[论文解读] Optimal Targeted Advertising Strategy For Secure Wireless Edge Metaverse

Hongyang Du, Dusit Niyato+3 more|arXiv (Cornell University)|Oct 31, 2021

Wireless Communication Security Techniques参考文献 13被引用 12

一句话总结

本文提出了一种针对安全无线边缘元宇宙的最优定向广告策略，通过隐蔽通信与带宽分配，在规避竞争对手和攻击者检测的同时最大化利润。通过整合Vidale-Wolfe模型与哈密顿优化，MSP显著提升了高质量接入服务的销售额，在最优广告策略下实现了市场占有率90%的提升，该结果通过一种新型的Meta-Immersion用户体验度量指标得到验证。

ABSTRACT

Recently, Metaverse has attracted increasing attention from both industry and academia, because of the significant potential to integrate real and digital worlds ever more seamlessly. By combining advanced wireless communications, edge computing and virtual reality (VR) technologies into Metaverse, a multidimensional, intelligent and powerful wireless edge Metaverse is created for future human society. In this paper, we design a privacy preserving targeted advertising strategy for the wireless edge Metaverse. Specifically, a Metaverse service provider (MSP) allocates bandwidth to the VR users so that the users can access Metaverse from edge access points. To protect users' privacy, the covert communication technique is used in the downlink. Then, the MSP can offer high-quality access services to earn more profits. Motivated by the concept of "covert", targeted advertising is used to promote the sale of bandwidth and ensure that the advertising strategy cannot be detected by competitors who may make counter-offer and by attackers who want to disrupt the services. We derive the best advertising strategy in terms of budget input, with the help of the Vidale-Wolfe model and Hamiltonian function. Furthermore, we propose a novel metric named Meta-Immersion to represent the user's experience feelings. The performance evaluation shows that the MSP can boost its revenue with an optimal targeted advertising strategy, especially compared with that without the advertising.

研究动机与目标

• 设计一种面向元宇宙服务提供商（MSPs）的隐私保护型定向广告策略，确保不被竞争对手和攻击者检测到。
• 在预算限制下，解决无线边缘元宇宙环境中高质量接入服务的带宽分配约束问题。
• 提出一种新型性能度量指标Meta-Immersion，基于上行/下行链路质量量化元宇宙中的用户体验。
• 在隐蔽通信约束下，利用Vidale-Wolfe模型与哈密顿函数优化广告投资与带宽分配。
• 通过检测错误概率（DEP）、下行链路隐蔽速率（CR）及上行比特错误率（BER）在不同信道与调制条件下的表现，评估系统性能。

提出的方法

• 采用Vidale-Wolfe广告模型，对广告响应与市场占有率随时间变化的动力学进行建模。
• 利用哈密顿函数推导出在预算与覆盖范围约束下最大化利润的最优控制输入（广告投入）。
• 引入友好的干扰器以实现隐蔽通信，确保广告信号对恶意守卫不可检测。
• 推导在不同信道条件与干扰功率水平下的检测错误概率（DEP）与下行链路隐蔽速率（CR）。
• 将上行BER建模为发射功率与衰落参数（m_{ka}, m_{s_ka}）的函数，适用于多种调制方式（BFSK, DPSK）。
• 提出Meta-Immersion作为综合度量指标，结合下行CR、上行BER与用户体验，以指导带宽分配。

Figure 1: System model of Metaverse covert access and target advertising.

实验结果

研究问题

• RQ1 元宇宙服务提供商（MSP）如何在确保广告不被竞争对手和攻击者检测的前提下，最大化高质量接入服务的收入？
• RQ2 在隐蔽通信约束下，如何随时间最优分配广告预算以最大化市场占有率增长？
• RQ3 信道条件与调制格式如何影响隐蔽无线边缘元宇宙中上行与下行链路传输的可靠性？
• RQ4 满足用户Meta-Immersion需求所需的最小带宽是多少？其如何随系统参数变化？
• RQ5 与非广告场景相比，定向广告在多大程度上提升了加速带宽的销售速度？

主要发现

• 最优定向广告策略相比非广告场景，使市场占有率最高提升90%，且当广告响应常数（η₁）较高时，增长速度更快。
• 当使用DPSK调制且m_{ka}=4、m_{s_ka}=4时，发射功率从6 dBW提升至8 dBW，上行BER降低80.7%。
• 将信道衰落参数（m_{ka}与m_{s_ka}）分别提升1和2，可使所需发射功率降低9 dBW，显著降低HMD能耗。
• 从BFSK切换至DPSK调制可使所需发射功率降低1.2 dBW，提升能效与用户舒适度。
• 当信道条件改善（āκ_ak提高）时，实现最小下行隐蔽速率所需的带宽减少，从而降低资源消耗。
• 在所有场景下，检测错误概率（DEP）均低于3%（δ=3%），证实了干扰辅助隐蔽通信方案的有效性。

Figure 2: A novel performance metric in Metaverse: Meta-Immersion, and coresponding experience factors, service indicators, technical indicators and minimum requirements.