Research on physical layer encrypted IoT communication for cyber-physical system cycle optimization

用于信息物理系统周期优化的物理层加密物联网通信研究

基本信息

批准号：
22K04102
负责人：
岡本英二
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Nagoya Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究はサイバーフィジカルシステムにおいてボトルネックとなっているIoT端末などのフィジカルシステムからのセンサーデータの無線通信によるクラウドへの伝送，及び逆方向のサイバーシステムからのアクチュエーションデータのIoT端末への無線フィードバック伝送の容量不足を解決し，同時にIoT通信の課題であるセキュリティ向上を両立させる技術の構築を目的としている．その技術として我々は物理層秘匿性を有する電波暗号化変調を提案しており，これをIoT通信に適用して容量拡大と通信安全性向上を実現する．今年度の実施計画は電波暗号化変調を用いた安全高効率な非直交多元接続手法の性能向上であり，この予定に沿って検討を進めることができた．今年度の研究課題解決のために，まず電波暗号化変調方式の性能向上と装置による伝送実験を行った．そしてpolar符号と呼ばれる誤り訂正符号などを外部連接したときの伝送性能の向上を実現することができた．これらはいくつかの学術論文として出版している．また多値変調化の実現について論文出版を行った．さらに，電波暗号化変調方式が用いる共通鍵の送受信側の共有について，これまではハードウェアIDなどを事前共有することを仮定していたが，事前共有がなくても，無線伝搬路情報を送受信側でやり取りすることで安全に鍵を教習できる手法を構築した．そして電波暗号化多数IoT端末多元接続手法の性能向上について，受信側のユーザ分離手法の性能を上げる手法を構築した．

本研究重点关注传感器数据通过无线通信从物联网终端等物理系统到云端的传输，这是信息物理系统的瓶颈，以及相反方向的驱动数据从信息系统到物联网终端的无线反馈目的是建立解决传输容量不足的同时提高安全性的技术，这是物联网通信中的一个问题。作为用于此目的的技术，我们提出了具有物理层保密性的无线电波加密调制，并将其应用于物联网通信，以扩大容量并提高通信安全性。今年的实施计划是提高使用无线电波加密调制的安全高效的非正交多址方法的性能，我们能够按照这个计划进行研究。为了解决今年的研究问题，我们首先改进了无线电波加密调制方法的性能，并利用该设备进行了传输实验。当外部连接称为极性码的纠错码时，我们还能够提高传输性能。这些已作为多篇学术论文发表。我们还发表了一篇关于多级调制实现的论文。此外，关于发送侧和接收侧之间的无线电波加密调制方法所使用的共用密钥的共享，先前假设硬件ID等被预先共享，但是即使没有事先共享，也可以获取无线传播路径信息。我们开发了一种方法，允许用户通过并行交换安全地学习密钥。为了提高无线电波加密多物联网终端多址接入方法的性能，我们开发了一种提高接收侧用户分离方法性能的方法。