Sviluppi nella Comunicazione Sicura tra Droni e Sottomarini

Le reti di Internet delle Cose (IoT) di sesta generazione (6G) stanno introducendo nuovi modi per connettere i dispositivi. Queste reti utilizzano stazioni base volanti, conosciute come Droni, insieme a superfici che possono cambiare le loro proprietà per migliorare la copertura e la sicurezza. Questo è importante sia per la comunicazione aerea che subacquea. L'integrazione di queste tecnologie presenta molte nuove opportunità e sfide nell'IoT.

In questo contesto, i ricercatori stanno esaminando come mantenere le comunicazioni sicure quando si utilizzano segnali radio dai droni e sistemi di luce subacquee. Studiano modi in cui gli estranei, noti come "eavesdroppers", potrebbero cercare di intercettare i segnali e come prevenire ciò. L'obiettivo è creare linee guida per progettare reti che diano priorità alla comunicazione sicura.

#Il Ruolo dei Droni e della Comunicazione Subacquea

I droni sono diventati una parte fondamentale dei moderni sistemi di comunicazione. Possono fornire copertura in aree dove le stazioni a terra tradizionali non arrivano. Volando in vari luoghi su richiesta, i droni possono supportare molti tipi di dispositivi che devono rimanere connessi. Si adattano bene ai cambiamenti, rendendoli adatti a varie applicazioni come il monitoraggio e la raccolta dati.

Oltre alla comunicazione aerea, i sistemi subacquei sono vitali per alcune applicazioni IoT. Queste possono riguardare cose come il monitoraggio della fauna selvatica o il controllo della salute degli ambienti subacquei. Combinare la tecnologia dei droni con i sistemi di comunicazione subacquea aiuta a fornire una copertura più ampia per le reti IoT.

#Superfici Intelligenti e i Loro Benefici

Le superfici intelligenti riconfigurabili (RIS) stanno emergendo come uno strumento prezioso per migliorare le prestazioni della rete. Queste superfici possono cambiare il modo in cui riflettono i segnali, aiutando a gestire problemi come l'affollamento o ambienti di propagazione difficili. Possono essere posizionate su pareti o soffitti, rendendole flessibili per vari ambienti.

La capacità di regolare i segnali può migliorare significativamente sia la copertura che le velocità di trasmissione dati. Combinando RIS con la tecnologia dei droni, i ricercatori stanno trovando nuovi modi per connettere reti terrestri e subacquee. Questa combinazione sta preparando la strada per misure di sicurezza più forti nei sistemi di comunicazione.

#Revisione della Letteratura

Studi recenti evidenziano le promesse delle RIS nelle comunicazioni wireless. Si è dimostrato che sono efficaci nel migliorare le prestazioni e nel prolungare la copertura. In vari contesti, come i sistemi di relay, queste superfici aiutano ad amplificare i segnali, rendendo la comunicazione più chiara e affidabile.

Le reti dual-hop, che utilizzano una combinazione di segnali radio e luminosi, possono anche aumentare la copertura e le velocità di trasmissione dati. L'uso dei droni in queste reti sta guadagnando attenzione, soprattutto in aree dove le infrastrutture tradizionali non forniscono connettività adeguata.

I ricercatori hanno esplorato diversi metodi per migliorare la sicurezza nei sistemi di comunicazione. Tecniche come l'uso di rumore casuale, l'integrazione delle RIS e l'applicazione della tecnologia dei droni sono state discusse. Molti studi si sono concentrati su fonti statiche, evidenziando una lacuna nella ricerca riguardo a fonti dinamiche come droni e satelliti.

#Motivazione e Obiettivi

La letteratura attuale non ha affrontato completamente il ruolo delle fonti in movimento nell'assicurare comunicazioni sicure. C'è bisogno di sviluppare modelli che considerino la natura dinamica dei droni nelle reti di comunicazione. Inoltre, mentre le RIS hanno mostrato promesse nel migliorare la sicurezza in alcuni sistemi, la loro applicazione nella comunicazione subacquea è in gran parte inesplorata.

Questo studio mira a colmare queste lacune proponendo un modello che includa i droni come fonti dinamiche e esaminando come le RIS possano migliorare la sicurezza in ambienti subacquei. La ricerca prenderà in considerazione diversi scenari in cui potrebbe verificarsi l'intercettazione, permettendo una comprensione completa delle potenziali minacce.

#Modello di Sistema

Il sistema proposto prevede un UAV come fonte di comunicazione, un relay e degli eavesdroppers. Nella prima fase, l'UAV invia segnali a un relay sopra l'acqua, e nella seconda fase, il relay trasmette i segnali a una destinazione sommersa sott'acqua. La presenza di eavesdroppers rappresenta un rischio, poiché possono intercettare la comunicazione.

Sono esplorati tre scenari distinti. Il primo considera l'intercettazione del link radio, il secondo del segnale subacqueo, e l'ultimo combina entrambi i tipi di intercettazione. Ogni scenario aiuta a identificare le vulnerabilità e testare la sicurezza del sistema di comunicazione.

#Formulazione del Problema

Un aspetto critico dei sistemi di comunicazione è il rapporto segnale-rumore (SNR), che aiuta a determinare la qualità dei segnali ricevuti. Questo studio esplora come i valori di SNR cambiano attraverso diversi link e come queste variazioni influenzano la sicurezza.

Le prestazioni dei link aerei e subacquei sono modellate. Le dinamiche dei droni, gli effetti dei fattori ambientali e le caratteristiche delle RIS sono tutti presi in considerazione per capire il loro impatto combinato sulla comunicazione.

#Metriche di Prestazione della Sicurezza

Le metriche di segretezza sono essenziali per valutare quanto bene un sistema di comunicazione possa proteggere i suoi dati. Diverse metriche chiave includono:

#Capacità Media di Segretezza

Questa metrica rappresenta il tasso medio al quale le informazioni sicure possono essere trasmesse su un canale. Una capacità più alta indica un sistema di comunicazione più efficace nel mantenere la sicurezza.

#Probabilità di Interruzione della Sicurezza

Questa è la probabilità che la capacità per comunicazioni sicure scenda sotto una certa soglia. Analizzando diversi scenari, lo studio cerca di quantificare questa probabilità e identificare modi per ridurla.

#Probabilità di Capacità di Sicurezza Stricamente Positiva

Questa metrica valuta le possibilità di avere un tasso positivo di comunicazione sicura. Mostra quanto sia probabile mantenere la riservatezza anche sotto minaccia.

#Throughput Efficace di Sicurezza

Questo riflette il tasso al quale le informazioni segrete possono essere trasmesse con successo garantendo un livello di sicurezza richiesto.

#Risultati Numerici e Analisi

La ricerca include varie simulazioni per vedere come diversi parametri influenzano le prestazioni del sistema di comunicazione. Fattori come il fading, il numero di elementi riflettenti e le caratteristiche dell'ambiente subacqueo vengono esplorati per determinare il loro impatto sulla segretezza.

#Impatto dei Parametri

Diverse variabili, come la distanza tra i punti di comunicazione e le condizioni ambientali, giocano un ruolo cruciale nel determinare l'efficacia del sistema. Ad esempio:

• Severità del Fading: Un aumento nella severità del fading in genere porta a un miglioramento delle prestazioni di segretezza, poiché diventa più difficile per gli eavesdroppers intercettare la comunicazione.

• Distanza: Distanze maggiori possono ridurre la possibilità di intercettazione riuscita, ma possono anche indebolire la potenza del segnale.

• Diversità: Usare più antenne può migliorare la qualità del segnale ricevuto e potenziare le misure di sicurezza.

#RIS nella Comunicazione Subacquea

L'integrazione delle RIS nella comunicazione subacquea mostra risultati promettenti. Aumentare il numero di elementi riflettenti tende a ridurre il rischio di intercettazione, poiché consente un migliore controllo del segnale.

Le simulazioni rivelano anche che diversi metodi di rilevamento producono risultati variabili in termini di prestazioni di segretezza. Ad esempio, l'utilizzo di tecniche avanzate tende a portare a risultati migliori rispetto ai metodi tradizionali.

#Linee Guida per il Design

Basandosi sui risultati, emergono diverse raccomandazioni per costruire reti di comunicazione sicure utilizzando queste tecnologie:

#Per il Link RF UAV-NTN

1. Considera il Fading: Valori più alti dei fattori di fading possono aiutare a proteggere le comunicazioni.
2. Distanza del Link: Ottimizzare le distanze tra i punti di comunicazione per migliori prestazioni.

#Per il Link UOWC

1. Utilizza RIS: Aumentare il numero di superfici riflettenti aiuta a dirigere meglio i segnali.
2. Metodi di Rilevamento: Scegliere tecniche di rilevamento avanzate per massimizzare la segretezza.
3. Controllare i Fattori Subacquei: Comprendere e mitigare gli effetti della turbolenza subacquea e delle variazioni ambientali.

#Conclusione

Questa ricerca sottolinea l'importanza di integrare i sistemi di comunicazione dei droni e subacquei, enfatizzando la necessità di misure di sicurezza solide. Affrontando le lacune negli studi precedenti, propone metodi per migliorare la comunicazione sicura attraverso tecnologie intelligenti. I risultati supportano una comprensione più ampia di come proteggere le informazioni sensibili contro potenziali minacce nelle reti di comunicazione moderne.

Sfruttare la tecnologia RIS può migliorare significativamente la robustezza di entrambi i sistemi aerei e subacquei, aprendo la strada a pratiche di comunicazione più sicure in futuro.