KR20200085429A - Method and system for selecting adaptive duplex relay mode using cooperative jamming - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method for selecting an adaptive duplex relay mode according to the probability of security failure in a security relay system using cooperative jamming and a system thereof. According to the present invention, the method comprises the steps of: performing the receiving node-based cooperative jamming; comparing the secrecy outage probability of a full-duplex relay mode and a half-duplex relay mode according to the size of the residual self-interference signal generated by the cooperative jamming; and selecting a duplex relay mode of the full-duplex relay mode or the half-duplex relay mode of a duplex communication method according to the comparison result.

Description

협력 재밍을 이용한 적응적 이중 중계 모드 선택 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR SELECTING ADAPTIVE DUPLEX RELAY MODE USING COOPERATIVE JAMMING}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.The present invention relates to a method and system for selecting an adaptive dual relay mode using collaborative jamming, and to a method and system for selecting an adaptive dual relay mode according to a probability of security failure in a security relay system using collaborative jamming.

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.In a wireless communication environment, the relay system enables a wider range of communication. In general, a relay system is composed of a transmitting node, a relay node, and a receiving node, and is classified into a half-duplex relay system and a full-duplex relay system according to the dual communication method of the relay node.

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.In the half-duplex relay method, the relay node receives the signal from the transmitting node, and then retransmits it using a channel different from the channel of the received signal. Since different channels are used for transmission and reception, there is a loss in resource efficiency. For example, if a relay node uses two time slots for transmission/reception, a loss occurs in terms of the amount of time, and the information transmission rate is halved.

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.On the other hand, since the full-duplex relay method transmits/receives at the relay node, since it is performed in the same channel, there is no loss in terms of resource efficiency. However, since transmission/reception is performed in the same channel at the relay node, a signal to be transmitted is received again, resulting in self-interference, thereby deteriorating performance.

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.That is, in the case of a half-duplex relay system, information transmission rate loss occurs in terms of resource efficiency, and in a full-duplex relay system, information transmission rate loss due to self-interference occurs. Therefore, through proper control of the self-interference signal, the full-duplex relay scheme can guarantee a greater information transmission rate than the half-duplex relay scheme. In order to prevent the loss of information rate due to the self-interference, the self-interference cancellation technique is essential in a full-duplex relay system.

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. The self-interference cancellation technique largely uses antenna separation, analog domain, and digital domain cancellation techniques, and a residual self-interference signal is generated in the process of removing the self-interference. Therefore, in order to accurately compare the performance of the half-duplex relay method and the full-duplex relay method, it is necessary to consider residual magnetic interference in the full-duplex relay method, but there is a limitation that the existing technology does not reflect this.

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.The present invention is to provide a method and system for selecting a dual relay mode having a better security performance among a half-duplex relay method or a full-duplex relay method according to the residual self-interference performance of the full-duplex relay system.

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. In addition, the present invention can secure a security area around a relay node and a receiving node, and selects a dual relay mode with better security performance between half-duplex relay method and full-duplex relay method according to the self-interference cancellation technique of the full-duplex relay system. And systems.

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.In a relay selection method for selecting an adaptive dual relay mode between a receiving node and a relay node in a secure relay system using collaborative jamming according to an embodiment of the present invention, performing the cooperative jamming based on the receiving node Step, according to the size of the residual self-interference signal (Residual Self-Interference) generated due to the cooperative jamming Full-Duplex (Full-Duplex) relay mode and half-duplex (Half-Duplex) security failure probability (Secrecy Outage Probability) of the relay mode And selecting a dual relay mode of the full-duplex relay mode or the half-duplex relay mode among duplex communication methods according to the comparing step and the comparison result.

상기 협력 재밍을 수행하는 단계는 상기 협력 재밍을 이용하는 상기 전이중 중계 모드 또는 상기 반이중 중계 모드를 수행할 수 있다. The step of performing the cooperative jamming may perform the full-duplex relay mode or the half-duplex relay mode using the cooperative jamming.

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.The step of performing the cooperative jamming includes receiving a cooperative jamming signal from the receiving node and receiving a confidential message from a transmitting node at the relay node, and amplifying the cooperative jamming signal and the confidential message at the relay node. And transmitting to the receiving node and the eavesdropper, and removing the cooperative jamming signal from the receiving node.

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.The step of removing the cooperative jamming signal includes the cooperative jamming among the cooperative jamming signal and the confidential message received from the relay node at the receiving node that knows channel information, the cooperative jamming signal and related information about the transmission power information. The signal can be removed.

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. Since the eavesdropper does not know the related information, the cooperative jamming signal among the cooperative jamming signal and the confidential message received from the relay node cannot be removed, and the step of removing the cooperative jamming signal is intended to be intercepted by the eavesdropper. The signal to interference noise (Signal to Interference Plus Noise Ratio; SINR) of the confidential message can be lowered.

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.Comparing the security failure probability may calculate a security region through the security failure probability in the full-duplex relay mode and the security failure probability in the half-duplex relay mode, and obtain a range of residual self-interference strength variables.

상기 이중 중계 모드를 선택하는 단계는 상기 잔여 자기 간섭 변수의 범위의

Figure pat00001
또는
Figure 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.The step of selecting the dual relay mode is based on the range of the residual self-interference variable.
Figure pat00001
or
Figure pat00002
Depending on the conditions, a relay mode having an advantage in terms of the probability of security failure in the full-duplex relay mode and the probability of security failure in the half-duplex relay mode may be selected.

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.The step of selecting the dual relay mode selects the full-duplex relay mode when the residual self-interference variable (a) is 0 to a* in the range of the residual self-interference variable, and the residual self-interference variable (a). When is a* to 1, the half-duplex relay mode may be selected.

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.In a relay selection system for selecting an adaptive dual relay mode between a receiving node and a relay node in a secure relay system using collaborative jamming according to an embodiment of the present invention, performing the cooperative jamming based on the receiving node The processing unit, according to the magnitude of the residual self-interference signal (Residual Self-Interference) generated by the cooperative jamming, Full-Duplex relay mode and Half-Duplex relay mode security failure probability (Secrecy Outage Probability) It includes a comparison unit for comparison and a selection unit for selecting a dual relay mode of the full-duplex relay mode or the half-duplex relay mode among duplex communication methods according to the comparison result.

상기 처리부는 상기 협력 재밍을 이용하는 상기 전이중 중계 모드 또는 상기 반이중 중계 모드를 수행할 수 있다.The processing unit may perform the full-duplex relay mode or the half-duplex relay mode using the cooperative jamming.

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.The processing unit receives a cooperative jamming signal from the receiving node at the relay node, and receives a confidential message from the transmitting node, and amplifies the cooperative jamming signal and the confidential message at the relay node to amplify the receiving node and the wiretapping. It may include a transmission unit for transmitting to the party, and a removal unit for removing the cooperative jamming signal in the receiving node.

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.The removal unit may remove the cooperative jamming signal from the cooperative jamming signal and the confidential message received from the relay node at the receiving node that knows the channel information, the cooperative jamming signal and related information of the transmission power information.

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.The comparator may calculate a security region through the probability of security failure in the full-duplex relay mode and the probability of security failure in the half-duplex relay mode, and obtain a range of residual self-interference strength variables.

상기 선택부는 상기 잔여 자기 간섭 변수의 범위의

Figure pat00003
또는
Figure 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. The selection part of the range of the residual self-interference variable
Figure pat00003
or
Figure pat00004
Depending on conditions, in the range of the residual self-interference variable, when the residual self-interference variable (a) is from 0 to a*, the full-duplex relay mode is selected, and the residual self-interference variable (a) is from a* to 1 If it is, the half-duplex relay mode can be selected.

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. According to an embodiment of the present invention, by selecting a dual relay mode having better security performance according to the self-interference cancellation performance by the adaptive dual relay mode selection method, it is applicable regardless of the self-interference cancellation technique, and the security of the relay system Performance can be maximized.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 보안 영역 확보 방법에 의한 재밍 신호의 전력과 단말의 상대적인 위치만을 이용하여 일반적인 중계 시스템에 적용 가능할 수 있다. Further, according to an embodiment of the present invention, it may be applicable to a general relay system by using only the relative position of the terminal and the power of the jamming signal by the secure area securing method.

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. In addition, according to an embodiment of the present invention, it is possible to select a dual relay mode having a lower security failure probability by comparing the security failure probability of the full-duplex relay system and the half-duplex relay system according to the residual self-interference parameter given by the self-interference cancellation technique. In addition, it can be applied regardless of the self-interference cancellation performance of the relay system, and through this, the security performance of the relay system can be controlled.

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 pat00005
의 조건에서 잔여 자기 간섭 신호 변수에 대한 보안 실패 확률을 그래프로 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른
Figure 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.1 is a conceptual diagram of a full-duplex relay system using cooperative jamming according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating an operation for a relay selection method according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating an operation for performing cooperative jamming according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph illustrating the probability of security failure according to the position of the eavesdropper in a full-duplex relay system according to an embodiment of the present invention.
5 is according to an embodiment of the present invention
Figure pat00005
The probability of security failure for the residual self-interference signal variable under the condition of is shown graphically.
6 is according to an embodiment of the present invention
Figure pat00006
The probability of security failure for the residual self-interference signal variable under the condition of is shown graphically.
7 is a block diagram showing the detailed configuration of a relay selection system according to an embodiment of the present invention.
8 is a block diagram showing the configuration of a processing unit according to an embodiment of the present invention.

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.Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited or limited by the embodiments. In addition, the same reference numerals shown in each drawing denote the same members.

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. In addition, terms used in the present specification (terminology) are terms used to properly express a preferred embodiment of the present invention, which may vary according to viewers, operators' intentions, or customs in the field to which the present invention pertains. Therefore, definitions of these terms should be made based on the contents throughout the present specification.

본 발명의 실시예들은, 협력 재밍을 이용하는 보안 중계 시스템에서 보안 실패 확률에 따른 적응적 이중 중계 모드를 선택하는 것을 그 요지로 한다. It is an object of the present invention to select an adaptive dual relay mode according to a probability of security failure in a security relay system using cooperative jamming.

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. According to the present invention, the security failure probability according to the strength of residual self-interference signals inevitably generated according to a self-interference cancellation method in a security relay system capable of using a full-duplex relay mode We propose a method to secure a security area in the network by using (Secrecy Outage Probability), and a method of selecting a dual relay mode through comparison with a half-duplex relay mode.

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. Furthermore, the technology according to the present invention proposes a security area securing method in a relay system using cooperative jamming to prevent eavesdropping and secure the security area, and has better performance according to the residual self-interference signal removal performance We propose a way to select a relay mode.

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.Cooperative Jamming (Cooperative Jamming) is one of the physical layer security technologies based on cooperative relaying, and plays a role of interfering with eavesdropping by interfering with multiple nodes in the relay system. The cooperative jamming technique may perform jamming because there is a jammer node that transmits only the jamming signal in the relay system, and may also use beamforming using multiple antennas.

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.In the present invention, since it is assumed that all nodes in the relay system have a single antenna for transmission and reception, it is assumed that beamforming cannot be performed, and there is no additional node for performing cooperative jamming. Therefore, in order to perform jamming without disturbing reception of the receiving node, it is necessary to perform cooperative jamming based on the receiving node.

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. For example, in a half-duplex relay system, relaying based on a receiving node may be performed through two steps through amplification and transmission at a relay node. In the first step, the receiving node performs jamming, and the sending node sends a confidential message to the relay node. In the second step, the receiving node receives a signal obtained by combining the information transmitted by the transmitting node and the jamming signal transmitted by the transmitting node through relaying of the relay node. At this time, since the receiving node knows the channel information between the legitimate nodes, the transmission power information, and the cooperative jamming signal generated by itself, it is possible to completely remove the jamming signal relayed again from the relay node.

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. That is, the receiving node interferes with the reception of the eavesdropper through jamming, and is relatively unaffected by jamming. In the cooperative jamming based on the receiving node, since the relay node does not know information about the jamming signal, it is possible to effectively secure the security performance of the system even when relaying is performed through an unreliable relay node.

이러한 본 발명에 대해 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명하면 다음과 같다.The present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 7 as follows.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 협력 재밍을 이용하는 전이중 중계 시스템의 개념도를 도시한 것이다.1 is a conceptual diagram of a full-duplex relay system using cooperative jamming according to an embodiment of the present invention.

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.The security relay system according to an embodiment of the present invention assumes a relay system consisting of a transmitting node, a relay node performing Amplify and Forward (AF), a receiving node, and an eavesdropper, and the receiving node and the eavesdropper are relay nodes. The signal is received only through. In addition, the relay node and the receiving node can perform full-duplex communication by using a single receiving antenna and a transmitting antenna, respectively.

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.The relay node receives the confidential message of the transmitting node and the jamming signal of the receiving node, and amplifies and relays them through transmission. The receiving node receives the signal from the relay node and transmits the jamming signal. At this time, since the receiving node knows its channel information and transmission power in advance, it is possible to remove the jamming signal transmitted by itself through the relay node.

송신 노드와 중계 노드, 중계 노드와 수신 노드, 중계 노드와 도청자 그리고 수신 노드와 도청자 간의 채널은 각각

Figure pat00007
,
Figure pat00008
,
Figure pat00009
Figure 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 pat00011
Figure pat00012
인 레일리 페이딩 채널인 것으로 가정한다. The channel between the transmitting node and the relay node, the relay node and the receiving node, the relay node and the eavesdropper, and the receiving node and the eavesdropper are respectively
Figure pat00007
,
Figure pat00008
,
Figure pat00009
And
Figure pat00010
It is represented by. At this time, it is assumed that the statistical characteristics of instantaneous channel information between legitimate nodes and the channel information of the eavesdropper are known, and the average channel power of the eavesdropper channel is known.
Figure pat00011
Wow
Figure pat00012
It is assumed that this is an Rayleigh fading channel.

또한, 모든 노드의 잡음

Figure pat00013
은 백색 부가 가우시안 잡음으로
Figure pat00014
를 따른다.Also, noise from all nodes
Figure pat00013
Silver white additive Gaussian noise
Figure pat00014
Follow.

도 1에 도시된 바와 같은 중계 시스템에서, 본 발명은 협력 재밍을 이용하여 수신 노드와 중계 노드 간의 적응적 이중 중계 모드를 선택할 수 있다.In a relay system as shown in FIG. 1, the present invention can select an adaptive dual relay mode between a receiving node and a relay node using cooperative jamming.

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.2 is a flowchart illustrating an operation for a relay selection method according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a flowchart illustrating an operation for performing cooperative jamming according to an embodiment of the present invention.

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. 2, the relay selection method according to an embodiment of the present invention performs cooperative jamming based on a receiving node (step 210). At this time, step 210 represents a step of performing a full-duplex relay mode or half-duplex relay mode using cooperative jamming in a full-duplex relay system or a half-duplex relay system in which magnetic interference does not occur according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 1. , This may include a plurality of steps as shown in FIG. 3.

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. 1 and 3, a relay node of a full-duplex relay system may receive a cooperative jamming signal from a receiving node and receive a confidential message from a transmitting node (step 310). For example, the receiving node may transmit a cooperative jamming signal to the eavesdropper to prevent eavesdropping from the eavesdropper, as well as the relay node.

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. Thereafter, the relay node may amplify and transmit the cooperative jamming signal and the confidential message received from the transmitting node and the receiving node to the receiving node and the eavesdropper (step 320). For example, the relay node may simultaneously receive the confidential message of the transmitting node and the cooperative jamming signal of the receiving node, and then perform amplification and transmission.

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). Since the receiving node knows relevant information about the channel information, the cooperative jamming signal, and the transmission power information, it is possible to remove the cooperative jamming signal from the cooperative jamming signal and the confidential message received from the relay node (step 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. On the other hand, since the eavesdropper does not know the relevant information, the cooperative jamming signal among the cooperative jamming signal and the confidential message received from the relay node cannot be removed, thereby causing the signal-to-interference noise ratio of the confidential message that the eavesdropper intends to eavesdrop on. (Signal to Interference Plus Noise Ratio; SINR) can be lowered.

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). Referring to FIG. 2 again, security failure of a full-duplex relay mode and a half-duplex relay mode according to the magnitude of residual self-interference generated due to the cooperative jamming in step 210 The probability (Secrecy Outage Probability) is compared (step 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. In step 220, the probability of security failure in the full-duplex relay mode and the probability of security failure in the half-duplex relay mode can be obtained and compared through [Equation 4] and [Equation 7] below. The scope of a) can be obtained. In addition, step 220 may calculate the security region through the probability of security failure in the full-duplex relay mode and the probability of security failure in the half-duplex relay mode.

단계 220에 의한 비교 결과에 따라 이중(Duplex) 통신 방식 중 전이중 중계 모드 또는 반이중 중계 모드의 이중 중계 모드를 선택한다(단계 230). According to the comparison result in step 220, a dual relay mode of a full duplex relay mode or a half duplex relay mode is selected from the duplex communication method (step 230).

단계 230은 잔여 자기 간섭 변수의 범위가

Figure pat00015
또는
Figure 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 pat00017
까지인 경우 전이중 중계 모드를 선택하고, 잔여 자기 간섭 변수(a)가
Figure pat00018
부터 1까지인 경우 반이중 중계 모드를 선택하는 것을 특징으로 한다. Step 230 has a range of residual self-interference parameters
Figure pat00015
or
Figure pat00016
Depending on the phosphorus condition, a relay mode having an advantage in terms of the probability of security failure in the full-duplex relay mode and the probability of security failure in the half-duplex relay mode may be selected. More specifically, in step 230, in the range of the residual self-interference variable, the residual self-interference variable (a) is from 0
Figure pat00017
If is, the full-duplex relay mode is selected, and the residual self-interference parameter (a) is
Figure pat00018
It is characterized by selecting the half-duplex relay mode in the case of from 1 to 1.

이러한 과정을 통해 수행되는 중계 선택 방법에 대해 이하에서 상세히 설명한다.The relay selection method performed through this process will be described in detail below.

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. The content described below is a method of selecting an adaptive dual relay mode in a secure relay system according to an embodiment of the present invention, and is based on a full-duplex relay system and a half-duplex relay system using cooperative jamming shown in FIG. It shows a method of selecting a dual relay mode having better security performance among half-duplex relay method or full-duplex relay method according to the self-interference performance.

송신 노드와 중계 노드, 중계 노드와 수신 노드, 중계 노드와 도청자 그리고 수신 노드와 도청자 간의 채널은 각각

Figure pat00019
,
Figure pat00020
,
Figure pat00021
Figure pat00022
으로 나타내며, 적법한 노드 간의 순시 채널 정보와 도청자의 채널 정보에 대한 통계적인 특성은 알려져 있다고 가정한다.The channel between the transmitting node and the relay node, the relay node and the receiving node, the relay node and the eavesdropper, and the receiving node and the eavesdropper are respectively
Figure pat00019
,
Figure pat00020
,
Figure pat00021
And
Figure pat00022
It is assumed that the statistical characteristics of instantaneous channel information between legitimate nodes and channel information of an eavesdropper are known.

또한, 도청자의 채널은 평균 채널 전력이

Figure pat00023
Figure pat00024
인 레일리 페이딩 채널인 것으로 가정한다. 즉,
Figure pat00025
Figure pat00026
는 도청자의 대규모 페이딩(Large scale fading)을 의미하며, 중계 노드와 도청자, 수신 노드와 도청자 사이의 거리에 반비례할 수 있다. In addition, the eavesdropper's channel has an average channel power
Figure pat00023
Wow
Figure pat00024
It is assumed that this is an Rayleigh fading channel. In other words,
Figure pat00025
Wow
Figure pat00026
Means large scale fading of the eavesdropper, and may be inversely proportional to the distance between the relay node and the eavesdropper, and the receiving node and the eavesdropper.

또한, 모든 노드의 잡음

Figure pat00027
은 백색 부가 가우시안 잡음으로
Figure pat00028
을 따른다.Also, noise from all nodes
Figure pat00027
Silver white additive Gaussian noise
Figure pat00028
Follow.

중계 노드와 수신 노드에서 자기 간섭 신호를 완벽하게 제거하지 못해 발생하는 잔여 자기 간섭 신호

Figure pat00029
Figure pat00030
로 가정한다. 또한, 각 분산은
Figure pat00031
로 나타내며,
Figure 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. Residual self-interference signal caused by not completely removing self-interference signal from relay node and receiving node
Figure pat00029
The
Figure pat00030
Is assumed to. Also, each variance
Figure pat00031
Denoted by
Figure pat00032
Denotes a variable determined by the system's self-interference signal cancellation technique. For example, when a=0, the self-interference signal is completely removed, and when a=1, the transmission signal is received as it is.

각 노드로 수신되는 신호를

Figure 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. The signal received by each node
Figure pat00033
D, it can be expressed as [Equation 1] below. At this time, R represents a relay node, D represents a receiving node, and E represents an eavesdropper.

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00034
Figure pat00034

여기서,

Figure pat00035
는 송신 노드에서 전송하는 기밀 메시지를 나타내고, 송신 노드의 송신 전력은
Figure pat00036
를 나타낸다. 또한,
Figure pat00037
는 수신 노드에서 수행하는 협력 재밍 신호를 나타내며, 수신 노드의 송신 전력은
Figure pat00038
를 나타낸다. 또한,
Figure pat00039
는 중계 노드의 증폭 계수(amplifying coefficient)를 나타내고,
Figure pat00040
는 중계 노드의 송신 전력으로 증폭 계수
Figure pat00041
를 나타낸다. here,
Figure pat00035
Indicates a confidential message transmitted by the transmitting node, and the transmitting power of the transmitting node is
Figure pat00036
Indicates. Also,
Figure pat00037
Indicates a cooperative jamming signal performed by the receiving node, and the transmitting power of the receiving node is
Figure pat00038
Indicates. Also,
Figure pat00039
Denotes the amplifying coefficient of the relay node,
Figure pat00040
Is the amplification factor as the transmit power of the relay node
Figure pat00041
Indicates.

수신 노드는 중계 노드를 통해 수신되는 자신의 재밍 신호를 제거할 수 있으므로,

Figure pat00042
는 하기의 [수학식 2]와 같이 표현된다.Since the receiving node can remove its own jamming signal received through the relay node,
Figure pat00042
Is expressed as [Equation 2] below.

[수학식 2][Equation 2]

Figure pat00043
Figure pat00043

전술한 [수학식 1] 및 [수학식 2]를 이용하면, 수신 노드의 종단 간(End-To-End) 신호 대 간섭 및 잡음비

Figure pat00044
와 도청자의 종단 간(End-To-End) 신호 대 간섭 및 잡음비
Figure pat00045
는 하기의 [수학식 3]과 같이 나타낼 수 있다. Using the above-described [Equation 1] and [Equation 2], the end-to-end signal to interference and noise ratio of the receiving node
Figure pat00044
End-to-end signal-to-interference and noise ratio
Figure pat00045
Can be expressed as [Equation 3] below.

[수학식 3][Equation 3]

Figure pat00046
Figure pat00046

여기서,

Figure pat00047
를 나타내고,
Figure pat00048
를 나타낸다. here,
Figure pat00047
And
Figure pat00048
Indicates.

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 pat00049
은 하기의 [수학식 4]와 같이 표현된다.Since the security performance considered in the adaptive dual relay mode selection method and the relay selection method proposed by the system according to an embodiment of the present invention is expressed through the security failure probability, the security failure probability of the full-duplex relay system using cooperative jamming
Figure pat00049
Is expressed as [Equation 4] below.

[수학식 4][Equation 4]

Figure pat00050
Figure pat00050

여기서,

Figure pat00051
는 목표로 하는 보안 전송률을 나타낸다. here,
Figure pat00051
Indicates the targeted secure transfer rate.

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 pat00052
는 랜덤 변수를 나타낸다. 그러므로,
Figure pat00053
는 하기의 [수학식 5]과 같이 나타낼 수 있다. Since the signal to interference and noise ratio (SINR) of the legitimate nodes in [Equation 4] described above are assumed to be known,
Figure pat00052
Denotes a random variable. therefore,
Figure pat00053
Can be expressed as [Equation 5] below.

[수학식 5][Equation 5]

Figure pat00054
Figure pat00054

전술한 바와 같이, [수학식 5]에서

Figure pat00055
Figure pat00056
는 지수(Exponential) 분포를 따르므로, 확률 밀도 함수의 변환을 이용하면
Figure pat00057
는 하기의 [수학식 6]과 같이 산출된다.As described above, in [Equation 5]
Figure pat00055
And
Figure pat00056
Is based on the exponential distribution, so using the transformation of the probability density function
Figure pat00057
Is calculated as [Equation 6] below.

[수학식 6][Equation 6]

Figure pat00058
Figure 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 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. The above-described [Equation 6] can be used to represent the security area. Referring to FIG. 4, which shows the probability of security failure according to the location of the eavesdropper, the eavesdropper approaches the receiving node.
Figure pat00059
If increases, the probability of a security failure decreases, so that in a given environment, a distance including a target security failure probability can be obtained around a receiving node. For this reason, the present invention can represent a security area having a certain security performance around the receiving node by using the security failure probability, and secure the security area by controlling the jamming signal power.

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 pat00060
Figure pat00061
를 고려한다. On the other hand, in the case of a half-duplex relay system using cooperative jamming, since there is no self-interference and relaying is performed in two steps, the signal-to-interference and noise ratio of the full-duplex relay system is
Figure pat00060
Wow
Figure pat00061
Consider.

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 pat00062
은 하기의 [수학식 7]과 같이 표현된다. In this case, assuming that both dual relay systems (full-duplex dual relay system and half-duplex dual relay system) use the same transmission power at each node, the probability of security failure of the half-duplex relay system
Figure pat00062
Is expressed as [Equation 7] below.

[수학식 7][Equation 7]

Figure pat00063
Figure pat00063

여기서,

Figure pat00064
Figure pat00065
는 하기의 [수학식 8]과 같다. here,
Figure pat00064
and
Figure pat00065
Is as shown in [Equation 8] below.

[수학식 8][Equation 8]

Figure pat00066
Figure pat00066

여기서,

Figure pat00067
를 나타내고,
Figure pat00068
를 나타낸다. 또한, 중계 노드의 증폭 계수는
Figure pat00069
를 나타낸다.here,
Figure pat00067
And
Figure pat00068
Indicates. Also, the amplification factor of the relay node is
Figure pat00069
Indicates.

마찬가지로, 전이중 중계 시스템과 같은 방법으로

Figure pat00070
를 산출하면 하기의 [수학식 9]와 같다. Similarly, in the same way as a full-duplex relay system
Figure pat00070
Is calculated as in [Equation 9] below.

[수학식 9][Equation 9]

Figure pat00071
Figure pat00071

여기서,

Figure pat00072
를 나타내고,
Figure pat00073
를 나타낸다. here,
Figure pat00072
And
Figure pat00073
Indicates.

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. Using the above-described [Equation 9], it is possible to obtain a distance that satisfies the target security failure probability around the relay node, and it can represent the security area as in the full-duplex relay mode.

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 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. Since the adaptive dual relay mode selection method according to an embodiment of the present invention is selected by comparing the probability of security failure of each dual relay system according to the variable a indicating the strength of residual self-interference,
Figure pat00074
The range of the residual self-interference intensity variable a that satisfies must be obtained. Accordingly, the present invention can select a dual relay mode having a lower probability of security failure as the self-interference cancellation technique is determined.

이 때,

Figure pat00075
을 만족하는 잔여 자기 간섭 세기 변수 a의 범위는
Figure pat00076
인 경우와
Figure pat00077
인 경우로 구분되어 획득될 수 있다. 먼저 자기 간섭을 완전히 제거한 경우, 예를 들어
Figure pat00078
,
Figure pat00079
그리고
Figure pat00080
이 되므로, 항상
Figure pat00081
를 만족하게 된다. At this time,
Figure pat00075
The range of the residual self-interference intensity variable a satisfying
Figure pat00076
And if
Figure pat00077
It can be obtained by being classified as. If magnetic interference is first completely eliminated, for example
Figure pat00078
,
Figure pat00079
And
Figure pat00080
Because it is, always
Figure pat00081
Will be satisfied.

일 예로,

Figure pat00082
인 경우,
Figure pat00083
을 만족하는 a의 범위를 찾기 위해, 전술한 [수학식 6]을 이용하여
Figure pat00084
이 되는 a의 범위를 획득할 수 있다.For example,
Figure pat00082
If it is,
Figure pat00083
In order to find the range of a that satisfies, using Equation 6 above,
Figure pat00084
It is possible to obtain a range of a.

이 때,

Figure pat00085
는 분모와 분자가 a의 3차 함수로 이루어져 있으므로, 하기의 [수학식 10]과 같이 나타낼 수 있다. At this time,
Figure pat00085
Since denominator and numerator consist of a third order function of a, it can be expressed as [Equation 10] below.

[수학식 10][Equation 10]

Figure pat00086
Figure pat00086

여기서,

Figure pat00087
는 하기의 [수학식 11]과 같다. here,
Figure pat00087
Is as shown in [Equation 11] below.

[수학식 11][Equation 11]

Figure pat00088
Figure pat00088

전술한 [수학식 11]에서 K1, K2 및 K3는 음수이고, K4는 양수를 나타낸다. 이에 따라서,

Figure pat00089
Figure pat00090
에 대해 감소 함수이므로, [수학식 10]의 3차 방정식의 근을 획득하면, 0과 1사이에 최대 하나의
Figure pat00091
가 존재하며, 이때의 0부터
Figure pat00092
까지는
Figure pat00093
를 만족하는 a의 범위가 된다. In the above equation (11), K 1 , K 2 and K 3 are negative numbers, and K 4 represents a positive number. Accordingly,
Figure pat00089
The
Figure pat00090
Since it is a decreasing function for, if you obtain the root of the cubic equation of [Equation 10], at most one between 0 and 1
Figure pat00091
Exists, and from 0 at this time
Figure pat00092
by
Figure pat00093
It becomes the range of a satisfying a.

그러므로, 잔여 자기 간섭의 세기 변수가 0부터

Figure pat00094
까지는 전이중 중계 시스템을 이용하는 것이 보안 실패 확률 측면에서 우위를 가진다. 만약 0과 1 사이에 근이 존재하지 않다면
Figure pat00095
를 만족하는 a가 존재하지 않는 것이므로, 항상
Figure pat00096
가 된다. 이로 인해, 잔여 자기 간섭에 상관없이 항상 전이중 중계 시스템을 이용하는 것이 보안 실패 확률 측면에서 우위를 가진다. Therefore, the residual magnetic interference intensity variable is from 0
Figure pat00094
Until now, using a full-duplex relay system has an advantage in terms of probability of security failure. If there is no root between 0 and 1
Figure pat00095
Since there is no a that satisfies
Figure pat00096
Becomes. For this reason, regardless of residual magnetic interference, always using a full-duplex relay system has an advantage in terms of probability of security failure.

다른 예로,

Figure pat00097
인 경우,
Figure pat00098
을 만족하는 a의 범위를 찾기 위해서
Figure pat00099
을 만족하는 a의 범위를 획득할 수 있다. As another example,
Figure pat00097
If it is,
Figure pat00098
To find the range of a that satisfies
Figure pat00099
It is possible to obtain a range of a satisfying a.

Figure pat00100
는 전술한 [수학식 6] 및 [수학식 9]를 이용하면 하기의 [수학식 12]와 같이 a에 대한 3차 방정식으로 나타낼 수 있다.
Figure pat00100
Using [Equation 6] and [Equation 9] described above, can be expressed as a third order equation for a as shown in [Equation 12] below.

[수학식 12][Equation 12]

Figure pat00101
Figure pat00101

여기서,

Figure pat00102
는 하기의 [수학식 13]과 같다.here,
Figure pat00102
Is as shown in [Equation 13] below.

[수학식 13][Equation 13]

Figure pat00103
Figure pat00103

여기서,

Figure pat00104
는 Lambert-W 함수이므로, K5는 양수를 나타낸다. K6 및 K7은 음수인 반면에,
Figure pat00105
에서
Figure pat00106
를 항상 만족하므로, K9는 양수를 나타낸다. here,
Figure pat00104
Is a Lambert-W function, so K 5 represents a positive number. K 6 and K 7 are negative, while
Figure pat00105
in
Figure pat00106
Since K is always satisfied, K 9 represents a positive number.

이에 따라서, 데카르트 부호 규칙(Descartes’ rule of signs)을 이용하면, [수학식 12]의 3차 방정식의 근을 획득하면 0과 1사이에 최대 하나의

Figure pat00107
가 존재하며, 이때의
Figure pat00108
부터 1까지는
Figure pat00109
를 만족하는 a의 범위가 된다.Accordingly, using the Descartes' rule of signs, if the root of the cubic equation of [Equation 12] is obtained, at most one between 0 and 1
Figure pat00107
Exists, and at this time
Figure pat00108
1 to 1
Figure pat00109
It becomes the range of a satisfying a.

그러므로, 잔여 자기 간섭의 세기 변수가

Figure pat00110
부터 1까지는 반이중 중계 시스템을 이용하는 것이 보안 실패 확률 측면에서 우위를 가진다. Therefore, the residual magnetic interference intensity variable
Figure pat00110
From 1 to 1, using a half-duplex relay system has an advantage in terms of probability of security failure.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른

Figure pat00111
의 조건에서 잔여 자기 간섭 신호 변수에 대한 보안 실패 확률을 그래프로 도시한 것이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른
Figure pat00112
의 조건에서 잔여 자기 간섭 신호 변수에 대한 보안 실패 확률을 그래프로 도시한 것이다.5 is according to an embodiment of the present invention
Figure pat00111
Security failure probability for the residual self-interference signal variable under the condition of is shown graphically, Figure 6 is according to an embodiment of the present invention
Figure pat00112
The probability of security failure for the residual self-interference signal variable under the condition of is shown graphically.

도 5 및 도 6을 참조하면, 각각

Figure pat00113
Figure pat00114
의 조건을 나타내며,
Figure pat00115
는 전술한 [수학식 10] 및 [수학식 12]의 방정식을 통해 획득될 수 있다.5 and 6, respectively
Figure pat00113
and
Figure pat00114
Indicates the condition of
Figure pat00115
Can be obtained through the equations of [Equation 10] and [Equation 12] described above.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 잔여 자기 간섭 변수 a가 0부터

Figure pat00116
까지는 전이중 중계 모드(Full-Duplex Relay)를 선택하고,
Figure 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. 5 and 6, the residual self-interference variable a is from 0
Figure pat00116
Until, select the full-duplex relay mode (Full-Duplex Relay),
Figure pat00117
From 1 to 1, it can be confirmed that selecting the half-duplex relay mode (Half-Duplex Relay) has an advantage in terms of probability of security failure. Accordingly, in the case of using the adaptive dual relay mode selection method and the dual relay mode selection method proposed by the system according to an embodiment of the present invention, a relay mode having an advantage in terms of security failure probability can be always selected.

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.7 is a block diagram showing the detailed configuration of a relay selection system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of a processing unit according to an embodiment of the present invention.

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.7 and 8, a relay selection system according to an embodiment of the present invention selects an adaptive dual relay mode according to a probability of security failure in a security relay system using cooperative jamming.

이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 중계 선택 시스템(700)은 처리부(710), 비교부(720) 및 선택부(730)를 포함한다.To this end, the relay selection system 700 according to an embodiment of the present invention includes a processing unit 710, a comparison unit 720, and a selection unit 730.

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.The processing unit 710 performs cooperative jamming based on the receiving node. At this time, the processing unit 710 represents a step of performing a full-duplex relay mode or a half-duplex relay mode using cooperative jamming in a full-duplex relay system or a half-duplex relay system in which self-interference does not occur, as shown in FIG. 7 It may include components.

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. Referring to FIG. 8, the receiving unit 711 may receive a cooperative jamming signal from the receiving node and receive a confidential message from the transmitting node at the relay node. For example, the receiving node may transmit a cooperative jamming signal to the eavesdropper to prevent eavesdropping from the eavesdropper, as well as the relay node.

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. Thereafter, the transmitting unit 712 may amplify the cooperative jamming signal and the confidential message at the relay node and transmit the amplified message to the receiving node and the eavesdropper. For example, the relay node may simultaneously receive the confidential message of the transmitting node and the cooperative jamming signal of the receiving node, and then perform amplification and transmission.

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. The removal unit 713 may remove the cooperative jamming signal from the receiving node. Since the receiving node knows relevant information about the channel information, the cooperative jamming signal, and the transmission power information, it is possible to remove the cooperative jamming signal from the cooperative jamming signal and the confidential message received from the relay node. On the other hand, since the eavesdropper does not know the relevant information, the cooperative jamming signal among the cooperative jamming signal and the confidential message received from the relay node cannot be removed, thereby causing the signal-to-interference noise ratio of the confidential message that the eavesdropper intends to eavesdrop on. (Signal to Interference Plus Noise Ratio; SINR) can be lowered.

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. The comparator 720 may perform a security failure probability of a full-duplex relay mode and a half-duplex relay mode according to the residual self-interference generated by cooperative jamming. Probability).

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.The comparator 720 may acquire and compare the security failure probability in the full-duplex relay mode and the security failure probability in the half-duplex relay mode through [Equation 4] and [Equation 7] described above, and compare the residual magnetic interference The range of the intensity variable (a) can be obtained. Also, the comparator 720 may calculate a security area through the probability of security failure in the full-duplex relay mode and the probability of security failure in the half-duplex relay mode.

선택부(730)는 비교 결과에 따라 이중(Duplex) 통신 방식 중 전이중 중계 모드 또는 반이중 중계 모드의 이중 중계 모드를 선택한다. The selector 730 selects a dual relay mode of a full duplex relay mode or a half duplex relay mode among duplex communication methods according to the comparison result.

예를 들면, 선택부(730)는 잔여 자기 간섭 변수의 범위가

Figure pat00118
또는
Figure 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 pat00120
까지인 경우 전이중 중계 모드를 선택하고, 잔여 자기 간섭 변수(a)가
Figure pat00121
부터 1까지인 경우 반이중 중계 모드를 선택하는 것을 특징으로 한다. For example, the selection unit 730 has a range of residual self-interference variables.
Figure pat00118
or
Figure pat00119
Depending on the phosphorus condition, a relay mode having an advantage in terms of the probability of security failure in the full-duplex relay mode and the probability of security failure in the half-duplex relay mode may be selected. More specifically, the selector 730 is in the range of the residual self-interference variable, the residual self-interference variable (a) from 0
Figure pat00120
If is, the full-duplex relay mode is selected, and the residual self-interference parameter (a) is
Figure pat00121
It is characterized by selecting the half-duplex relay mode in the case of from 1 to 1.

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. Although not illustrated in FIGS. 7 and 8, the apparatus of FIGS. 7 and 8 may include all of the operations for the relay selection method described in FIGS. 1 to 6 described above.

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.The device described above may be implemented with hardware components, software components, and/or combinations of hardware components and software components. For example, the devices and components described in the embodiments include, for example, processors, controllers, arithmetic logic units (ALUs), digital signal processors (micro signal processors), microcomputers, field programmable arrays (FPAs), It may be implemented using one or more general purpose computers or special purpose computers, such as a programmable logic unit (PLU), microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions. The processing device may perform an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system. In addition, the processing device may access, store, manipulate, process, and generate data in response to the execution of the software. For convenience of understanding, a processing device may be described as one being used, but a person having ordinary skill in the art, the processing device may include a plurality of processing elements and/or a plurality of types of processing elements. It can be seen that may include. For example, the processing device may include a plurality of processors or a processor and a controller. In addition, other processing configurations, such as parallel processors, are possible.

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.The software may include a computer program, code, instruction, or a combination of one or more of these, and configure the processing device to operate as desired, or process independently or collectively You can command the device. Software and/or data may be interpreted by a processing device or to provide instructions or data to a processing device, of any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device. , Or may be permanently or temporarily embodied in the transmitted signal wave. The software may be distributed on networked computer systems, and stored or executed in a distributed manner. Software and data may be stored in one or more computer-readable recording media.

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.The method according to the embodiment may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded on a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, or the like alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be specially designed and constructed for the embodiments or may be known and usable by those skilled in computer software. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs, DVDs, and magnetic media such as floptical disks. -Hardware devices specifically configured to store and execute program instructions such as magneto-optical media, and ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter, etc., as well as machine language codes made by a compiler. The hardware device described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

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.As described above, although the embodiments have been described by a limited embodiment and drawings, those skilled in the art can make various modifications and variations from the above description. For example, the described techniques are performed in a different order than the described method, and/or the components of the described system, structure, device, circuit, etc. are combined or combined in a different form from the described method, or other components Alternatively, even if replaced or substituted by equivalents, appropriate results can be achieved.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.

Claims (14)

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 포함하는 중계 선택 방법.
A relay selection method for selecting an adaptive dual relay mode between a receiving node and a relay node in a secure relay system using cooperative jamming,
Performing cooperative jamming based on the receiving node;
Comparing the Security Outage Probability of Full-Duplex Relay Mode and Half-Duplex Relay Mode according to the magnitude of the residual self-interference generated by the cooperative jamming step; And
Selecting a dual relay mode of the full-duplex relay mode or the half-duplex relay mode among duplex communication methods according to a comparison result
Relay selection method comprising a.
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.
According to claim 1,
The step of performing the cooperative jamming
And performing the full-duplex relay mode or the half-duplex relay mode using the cooperative jamming.
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.
According to claim 2,
The step of performing the cooperative jamming
Receiving, at the relay node, a cooperative jamming signal from the receiving node, and receiving a confidential message from the transmitting node;
Amplifying and transmitting the cooperative jamming signal and the confidential message at the relay node to the receiving node and the eavesdropper; And
Removing, at the receiving node, the cooperative jamming signal
Relay selection method comprising a.
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.
According to claim 3,
The step of removing the cooperative jamming signal is
In the receiving node that knows the channel information, the cooperative jamming signal and related information about the transmission power information, characterized in that for removing the cooperative jamming signal among the cooperative jamming signal and the confidential message received from the relay node, How to choose a relay.
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.
According to claim 4,
The eavesdropper
Since the related information is not known, it is impossible to remove the cooperative jamming signal from the cooperative jamming signal and the confidential message received from the relay node,
The step of removing the cooperative jamming signal is
A method of relay selection, characterized in that the signal-to-interference plus noise ratio (SINR) of the confidential message that the eavesdropper intends to eavesdrop is lowered.
제1항에 있어서,
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 획득하는 것을 특징으로 하는, 중계 선택 방법.
According to claim 1,
Comparing the probability of the security failure is
A security selection method is calculated through the probability of security failure in the full-duplex relay mode and the probability of security failure in the half-duplex relay mode, and a range of residual self-interference strength variables is obtained.
제6항에 있어서,
상기 이중 중계 모드를 선택하는 단계는
상기 잔여 자기 간섭 변수의 범위의
Figure pat00122
또는
Figure pat00123
조건에 따라 상기 전이중 중계 모드에서의 보안 실패 확률 및 상기 반이중 중계 모드에서의 보안 실패 확률 측면에서 우위를 가지는 중계 모드를 선택하는, 중계 선택 방법.
The method of claim 6,
The step of selecting the dual relay mode is
Of the range of the residual self-interference variable
Figure pat00122
or
Figure pat00123
A relay selection method for selecting a relay mode having an advantage in terms of security failure probability in the full-duplex relay mode and security failure probability in the half-duplex relay mode according to conditions.
제7항에 있어서,
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 선택하는 것을 특징으로 하는, 중계 선택 방법.
The method of claim 7,
The step of selecting the dual relay mode is
In the range of the residual self-interference variable, when the residual self-interference variable (a) is from 0 to a*, the full-duplex relay mode is selected, and when the residual self-interference variable (a) is from a* to 1, A method of selecting a relay, characterized by selecting a half-duplex relay mode.
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 포함하는 중계 선택 시스템.
A relay selection system for selecting an adaptive dual relay mode between a receiving node and a relay node in a secure relay system using cooperative jamming,
A processing unit for performing cooperative jamming based on the receiving node;
Comparing the Security Outage Probability of Full-Duplex Relay Mode and Half-Duplex Relay Mode according to the magnitude of the residual self-interference generated by the cooperative jamming Comparison unit; And
Selection unit for selecting the dual relay mode of the full-duplex relay mode or the half-duplex relay mode among duplex communication methods according to the comparison result
Relay selection system comprising a.
제9항에 있어서,
상기 처리부는
상기 협력 재밍을 이용하는 상기 전이중 중계 모드 또는 상기 반이중 중계 모드를 수행하는 것을 특징으로 하는, 중계 선택 시스템.
The method of claim 9,
The processing unit
The relay selection system, characterized in that to perform the full-duplex relay mode or the half-duplex relay mode using the cooperative jamming.
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.
The method of claim 10,
The processing unit
A receiving unit receiving a cooperative jamming signal from the receiving node and receiving a confidential message from a transmitting node at the relay node;
A transmitting unit amplifying the cooperative jamming signal and the confidential message at the relay node and transmitting them to the receiving node and the eavesdropper; And
Remover removing the cooperative jamming signal from the receiving node
Relay selection system comprising a.
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.
The method of claim 11,
The removal unit
In the receiving node that knows the channel information, the cooperative jamming signal and related information of the transmission power information, characterized in that for removing the cooperative jamming signal among the cooperative jamming signal and the confidential message received from the relay node, the relay Selection system.
제9항에 있어서,
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 획득하는 것을 특징으로 하는, 중계 선택 시스템.
The method of claim 9,
The comparison unit
A relay selection system, characterized in that a security region is calculated through the probability of security failure in the full-duplex relay mode and the probability of security failure in the half-duplex relay mode, and a range of residual self-interference strength variables is obtained.
제13항에 있어서,
상기 선택부는
상기 잔여 자기 간섭 변수의 범위의
Figure pat00124
또는
Figure pat00125
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 선택하는 것을 특징으로 하는, 중계 선택 시스템.
The method of claim 13,
The selector is
Of the range of the residual self-interference variable
Figure pat00124
or
Figure pat00125
Depending on conditions, in the range of the residual self-interference variable, when the residual self-interference variable (a) is from 0 to a*, the full-duplex relay mode is selected, and the residual self-interference variable (a) is from a* to 1 If it is, characterized in that for selecting the half-duplex relay mode, relay selection system.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Hongliang He 외 3인, Full-Duplex or Half Duplex Hybrid Relay Selection for Physical Layer Secrecy, IEEE, 2016.05.18* *
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