プライマリを考慮した物理層セキュリティを達成するセカンダリ向け協調通信手法の検討

摘要

近年無線通信機器の急速な増加により周波数資源の枯渇が問題となっている．この問題に対して，日本においては各無線システムに割り当てられる周波数を改変する動きがあるが，限られた周波数資源を限られた無線システムに割り振ることは困難である．また，周波数の性質により無線通信に適した周波数は限られている．このような背景のもと，次世代通信の通信技術としてコグニティブ無線技術に注目が集まっている．コグニティブ無線機は，周波数の空間的な空きスペース（ホワイトスペース）を認識して，既存システムに割り当てられた周波数を一時的に使用する．また，無線通信において無線という特性上セキュアな通信を行うことは常に求められる．従来，盗聴を試みる端末がいる環境においてセキュリティを保持する手法として情報冗長化による暗号化の時術が主に使われてきた．しかし，暗号化技術は計算量的に信頼のあるセキュリティ手法であるため，長時間盗聴されることにより解読される可能性が出てくる問題がある．そこで物理層での情報量的に安全が確保されたセキュリティ手法である物理層セキュリティをコグニティブ無線に導入する．プライマリが存在する環境において，セカンダリ送信機はセカンダリ受信機に対してセキュアな通信を行う手法を検討する．セカンダリ送受信機の周囲には情報を中継伝送もしくは，盗聴者への雑音送信（ジャミング）をすることができる，セカンダリ協調ノードが複数存在する環境を想定し，盗聴者がいてもセキュリティを保持できるエリア（セキュリティ保持エリア）を形成するためのセカンダリ協調ノードの送信手法の決定アルゴリズムを提案する．各々のセカンダリ送信ノードは情報中継伝送をした場合と，ジャミングした場合とで，どのくらいの秘密保持容量を押し上げるのかを，貢献度として見積もる．提案手法では，この貢献度がもっとも大きいセカンダリ協調ノードから協調送信もしくはジャミングの割り当てを行う．協調ノードを割り当てる毎に貢献度を更新していくことによって，常に秘密保持容量に対して最も貢献度の高いノードを選択していくことが可能となる（集中制御手法）．また，セカンダリ協調ノードの自律分散割り当て手法では，周囲の限られたノードとのみ貢献度の共有を行い，自身の貢献度が最も大きかった場合に割り当てるという手法である．計算機シミュレーションによって，集中制御手法によるノード割り当てが最も秘密保持容量を増大させることが可能であることが分かった．また，自律分散手法においても，情報共有範囲によって集中制御手法に近い秘密保持容量を達成できることを確認した．