Design Of Vehicular Communication Systems Employing Physical Layer Network Coding Over Cascaded Fading Channels

Tez (Doktora) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2017Thesis (Ph.D.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2017İnsandan insana ses taşıma odaklı ikinci nesil (2nd Generation, 2G) mobil haberleşme teknolojilerinin kaydettiği başarıdan sonra telsiz iletişim alanındaki eğilimler insandan-makinaya olarak adlandırılan veri taşıma odaklı telsiz iletişim teknolojilerine (3rd Generation, 3G) doğru yönelmiştir. Bu veri taşıma odaklı iletişim konsepti ile birlikte son kullanıcılar multi-media mesajlaşma, internet erişimi, e-ticaret ve video paylaşımı gibi çok çeşitli telsiz iletişim servislerine kavuşma imkanı buldular. Telsiz iletişimdeki başarılı ve hızlı ilerlemenin bir sonucu olarak günümüzde bu alanda yapılan araştırma-geliştirme çalışmalarının yönü yüksek veri iletim hızları (>100Mb/s) ve daha yüksek bant-verimliliği (>10b/s) gerektiren makineden-makineye (Mactine-to-Machine, M2M) telsiz iletişime doğru yönelmiş bulunmaktadır. M2M telsiz iletişiminde bir araştırma/uygulama alanı araçtan-nesnelere (Vehicle-to-things, V2X) haberleşmedir. Araçtan araca (Vehicle-to-Vehicle, V2V) ve araçtan yol kenarındaki baz istasyonuna (Vehicle-to-Infrastructure, V2I) olmak üzere iki haberleşme sistemini birlikte içeren V2X haberleşme sistemleri günümüzde özellikle büyük metropollerde günlük hayatı pek çok yönden olumsuz etkileyen trafik kaynaklı problemlere karşı getirdiği çözüm önerileri nedeniyle üniversitlerde teorik çalışmalar yapan araştırmacıların yanı sıra, resmi kurumların, standartları belirleyen organizasyonların ve özellille otomotiv ve bilişim endüstrisindeki şirketlerin gittikçe artan dikkatini çekmeyi başarmıştır. Araçlar arası haberleşme teknolojilerinin gelişimine ivme kazandıran önemli gelişmelere bakılacak olursa; 1999 yılında ABD’de Federal Communication Comission (FCC) 5.9GHz frekans bandında 75MHz’lik bir frekans bandının V2X haberleşme için kullanımını onaylamıştır. 2008 yılında ise Avrupa haberleşme standardları enstitüsü (European Telecommunication Standards Institute) yine 5.9GHz frekans bandında 30Mhz’lik bir bandın bu amaçla kullanılmasını önermiştir. FCC’nin 2003 yılında ITS (Intelligent Transportation Systems) uygulamalarında kullanılacak haberleşme birimleri için yayımladığı rapor ve talebin ardından DSRC (Dedicated Short Range Communication) olarak adlandırılan V2X haberleşme sistemlerinin standardizasyonu için çalışmalar başlamış ve 2004 yılında IEEE 802.11standardı temel alınarak geliştirilen IEEE 802.11p standardı WAVE (Wireless Access in Vehicular Environments) olarak da bilinen adıyla 2010 yılında kabul edilmiştir. Bugün artık pek çok üniversitede çeşitli araştırma grupları V2X haberleşme üzerine akademik çalışmalar yürütürken endüstriyel seviyede ise Avrupa’da örneğin büyük ölçekli Avrupa Birliği projeleri olarak CAR2CAR Communication Corsortium, Secure Vehicular Communication ve NEARCTIS yürütülmektedir. Amerika’da ise ulaştırma bakanlığının desteklediği IntelliDrive projesi ile güvenlik, mobil iletişim ve çevre koruma amaçlı hedefler doğrultusunda trafik altyapısı, araçlar ve yolcuların mobil haberleşme cihazları arasında haberleşmeyi sağlayacak bir telsiz iletişim ağı alt yapısı kurma çalışmaları sürdürülmektedir. Benzer çalışmalar Japon Otomobil Teknolojileri Araştırma Enstitüsü JARI tarafından da yapılmaktadır. Yine V2V haberleşmenin trafik güvenliğini arttırmadaki öneminin anlaşılmasından sonra lider otomobil üreticisi firmalar “Crash Avoidance Metrics Partnership” adını verdikleri proje için ortak çatı altında biraraya gelmişlerdir. Kısaca belirtilmek istenirse, telsiz iletişim alanında V2X haberleşme yeni ama oldukça önemli bir çalışma alanı olarak görülmektedir. Günümüz telsiz haberleşme teknolojilerinden biri olan araçtan araca haberleşme, trafik verimliliğini arttırma, kazaların azaltılması ve trafikte güvenli sürüş konulara çözümler sağlayacak akıllı taşıma sistemlerinin gerçeklenmesinde çekirdek teknoloji konumundadır. Hücresel haberleşme ile karşılaştırıldığında, V2V haberleşme bazı yeni zorlukları içerir. V2V haberleşme kanallarının istatistiksel özellikleri hücresel telsiz haberleşme kanallarının istatistiksel özelliklerinden farklıdır. Bu nedenle, Rayleigh, Rician ve Nakagami-m gibi iyi bilinen hücresel haberleşme kanal modelleri V2V haberleşme kanallarındaki sönümlemeyi modellemek için uygun değildir. Yapılan saha ölçümlerinden görüldüğü üzere, V2V haberleşme kanallarında kanal kazancı, hareketli kaynaklar etrafında, her biri ayrı bir işaret kaynağı gibi davranan birbirinden bağımsız saçıcı gupların oluşturduğu sanal kanalların kanal kazançlarının çarpımından meydana gelmektedir. Kanal kazancının bu çarpımsallık niteliğinden dolayı V2V haberleşme kanalları kaskad sönümlemeli kanal modeli olarak adlandırılan bir grup kanal modeli ile modellenmelidirler. V2V haberleşmede karşılaşılan zorlukların bir nedeni, gerek haberleşen araçların gerekse onların etrafındaki diğer araçların yüksek hızlardaki hareketliliği nedeniyle haberleşme ortamının çevresel olarak çok hızlı değişmesidir. Bunun yanısıra araç antenlerinin görece düşük yükseklikte olmasının da etkisiyle, özellikle yerleşim birimleri içindeki yoğun trafik şartları düşünüldüğünde, haberleşen araçlar arasında çoğu zaman doğrudan görüş olmayacaktır. Bu da iletişimin sürekliliği ve güvenilirliği açısından işbirlikli haberleşmeyi kaçınılmaz kılmaktadır. Ancak doğrudan haberleşmeye nazaran daha fazla zaman dilimi gereksinimi işbirlikli sistemlerin temel dezavantajıdır. Veri iletim hızında kayba neden olan bu dezavantajı yok etmenin bir yolu, iki haberleşme biriminin aynı zaman aralığında aynı röle üzerinden veri aktarmasına imkan tanıyan fiziksel katman ağ kodlama (Physical Layer Network Coding, PLNC) tekniğidir. Ani gelişen durumların çok sayıda kullanıcıya kısa sürede bildirilmesini gerektirecek trafik içi haberleşmede PLNC tekniği yüksek başarımlı V2V haberleşme sistemlerinin tasarımında önemli bir rol oynayacaktır. Bu tezde sunulan çalışmalar üç grupta ele alınabilir. Birinci gruptaki ilk çalışmada tek antenli tek röleli ve röle üzerinde sabit kazançlı kuvvetlendir-ve-aktar tekniği kullanılarak PLNC yapılan bir işbirlikli V2V haberleşme sistemi tasarlanmıştır. Sistemin performans analizleri kaskad Nakagami-m kanal modeli varsayımı altında yapılmış olup bu kanal modeli, araçlar arası haberleşmeye uygun olan çift Rayleigh, kaskad Rayleigh, çift Nakagami-m ve genelleştirilmiş-K kanal modellerinin yanı sıra geleneksel hücresel haberleşme kanal modellerini de kapsamaktadır. Dolayısıyla bu çalışmada elde edilen sonuçlar bu kanal modelleri için de geçerlidir. Sistemin hata performans analizleri yapılırken öncelikle uçtan-uca işaret gürültü oranına ait birikimsel olasılık dağılım fonksiyonu kapalı formda elde edilmiş, ardından bu dağılım fonksiyonu kullanılarak sistemin servis kesinti olasılığı ve çeşitli modülasyon tipleri için sembol hata olasılığı ifadeleri kapalı formda bulunmuştur. Bu analizlerin bir devamı olarak, birinci grupta yapılan ikinci çalışmada ise, kaynaklarda öz-girişim işaretinin tam olarak yok edilemediği durumlar için yine tek antenli tek röleli rölede sabit kazançlı kuvvetlendir-ve-aktar tekniği kullanılarak PLNC yapılan sistemin performans analizi kaskad ve hızlı sönümlemeli Rayleigh kanal varsayımı altında yapılmış ve sisteme ait servis kesinti olasılığı ifadesi kapalı formda elde edilerek öz girişimin sistem performansına etkileri incelenmiştir. Tezde yer alan ikinci grup çalışmada, çok girişli çok çıkışlı (multiple input multiple output, MIMO) bir V2V haberleşme sistemi tasarlanmıştır. Sistemde birden çok röle olup kaynaklar ve tüm röleler çok antenlidir. Ayrıca röleler değişken kazançlı kuvvetlendir-ve-aktar tekniği uygulayarak PLNC yapmaktadır. Bu çalışmada da kaskad Nakagami-m kanal modeli kullanıldığından elde edilen sonuçlar yukarıda bahsedilen diğer kaskad veya kaskad olmayan kanal modelleri için de geçerlidir. Burada yapılan analizler ile tüm sistemin servis kesinti performansı kaynakların ortak servis kesinti olasılıkları cinsinden ifade edilerek bu olasılık tek katlı integral formunda bulunmuştur. Ardından servis kesinti olasılığı için alt ve üst sınır ifadeleri kapalı formda elde edilmiştir. Bulunan sınır ifadeleri aracılığıyla sistemde elde edilebilecek çeşitleme derecesi, röle sayısı, kaynak ve rölelerde kullanılan anten sayıları ve kanalların kaskadlık dereceleri ve sönümleme parametrelerinin aldığı değerlere bağlı olarak sistem parametreleri cinsinden ifade edilmiştir. Tasarlanan bu sistem ile ortak anten ve röle seçimi yapılarak V2V haberleşme sistemlerinin performansının daha da iyileştirilebileceği gösterilmiştir. Tezde yapılan üçüncü çalışmada PLNC yapılan bir çok antenli çok röleli V2V haberleşme sisteminde uzay-zaman kafes kodlama tekniği kullanılarak sistem performansının daha da iyileştirilmesi sağlanmıştır. Bu amaçla öncelikle sistemin çiftsel hata olasılığı için bir üst sınır ifadesi çift Rayleigh sönümlemeli kanal varsayımı için elde edilmiştir. Daha sonra bu olasılığı en küçük yapacak kodların inşaası için yeni bir kod tasarım ölçütü türetilmiş ve bu ölçüt kullanılarak çift Rayleigh sönümlemeli kanallarda PLNC tekniği kullanan MIMO V2V haberleşme sistemler için 4 ve 8 durumlu yeni uzay-zaman kafes kodları bulunmuştur.As a current state-of-the-art in wireless communications, Vehicle-to-Vehicle (V2V) communications is the core technology to build the intelligent transportation infrastructures promising the solutions to the issues such as traffic efficiency increasing, accident reduction and safety improvements. In comparison with the cellular wireless communication, there are some new challenges within the V2V communication. The statistical properties of the V2V communication channels differ from those of the cellular channels. Thereby, well known cellular channel models such as Rayleigh, Rician and Nakagami-m are not appropriate to simulate the fading in V2V communication channels. Field measurements reveal that V2V communication channels can be modeled by a class of channel models where the gain is obtained by multiplying the gains of virtual channels produced by each individual scattering group around that behaves as an independent signal source. Due to their multiplicativity nature, V2V communication channels are named as cascaded fading channels. A major challenge in V2V communications is that the physical environment is unsettled due to the mobility of the wireless units and other vehicles around these units. Additionally, the vehicle antennas have relatively lower heights. Therefore, especially considering the traffic in urban areas, most of the time there will be no line-of-sight between the communicating vehicles. This makes cooperative communications inevitable for seamless and reliable communication among the moving vehicles. And yet, compared to non-cooperative communication, the cooperation protocols require more time slots, which results in a decrease in data transmission rate. A method to cope with this drawback is physical layer network coding (PLNC) providing the simultaneous data transmissions of the vehicles via the same relay. The PLNC method will play an important role in the design of the high performance V2V communication systems serving in the heavy traffic conditions when a large number of users need to be notified about suddenly changing situations. Studies presented in this thesis can be divided into three categories. In the first category, a cooperative V2V communication system employing PLNC using fixed gain amplify-and-forward technique is proposed and its outage and error performance analysis is investigated. Analytic results are derived under the cascaded Nakagami-m fading channel model assumption covering double Rayleigh, cascaded Rayleigh, double Nakagami-m, generalized-K and conventional cellular channel models as well. Therefore, the results obtained by this work are also valid for all these channel models. In the error performance investigation of the proposed system, first, exact cumulative density function of the end to end signal to noise ratio is derived. Then, using this cumulative density function, the exact closed-form outage probability is obtained. Then the exact closed-form symbol error rate expression for various modulation types is derived. As a continuation of this work, the performance analysis of the same system is investigated for not only cascaded but also fast fading Rayleigh channels in the presence of the self-interference. Thus the exact closed-form outage probability expression is obtained, and it is shown that the self-interference may cause the error floor in the performance of the network coded communication systems. In the second category, a multiple input multiple output (MIMO) V2V communication system is proposed. In this proposed system, all source and relay vehicles have multiple antennas while the relays employ the PLNC method using variable gain amplify-and-forward technique. The analytic results are derived for the cascaded Nakagami-m fading channels, and therefore the result of this work are held for the cascaded and non-cascaded channels, as mentioned above. Furthermore, the performance of the system is evaluated in terms of joint outage probability of the sources, and the exact outage probability expression is obtained in a single integral form while the upper and the lower bounds of the outage probability are obtained in the closed-form. Moreover, asymptotic diversity order is quantified as a function of the number of the relays, the number of the antennas at the sources and the relays, and the channel parameters which are cascading degree and fading parameter values. Within this system, it is shown that the service outage probability performance can be enhanced by employing joint antenna and relay selection. In the third category, PLNC and space-time trellis coding (STTC) techniques are combined to improve the error performance of a multi-antenna multi-relay V2V system. The upper bound expression of the pairwise error probability of the system is evaluated for double Rayleigh fading channels. Then using the upper bound expression, a novel code-design criterion is derived for cascaded fading channels. Then, by using this new criterion, a novel STTCs with 4 and 8 states are proposed for MIMO V2V PLNC systems.DoktoraPh.D

Performance Analysis, Resource Allocation and Optimization of Cooperative Communication Systems under Generalized Fading Channels

The increasing demands for high-speed data transmission, efficient wireless access, high quality of service (QoS) and reliable network coverage with reduced power consumption impose demanding intensive research efforts on the design of novel wireless communication system architectures. A notable development in the area of communication theory is the introduction of cooperative communication systems. These technologies become promising solution for the next-generation wireless transmission systems due to their applicability in size, power, hardware and price constrained devices, such as cellular mobile devices, wireless sensors, ad-hoc networks and military communications, being able to provide, e.g., diversity gain against fading channels without the need for installing multiple antennas in a single terminal. The performance of the cooperative systems can in general be significantly increased by allocating the limited power efficiently. In this thesis, we address in detail the performance analysis, resource allocation and optimization of such cooperative communication systems under generalized fading channels. We focus first on energy-efficiency (EE) optimization and optimal power allocation (OPA) of regenerative cooperative network with spatial correlation effects under given power constraint and QoS requirement. The thesis also investigates the end-to-end performance and power allocation of a regenerative multi-relay cooperative network over non-homogeneous scattering environment, which is realistic case in practical wireless communication scenarios. Furthermore, the study investigates the end-to-end performance, OPA and energy optimization analysis under total power constraint and performance requirement of full-duplex (FD) relaying transmission scheme over asymmetric generalized fading models with relay self-interference (SI) effects.The study first focuses on exact error analysis and EE optimization of regenerative relay systems under spatial correlation effects. It first derives novel exact and asymptotic expressions for the symbol-error-rates (SERs) of M -ary quadrature amplitude and M -ary phase-shift keying (M -QAM) and (M -PSK) modulations, respectively, assuming a dual-hop decode-and-forward relay system, spatial correlation, path-loss effects and maximum-ratio-combing (MRC) at the destination. Based on this, EEoptimization and OPA are carried out under certain QoS requirement and transmit power constraints.Furthermore, the second part of the study investigates the end-to-end performance and power allocation of MRC based regenerative multi-relay cooperative system over non-homogeneous scattering environment. Novel exact and asymptotic expressions are derived for the end-to-end average SER for M -QAM and M -PSK modulations.The offered results are employed in performance investigations and power allocation formulations under total transmit power constraints.Finally, the thesis investigates outage performance, OPA and energy optimization analysis under certain system constraints for the FD and half-duplex (HD) relaying systems. Unlike the previous studies that considered the scenario of information transmission over symmetric fading conditions, in this study we considered the scenario of information transmission over the most generalized asymmetric fading environments.The obtained results indicate that depending on the severity of multipath fading, the spatial correlation between the direct and relayed paths and the relay location, the direct transmission is more energy-efficient only for rather short transmission distances and until a certain threshold. Beyond this, the system benefits substantially from the cooperative transmission approach where the cooperation gain increases as the transmission distance increases. Furthermore, the investigations on the power allocation for the multi-relay system over the generalized small-scale fading model show that substantial performance gain can be achieved by the proposed power allocation scheme over the conventional equal power allocation (EPA) scheme when the source-relay and relay-destination paths are highly unbalanced. Extensive studies on the FD relay system also show that OPA provides significant performance gain over the EPA scheme when the relay SI level is relatively strong. In addition, it is shown that the FD relaying scheme is more energy-efficient than the reference HD relaying scheme at long transmission distances and for moderate relay SI levels.In general, the investigations in this thesis provide tools, results and useful insights for implementing space-efficient, low-cost and energy-efficient cooperative networks, specifically, towards the future green communication era where the optimization of the scarce resources is critical

Esquemas distribuídos para seleção de múltiplas antenas em redes com retransmissores do tipo amplifica-e-encaminha

Orientador: José Cândido Silveira Santos FilhoTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de ComputaçãoResumo: A seleção de antena na transmissão tem sido apresentada como uma estratégia promissora para explorar os benefícios do uso de múltiplas antenas em sistemas de comunicações com retransmissores. No entanto, essa abordagem pode exigir um montante considerável de estimações de canal, transmissões de realimentação e atraso, dado que a sua implementação ótima e centralizada requer o monitoramento do estado do canal de todos os enlaces. Para aliviar essas deficiências, este trabalho propõe e analisa um conjunto de esquemas subótimos de seleção de antena na transmissão para sistemas com retransmissores do tipo amplifica-e-encaminha, os quais podem ser implementados de uma forma distribuída. Nos esquemas propostos, a antena é selecionada com base na informação local do estado de canal que está disponível na fonte, requerendo, portanto, um atraso e uma carga de realimentação pequenos e constantes. Tal abordagem é considerada em uso conjunto com diferentes técnicas, incluindo métodos de combinação de diversidade (combinação por máxima razão e combinação por seleção) no destino, protocolos de ganho fixo ou variável no relay, e transceptores com múltiplas antenas no relay. Além disso, para o caso particular em que o retransmissor tem ganho fixo e uma única antena, considera-se também o uso de um mecanismo de seleção de enlace na fonte. Para cada caso, o desempenho do sistema é avaliado em termos de probabilidade de outage, eficiência espectral e/ou vazão. O foco principal é direcionado à probabilidade de outage, para a qual são deduzidas expressões exatas e limitantes de desempenho. Uma análise assintótica é também efetuada para enriquecer a compreensão do comportamento do sistema quando operando sob alta relação sinal-ruído. Finalmente, como contribuição isolada, uma estratégia subótima e simples de alocação de potência é elaborada para um sistema com múltiplos retransmissores do tipo decodifica-e-encaminha, considerando-se enlaces com erros e codificação de fonte distribuídaAbstract: Transmit-antenna selection has been presented as a promising strategy for exploiting the benefits of multiple antennas in relaying communication systems. However, this approach may demand a considerable amount of channel estimations, feedback transmissions, and delay, since its optimal centralized implementation requires monitoring the channel state of all links. To alleviate those impairments, this work proposes and analyzes a set of suboptimal transmit-antenna selection schemes for amplify-and-forward relaying systems, which can be implemented in a distributed manner. In the proposed schemes, the antenna is selected based on the local channel-state information that is available at the source, thus requiring a low and constant delay/feedback overhead. Such an approach is considered along with different techniques, including diversity combining methods (maximal-ratio combining and selection combining) at the destination, fixed- and variable-gain protocols at the relay, and multi-antenna transceivers at the relay. A link-selection mechanism at the source is also considered for the special case of a single-antenna fixed-gain relay. For each case, the system performance is assessed in terms of outage probability, spectral efficiency, and/or throughput. The main focus is placed on the outage probability, for which exact or bound expressions are derived. An asymptotic analysis is also performed to provide further insights into the system behavior at high signal-to-noise ratio. Finally, as an isolated contribution, a simple suboptimal power allocation strategy is designed for a decode-and-forward multi-relay system with lossy intra-links and distributed source codingDoutoradoTelecomunicações e TelemáticaDoutora em Engenharia ElétricaCAPE

Relaying in the Internet of Things (IoT): A Survey

The deployment of relays between Internet of Things (IoT) end devices and gateways can improve link quality. In cellular-based IoT, relays have the potential to reduce base station overload. The energy expended in single-hop long-range communication can be reduced if relays listen to transmissions of end devices and forward these observations to gateways. However, incorporating relays into IoT networks faces some challenges. IoT end devices are designed primarily for uplink communication of small-sized observations toward the network; hence, opportunistically using end devices as relays needs a redesign of both the medium access control (MAC) layer protocol of such end devices and possible addition of new communication interfaces. Additionally, the wake-up time of IoT end devices needs to be synchronized with that of the relays. For cellular-based IoT, the possibility of using infrastructure relays exists, and noncellular IoT networks can leverage the presence of mobile devices for relaying, for example, in remote healthcare. However, the latter presents problems of incentivizing relay participation and managing the mobility of relays. Furthermore, although relays can increase the lifetime of IoT networks, deploying relays implies the need for additional batteries to power them. This can erode the energy efficiency gain that relays offer. Therefore, designing relay-assisted IoT networks that provide acceptable trade-offs is key, and this goes beyond adding an extra transmit RF chain to a relay-enabled IoT end device. There has been increasing research interest in IoT relaying, as demonstrated in the available literature. Works that consider these issues are surveyed in this paper to provide insight into the state of the art, provide design insights for network designers and motivate future research directions

5G embraces satellites for 6G ubiquitous IoT : basic models for integrated satellite terrestrial networks

Terrestrial communication networks mainly focus on users in urban areas but have poor coverage performance in harsh environments, such as mountains, deserts, and oceans. Satellites can be exploited to extend the coverage of terrestrial fifth-generation (5G) networks. However, satellites are restricted by their high latency and relatively low data rate. Consequently, the integration of terrestrial and satellite components has been widely studied, to take advantage of both sides and enable the seamless broadband coverage. Due to the significant differences between satellite communications (SatComs) and terrestrial communications (TerComs) in terms of channel fading, transmission delay, mobility, and coverage performance, the establishment of an efficient hybrid satellite-terrestrial network (HSTN) still faces many challenges. In general, it is difficult to decompose a HSTN into a sum of separate satellite and terrestrial links due to the complicated coupling relationships therein. To uncover the complete picture of HSTNs, we regard the HSTN as a combination of basic cooperative models that contain the main traits of satellite-terrestrial integration but are much simpler and thus more tractable than the large-scale heterogeneous HSTNs. In particular, we present three basic cooperative models, i.e., model X, model L, and model V, and provide a survey of the state-of-the-art technologies for each of them. We discuss future research directions towards establishing a cell-free, hierarchical, decoupled HSTN. We also outline open issues to envision an agile, smart, and secure HSTN for the sixth-generation (6G) ubiquitous Internet of Things (IoT)

Security–Reliability Tradeoff Analysis for SWIPT- and AF-Based IoT Networks With Friendly Jammers

Radio-frequency (RF) energy harvesting (EH) in wireless relaying networks has attracted considerable recent interest, especially for supplying energy to relay nodes in the Internet of Things (IoT) systems to assist the information exchange between a source and a destination. Moreover, limited hardware, computational resources, and energy availability of IoT devices have raised various security challenges. To this end, physical-layer security (PLS) has been proposed as an effective alternative to cryptographic methods for providing information security. In this study, we propose a PLS approach for simultaneous wireless information and power transfer (SWIPT)-based half-duplex (HD) amplify-and-forward (AF) relaying systems in the presence of an eavesdropper. Furthermore, we take into account both static power splitting relaying (SPSR) and dynamic power splitting relaying (DPSR) to thoroughly investigate the benefits of each one. To further enhance secure communication, we consider multiple friendly jammers to help prevent wiretapping attacks from the eavesdropper. More specifically, we provide a reliability and security analysis by deriving closed-form expressions of outage probability (OP) and intercept probability (IP), respectively, for both the SPSR and DPSR schemes. Then, simulations are also performed to validate our analysis and the effectiveness of the proposed schemes. Specifically, numerical results illustrate the nontrivial tradeoff between reliability and security of the proposed system. In addition, we conclude from the simulation results that the proposed DPSR scheme outperforms the SPSR-based scheme in terms of OP and IP under the influences of different parameters on system performance