Wireless Powered Communication Networks: From Security Challenges to IoT Applications

این کتاب درسی شبکه‌های ارتباطی بی‌سیم (WPCN) را به‌عنوان یک الگوی امیدوارکننده برای غلبه بر تنگنای انرژی که شبکه‌های ارتباطی بی‌سیم سنتی متحمل می‌شوند، و همچنین شبکه‌های اینترنت اشیا در حال ظهور معرفی می‌کند. این به طور انتخابی طیف منسجمی از جنبه های اساسی در WPCN ها را در بر می گیرد، مانند تکنیک های انتقال انرژی بی سیم (WEH)، مدل گیرنده برداشت انرژی فرکانس رادیویی (RF)، اطلاعات بی سیم همزمان و انتقال توان (SWIPT)، و همچنین مبادله نرخ-انرژی. ناشی از انتقال مشترک اطلاعات و انرژی با استفاده از شکل موج یکسان. مدل های شبکه برای WPCN ها، از جمله مدل های WPCN پایه و دو هاپ و انواع برنامه های افزودنی مرتبط را پوشش می دهد. این کتاب بیشتر به بررسی عوامل کلیدی از جمله توان عملیاتی، عدالت و امنیت می‌پردازد که باید برای عملکرد بی‌عیب و نقص WPCN در نظر گرفته شوند. برنامه های جدید اینترنت اشیا به عنوان یک عنصر کلیدی در این عوامل مورد هدف قرار می گیرند. همچنین شامل تمرین‌ها و مثال‌هایی در سراسر کتاب و همچنین راه‌حل‌های PLS آن‌ها می‌شود.

این اولین کتاب درسی است که تحقیقات کنونی را بررسی می‌کند تا دیدی واحد از انتقال برق بی‌سیم (WPT) و انتقال اطلاعات در WPCN ها از دیدگاه امنیت لایه فیزیکی (PLS). با تمرکز بر طراحی طرح های انتقال ایمن کارآمد، تجزیه و تحلیل فرآیند تکامل انرژی، و ارزیابی عملکرد قطع محرمانه تحت اطلاعات وضعیت کانال های مختلف (CSI)، نتایج ارائه شده در این کتاب روشن می کند که چگونه می توان امنیت و توان عملیاتی را با استفاده محتاطانه از انرژی برداشت شده در بهترین حالت متعادل کرد. WCN ها همچنین با معرفی پیشینه WPT و سپس خلاصه ای از تحقیقات انجام شده در این زمینه، مروری بر WPCN ها ارائه می دهد. نویسندگان مشکل امنیت لایه فیزیکی (PLS) را در WPCN ها، از جمله علل و تأثیرات این مشکل بر عملکرد WPCN ها توصیف می کنند. نویسندگان با معرفی کاربردهای WPCN در اینترنت اشیا، بحث ها را گسترش می دهند.

از دیدگاه اینترنت اشیا (IoT)، این کتاب درسی فرصت ها و چالش های WPCN اخیراً ظهور یافته را برای یکپارچه سازی یکپارچه مرور می کند. به اکوسیستم اینترنت اشیا این به طور خاص به مشکل به حداکثر رساندن مجموع لینک بالا و پایین در یک WPCN دو هاپ می پردازد، در حالی که انصاف را در بین کاربران WPCN به عنوان یک محدودیت در نظر می گیرد. نتایج ارائه‌شده در این کتاب، بینش‌های ارزشمندی را در مورد بهبود طراحی و استقرار WPCN‌های آینده در محیط IoT آینده نشان می‌دهد.

این کتاب درسی دانش‌آموزان سطح پیشرفته‌ای را که در حال مطالعه ارتباطات بی‌سیم هستند و مهندسین پژوهشی شاغل در این زمینه را هدف قرار می‌دهد. مهندسان صنعت در تجارت دستگاه های تلفن همراه و توسعه شبکه با علاقه مندی به WPCN و IoT و همچنین راه حل های PLS آنها، این کتاب را مفید خواهند یافت.

This textbook introduces Wireless Powered Communication Networks (WPCNs) as a promising paradigm to overcome the energy bottleneck suffered by traditional wireless communication networks, as well as emerging Internet-of-Things networks. It selectively spans a coherent spectrum of fundamental aspects in WPCNs, such as wireless energy transfer (WEH) techniques, radio frequency (RF) energy harvesting receiver model, simultaneous wireless information and power transfer (SWIPT), as well as the rate-energy tradeoff arising from the joint transmission of information and energy using the same waveform. It covers network models for WPCNs, including the baseline and dual-hop WPCN models and a variety of related extensions. This book further examines the key factors including throughput, fairness, and security that must be taken into account for impeccable operation of WPCNs. The new IoT applications are targeted as a key element in those factors. It will also include exercises and examples throughout the book, as well as their PLS solutions.

This is the first textbook examining the current research to provide a unified view of wireless power transfer (WPT) and information transmission in WPCNs from a physical layer security (PLS) perspective. Focused on designing efficient secure transmission schemes, analyzing energy evolvement process, and evaluating secrecy outage performance under different channel state information (CSI), the results presented in this book shed light on how to best balance security and throughput with prudent use of harvested energy in WCNs. It also provides an overview of the WPCNs by introducing the background of WPT, followed by a summary of the research conducted in the field. The authors describe the physical-layer security (PLS) problem in WPCNs, including the causes and the impacts of the problem on the performance of WPCNs. The authors extend the discussions by introducing the applications of WPCNs in the IoT.

From the Internet of Things (IoT) point of view, this textbook reviews the opportunities and challenges for the lately-emerged WPCN to seamlessly integrate into the IoT ecosystem. It specifically addresses the maximization problem of uplink and downlink sum-throughout in a dual-hop WPCN, while taking fairness among WPCN users as a constraint. The results provided in this book reveal valuable insights into improving the design and deployment of future WPCNs in the upcoming IoT environment.

This textbook targets advanced-level students studying wireless communications and research engineers working in this field. Industry engineers in mobile device and network development business with an interest in WPCNs and IoT, as well as their PLS solutions, will also find this book useful.