Mạng vô tuyến nhận thức dựa trên MOMA: Chính sách lựa chọn chuyển tiếp và phân tích hiệu năng bảo mật

Theo đó, nhóm nghiên cứu gồm: Trần Thảo Nguyên, Đặng Ngọc Linh Phi, Nguyễn Sỹ Cường, Nguyễn Nhật Tiến đến từ Khoa Điện tử viễn thông, Trường Đại học Sài Gòn đã công bố công trình tại REV-ECIT 2024. Công nghệ mới mở ra tiềm năng ứng dụng rộng rãi cho mạng 5G, 6G và Internet vạn vật trong tương lai gần.

Mạng vô tuyến nhận thức (Cognitive Radio Network) đại diện cho thế hệ công nghệ viễn thông tiến tiến, cho phép các thiết bị tự động nhận biết và thích ứng với môi trường sóng vô tuyến xung quanh. Công nghệ này giúp tối ưu việc sử dụng phổ tần số - một tài nguyên quý hiếm trong lĩnh vực viễn thông.

Điểm đặc biệt của công nghệ này nằm ở khả năng "học hỏi" từ môi trường. Các thiết bị trong mạng vô tuyến nhận thức có thể tự động phát hiện các kênh tần số đang bị bỏ trống, sau đó tận dụng chúng để truyền tải dữ liệu mà vẫn đảm bảo chất lượng dịch vụ cho người dùng chính thức.

Công nghệ NOMA

Công nghệ NOMA (Non-Orthogonal Multiple Access) cho phép nhiều người dùng chia sẻ cùng một tài nguyên tần số tại cùng thời điểm. Khác với các phương pháp truyền thống phân chia tài nguyên theo cách "độc quyền", NOMA sử dụng phương pháp phân chia công suất thông minh.

Mô hình hệ thống CR-MOMA với chiến lược lựa chọn chuyển tiếp. Ảnh chụp màn hình

Cách thức hoạt động của NOMA dựa trên nguyên lý phân chia công suất khác nhau cho từng người dùng. Người dùng có điều kiện kênh truyền kém sẽ được cấp phát công suất cao hơn, trong khi người dùng có điều kiện kênh truyền tốt sẽ nhận công suất thấp hơn. Điều này đảm bảo tính công bằng và hiệu quả sử dụng tài nguyên.

Nghiên cứu tập trung vào việc phát triển chính sách lựa chọn chuyển tiếp (relay selection) để tối ưu hiệu suất hệ thống. Quá trình này bao gồm việc lựa chọn node chuyển tiếp tốt nhất dựa trên nhiều tiêu chí như chất lượng kênh truyền, vị trí địa lý và khả năng xử lý của thiết bị.

Hệ thống sử dụng hai giao thức chuyển tiếp chính: Amplify-and-Forward (AF) và Decode-and-Forward (DF). Mỗi giao thức có ưu điểm riêng tùy thuộc vào điều kiện cụ thể của môi trường truyền tải.

Một trong những đóng góp quan trọng của nghiên cứu là việc phân tích toàn diện khía cạnh bảo mật của hệ thống. Nhóm tác giả đã phát triển các chỉ số đánh giá bảo mật dựa trên lý thuyết thông tin, bao gồm:

Xác suất ngắt bảo mật (Secrecy Outage Probability): Đo lường khả năng hệ thống duy trì tính bảo mật trong điều kiện kênh truyền thay đổi.

Dung lượng bảo mật (Secrecy Capacity): Xác định lượng thông tin tối đa có thể truyền tải một cách an toàn mà kẻ nghe lén gặp khó khăn trong việc giải mã.

Các kết quả mô phỏng cho thấy hệ thống đề xuất đạt hiệu suất vượt trội so với các phương pháp truyền thống. Cụ thể:

• Hiệu suất truyền tải dữ liệu tăng đáng kể khi áp dụng công nghệ NOMA kết hợp với chính sách lựa chọn chuyển tiếp thông minh
• Tính bảo mật của hệ thống được cải thiện rõ rệt, đặc biệt trong môi trường có nhiều thiết bị gây nhiễu
• Khả năng thích ứng với thay đổi môi trường truyền tải được nâng cao đáng kể

Công nghệ này có tiềm năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực:

Viễn thông di động: Nâng cao hiệu suất mạng 5G và chuẩn bị cho 6G, đặc biệt trong các khu vực đông dân cư.

Internet vạn vật (IoT): Hỗ trợ kết nối đồng thời hàng triệu thiết bị với yêu cầu bảo mật cao.

Ứng dụng quân sự và an ninh: Đảm bảo truyền tải thông tin mật với độ tin cậy cao trong môi trường có nhiều tác động gây nhiễu.

Mặc dù đạt nhiều kết quả tích cực, việc triển khai thực tế vẫn gặp một số thách thức:

• Độ phức tạp tính toán cao đòi hỏi phần cứng xử lý mạnh mẽ
• Cần có cơ chế đồng bộ chính xác giữa các node trong mạng
• Yêu cầu thuật toán tối ưu thời gian thực để thích ứng với môi trường thay đổi nhanh

Nghiên cứu về mạng vô tuyến nhận thức dựa trên công nghệ NOMA mở ra hướng phát triển mới cho ngành viễn thông. Việc kết hợp chính sách lựa chọn chuyển tiếp thông minh với phân tích bảo mật toàn diện tạo nền tảng vững chắc cho các ứng dụng viễn thông thế hệ mới.

Với tốc độ phát triển công nghệ hiện tại, những đóng góp từ nghiên cứu này sẽ góp phần quan trọng vào việc xây dựng hệ thống viễn thông thông minh, hiệu quả và bảo mật cao cho tương lai.

Xem toàn văn.