 범위가
Figure 112019001451915-pat00118
또는
Figure 112019001451915-pat00119
인 조건에 따라 전이중 중계 모드에서의 보안 실패 확률 및 반이중 중계 모드에서의 보안 실패 확률 측면에서 우위를 가지는 중계 모드를 선택할 수 있다. 보다 구체적으로, 선택부(730)는 잔여 자기 간섭 변수의 범위에서, 잔여 자기 간섭 변수(a)가 0부터
Figure 112019001451915-pat00120
까지인 경우 전이중 중계 모드를 선택하고, 잔여 자기 간섭 변수(a)가
Figure 112019001451915-pat00121
부터 1까지인 경우 반이중 중계 모드를 선택하는 것을 특징으로 한다.
비록, 도 7 및 도 8에서 설명하지 않았지만, 도 7 및 도 8의 장치는 상술한 도 1 내지 도 6에서 설명한 중계 선택 방법에 대한 동작을 모두 포함할 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 어플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (14)

  1. 협력 재밍을 이용하는 보안 중계 시스템에서 수신 노드와 중계 노드 간의 적응적 이중 중계 모드를 선택하는 중계 선택 방법에 있어서,
    상기 수신 노드 기반의 협력 재밍(Cooperative Jamming)을 수행하는 단계;
    상기 협력 재밍으로 인해 발생되는 잔여 자기 간섭 신호(Residual Self-Interference)의 크기에 따라 전이중(Full-Duplex) 중계 모드 및 반이중(Half-Duplex) 중계 모드의 보안 실패 확률(Secrecy Outage Probability)을 비교하는 단계; 및
    비교 결과에 따라 이중(Duplex) 통신 방식 중 상기 전이중 중계 모드 또는 상기 반이중 중계 모드의 이중 중계 모드를 선택하는 단계
    를 포함하며,
    상기 보안 실패 확률을 비교하는 단계는
    상기 전이중 중계 모드에서의 보안 실패 확률 및 상기 반이중 중계 모드에서의 보안 실패 확률을 통해 보안 영역을 산출하고, 잔여 자기 간섭 세기 변수의 범위를 획득하며,
    상기 이중 중계 모드를 선택하는 단계는
    상기 잔여 자기 간섭 변수의 범위의 상기 반이중 중계 모드에서의 보안 실패 확률인
    Figure 112020091524377-pat00134
    또는
    Figure 112020091524377-pat00135
    조건에 따라 상기 전이중 중계 모드에서의 보안 실패 확률 및 상기 반이중 중계 모드에서의 보안 실패 확률 측면에서 우위를 가지는 중계 모드를 선택하고,
    상기 이중 중계 모드를 선택하는 단계는
    상기 잔여 자기 간섭 변수의 범위에서, 상기 잔여 자기 간섭 변수(a)가 0부터 a*까지인 경우 상기 전이중 중계 모드를 선택하고, 상기 잔여 자기 간섭 변수(a)가 a*부터 1까지인 경우 상기 반이중 중계 모드를 선택하며,
    상기 보안 실패 확률을 비교하는 단계는
    상기 전이중 중계 모드에서의 보안 실패 확률을 이용하여 상기 수신 노드에서 목표로 하는 보안 실패 확률을 만족하는 거리를 획득하고, 상기 수신 노드에서 목표로 하는 보안 실패 확률을 만족하는 거리를 이용하여 상기 수신 노드의 주변에 일정 보안 성능을 가지는 보안 영역을 획득하며, 상기 반이중 중계 모드에서의 보안 실패 확률을 이용하여 상기 중계 노드에서 목표로 하는 보안 실패 확률을 만족하는 거리를 획득하고, 상기 중계 노드에서 목표로 하는 보안 실패 확률을 만족하는 거리를 이용하여 상기 중계 노드의 주변에 일정 보안 성능을 가지는 보안 영역을 획득하며, 상기 반이중 중계 모드에서의 보안 실패 확률이 상기 전이중 중계 모드에서의 보안 실패 확률 이상인 조건을 만족하는 상기 잔여 자기 간섭 세기 변수의 범위를 획득하는 중계 선택 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 협력 재밍을 수행하는 단계는
    상기 협력 재밍을 이용하는 상기 전이중 중계 모드 또는 상기 반이중 중계 모드를 수행하는 것을 특징으로 하는, 중계 선택 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 협력 재밍을 수행하는 단계는
    상기 중계 노드에서, 상기 수신 노드로부터 협력 재밍 신호를 수신하고, 송신 노드로부터 기밀 메시지를 수신하는 단계;
    상기 중계 노드에서, 상기 협력 재밍 신호 및 상기 기밀 메시지를 증폭하여 상기 수신 노드 및 도청자에게 송신하는 단계; 및
    상기 수신 노드에서, 상기 협력 재밍 신호를 제거하는 단계
    를 포함하는 중계 선택 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 협력 재밍 신호를 제거하는 단계는
    채널 정보, 상기 협력 재밍 신호 및 송신 전력 정보에 대한 관련 정보를 알고 있는 상기 수신 노드에서, 상기 중계 노드로부터 수신되는 상기 협력 재밍 신호 및 상기 기밀 메시지 중 상기 협력 재밍 신호를 제거하는 것을 특징으로 하는, 중계 선택 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 도청자는
    상기 관련 정보를 알지 못하기 때문에, 상기 중계 노드로부터 수신되는 상기 협력 재밍 신호 및 상기 기밀 메시지 중 상기 협력 재밍 신호를 제거하지 못하며,
    상기 협력 재밍 신호를 제거하는 단계는
    상기 도청자가 도청하고자 하는 상기 기밀 메시지의 신호 대 간섭 잡음 비(Signal to Interference Plus Noise Ratio; SINR)을 낮추는 것을 특징으로 하는, 중계 선택 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 협력 재밍을 이용하는 보안 중계 시스템에서 수신 노드와 중계 노드 간의 적응적 이중 중계 모드를 선택하는 중계 선택 시스템에 있어서,
    상기 수신 노드 기반의 협력 재밍(Cooperative Jamming)을 수행하는 처리부;
    상기 협력 재밍으로 인해 발생되는 잔여 자기 간섭 신호(Residual Self-Interference)의 크기에 따라 전이중(Full-Duplex) 중계 모드 및 반이중(Half-Duplex) 중계 모드의 보안 실패 확률(Secrecy Outage Probability)을 비교하는 비교부; 및
    비교 결과에 따라 이중(Duplex) 통신 방식 중 상기 전이중 중계 모드 또는 상기 반이중 중계 모드의 이중 중계 모드를 선택하는 선택부
    를 포함하며,
    상기 비교부는
    상기 전이중 중계 모드에서의 보안 실패 확률 및 상기 반이중 중계 모드에서의 보안 실패 확률을 통해 보안 영역을 산출하고, 잔여 자기 간섭 세기 변수의 범위를 획득하며,
    상기 선택부는
    상기 잔여 자기 간섭 변수의 범위의 상기 반이중 중계 모드에서의 보안 실패 확률인
    Figure 112020091524377-pat00136
    또는
    Figure 112020091524377-pat00137
    조건에 따라 상기 전이중 중계 모드에서의 보안 실패 확률 및 상기 반이중 중계 모드에서의 보안 실패 확률 측면에서 우위를 가지는 중계 모드를 선택하고,
    상기 선택부는
    상기 잔여 자기 간섭 변수의 범위에서, 상기 잔여 자기 간섭 변수(a)가 0부터 a*까지인 경우 상기 전이중 중계 모드를 선택하고, 상기 잔여 자기 간섭 변수(a)가 a*부터 1까지인 경우 상기 반이중 중계 모드를 선택하며,
    상기 비교부는
    상기 전이중 중계 모드에서의 보안 실패 확률을 이용하여 상기 수신 노드에서 목표로 하는 보안 실패 확률을 만족하는 거리를 획득하고, 상기 수신 노드에서 목표로 하는 보안 실패 확률을 만족하는 거리를 이용하여 상기 수신 노드의 주변에 일정 보안 성능을 가지는 보안 영역을 획득하며, 상기 반이중 중계 모드에서의 보안 실패 확률을 이용하여 상기 중계 노드에서 목표로 하는 보안 실패 확률을 만족하는 거리를 획득하고, 상기 중계 노드에서 목표로 하는 보안 실패 확률을 만족하는 거리를 이용하여 상기 중계 노드의 주변에 일정 보안 성능을 가지는 보안 영역을 획득하며, 상기 반이중 중계 모드에서의 보안 실패 확률이 상기 전이중 중계 모드에서의 보안 실패 확률 이상인 조건을 만족하는 상기 잔여 자기 간섭 세기 변수의 범위를 획득하는 중계 선택 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 처리부는
    상기 협력 재밍을 이용하는 상기 전이중 중계 모드 또는 상기 반이중 중계 모드를 수행하는 것을 특징으로 하는, 중계 선택 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 처리부는
    상기 중계 노드에서, 상기 수신 노드로부터 협력 재밍 신호를 수신하고, 송신 노드로부터 기밀 메시지를 수신하는 수신부;
    상기 중계 노드에서, 상기 협력 재밍 신호 및 상기 기밀 메시지를 증폭하여 상기 수신 노드 및 도청자에게 송신하는 송신부; 및
    상기 수신 노드에서, 상기 협력 재밍 신호를 제거하는 제거부
    를 포함하는 중계 선택 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제거부는
    채널 정보, 상기 협력 재밍 신호 및 송신 전력 정보의 관련 정보를 알고 있는 상기 수신 노드에서, 상기 중계 노드로부터 수신되는 상기 협력 재밍 신호 및 상기 기밀 메시지 중 상기 협력 재밍 신호를 제거하는 것을 특징으로 하는, 중계 선택 시스템.
  13. 삭제
  14. 삭제
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Hongliang He 외 3인, Full-Duplex or Half Duplex Hybrid Relay Selection for Physical Layer Secrecy, IEEE, 2016.05.18*
Junguk Park 외 2인, Secure Full-Duplex Relay Network using Cooperative Jamming, IEEE , 2017.10.20*

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