https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/11830
File | Description | Size | Format | |
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andreicamponogara.pdf | 2.4 MB | Adobe PDF | View/Open |
Type: | Tese |
Title: | Physical layer security analyses for low-bit-rate hybrid PLC/WLC and broadband plc systems |
Author: | Camponogara, Ândrei |
First Advisor: | Ribeiro, Moisés Vidal |
Referee Member: | Souza, Richard Demo |
Referee Member: | Souza, Rausley A. A. de |
Referee Member: | Andrade Filho, Luciano Manhães de |
Referee Member: | Medeiros, Álvaro Augusto Machado de |
Resumo: | Nesta tese de doutorado, investiga-se a segurança na camada física (do inglês, physical layer security) (PLS) de sistemas de comunicação via rede de energia elétrica (do inglês, power line communication) (PLC). Para tanto, discute-se como sinais privados, trafegando ou radiando através da rede de energia elétrica, podem ser obtidos por meio de uma escuta. Além disso, aborda-se questões de PLS relativas à combinação de sistemas PLC e de comunicação sem fio (do inglês, wireless communication) (WLC) em paralelo para a realização de transmissão one-hop. Para apresentar de forma adequada os problemas investigados, discute-se o que é PLS em termos de níveis de tensão em sistemas elétricos de potência e como o processo de escuta e, consequentemente, violação da informação dá-se em sistemas PLC. Considerando PLS de sistemas PLC banda larga residenciais, investiga-se até que ponto uma escuta passiva composta por dispositivos PLC ou WLC pode ser capaz de ameaçar a segurança de sistemas PLC no nível da camada física. Com este fim, a probabilidade de indisponibilidade de sigilo, a vazão eficaz de sigilo, e as taxas de código de escuta são numericamente analisadas por meio do uso de dados reais constituídos por estimativas de canal e medidas de ruído aditivo. Esses conjuntos de dados foram obtidos por meio de duas campanhas de medição distintas realizadas em algumas residências brasileiras. Através de resultados numéricos, mostra-se, de forma quantitativa, o nível de vulnerabilidade de sistemas PLC banda larga residenciais em termos de PLS e fornece-se as taxas de código de escuta para lidar com a presença de escutas PLC e WLC. Além disso, investiga-se os benefícios da existente diversidade relacionada ao uso em paralelo dos canais PLC e WLC pelo sistema híbrido PLC/WLC de baixas taxas para melhorar a PLS. A esse respeito, formulações matemáticas da taxa de sigilo alcançável ergódica e da probabilidade de indisponibilidade de sigilo são desenvolvidas para o modelo de canal de escuta híbrido PLC/WLC e suas versões incompletas. Por meio dos resultados numéricos, mostra-se que os sistemas híbridos PLC/WLC podem fornecer benefícios notáveis em termos de PLS para aplicações de baixas taxas quando a escuta é composta por uma única interface de comunicação. |
Abstract: | This Doctoral thesis focuses on the physical layer security (PLS) aspects of power line communication (PLC) systems. In this way, it addresses how a malicious device can overhear private signals traveling over and radiating from electric power grids. Also, it discusses the PLS issues related to the parallel combination of PLC and wireless communication (WLC) systems for accomplishing one-hop transmission. Given these aims, a general discussion on important issues related to PLC systems is presented. First, PLS issues associated to the distinct voltage levels in electric power systems are detailed. Second, the types of eavesdroppers that can breach the security of PLC systems are listed. Focusing on the PLS of in-home broadband PLC systems, this thesis investigates to which extent malicious and passive PLC or WLC devices can be capable of breaching the security of PLC systems in the physical layer level. To this end, secrecy outage probability, effective secrecy throughput, and wiretap code rates are numerically evaluated with the use of real data sets composed of channel estimates and measured additive noises. These data sets were obtained from distinct measurement campaigns carried out in several Brazilian houses. The numerical results quantitatively show, in practice, the level of vulnerability of in-home broadband PLC systems in terms of PLS and offer the wiretap code rates to deal with the presence of PLC and WLC eavesdroppers. Furthermore, the investigation of the benefits of the existing diversity in the parallel use of both PLC and WLC channels by low-bit-rate hybrid PLC/WLC systems to improve PLS is provided. In this regard, mathematical formulations of the ergodic achievable secrecy rate and the secrecy outage probability are developed for the hybrid PLC/WLC wiretap channel model and its incomplete versions. The numerical results show that the hybrid PLC/WLC systems can provide remarkable benefits in terms of PLS for low-bit-rate applications when the eavesdropper makes use of only one data communication interface. |
Keywords: | Comunicação via rede de energia elétrica Comunicação sem fio Segurança na camada física Power line communications Wireless communications Physical layer security |
CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA |
Language: | por |
Country: | Brasil |
Publisher: | Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF) |
Institution Initials: | UFJF |
Department: | Faculdade de Engenharia |
Program: | Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica |
Access Type: | Acesso Aberto Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil |
Creative Commons License: | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ |
URI: | https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/11830 |
Issue Date: | 21-Aug-2020 |
Appears in Collections: | Doutorado em Engenharia Elétrica (Teses) |
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