IRS-Aided Energy-Efficient Secure WBAN Transmission Based on Deep Reinforcement Learning

窃听 计算机科学 强化学习 计算机网络 人体区域网 传输(电信) 数据传输 能源消耗 无线 无线传感器网络 高效能源利用 安全传输 网络数据包 加密 工程类 电信 人工智能 电气工程
作者
Liang Xiao,Siyuan Hong,Shiyu Xu,Helin Yang,Xiangyang Ji
出处
期刊:IEEE Transactions on Communications [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:70 (6): 4162-4174 被引量:24
标识
DOI:10.1109/tcomm.2022.3169813
摘要

Wireless body area networks (WBANs) are vulnerable to active eavesdropping that simultaneously perform sniffing and jamming to raise the sensor transmit power, and thus steal more healthcare data. In this paper, we propose an intelligent reflecting surface (IRS)-aided reinforcement learning (RL) based secure WBAN transmission scheme that enables the coordinator to jointly optimize the sensor encryption key and transmit power, as well as the IRS phase shifts against active eavesdropping. A Dyna architecture is designed to improve the learning efficiency with the simulated transmission experiences and safe exploration is applied to avoid the risky policies that result in severe data leakage. A deep RL based WBAN transmission scheme is proposed to further improve the secure transmission with lower eavesdropping rate, intercept probability, sensor energy consumption and transmission latency for the coordinators that support deep learning. We analyze the computational complexity and investigate the equilibrium of the secure transmission game between the coordinator and the eavesdropper to provide the performance bounds, which is verified via the simulation results, showing the efficacy of our proposed schemes.
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