Exploiting adaptive particle swarm optimization and penalty function methods for secrecy rate maximization in secure IRS-aided SWIPT system

Pham Viet Tuan * , Nguyen Le Trung Thanh , Hoang Trong Duc and Le Phan Quoc Hung

* Corresponding author: (phamviettuan@dhsphue.edu.vn)

Article Sidebar

Full Text: PDF

Received: Dec 22, 2025
Revised: Mar 13, 2026
Accepted: Mar 16, 2026
Published: Apr 20, 2026
Title: Exploiting adaptive particle swarm optimization and penalty function methods for secrecy rate maximization in secure IRS-aided SWIPT system
Views
63
Downloads
27
How to Cite
Tuan, P. V., Thanh, N. L. T., Duc, H. T., & Hung, L. P. Q. (2026). Exploiting adaptive particle swarm optimization and penalty function methods for secrecy rate maximization in secure IRS-aided SWIPT system. Journal of Science and Education, 66(02). Retrieved from https://tckhgd.dhsphue.edu.vn/index.php/jse/article/view/109
Issue
Vol. 66 No. 02 (2026): Journal of Science and Education: Natural Science - Technology
Section
Journal of Science and Education: Natural Science - Technology

Abstract

In this work, the physical layer security of an intelligent reflecting surface (IRS)-assisted simultaneous wireless information and power transfer (SWIPT) system is investigated in the presence of an eavesdropper (Eve). The goal is to maximize the secrecy rate while satisfying the harvested energy threshold at the power-splitting (PS) receiver. By optimizing the phase shifts at the IRS, the signal is enhanced at the receiver while reduced at Eve. The solution approach via the penalty function technique and adaptive particle swarm optimization (PSO) is proposed and performed through numerical experiments. Eventually, the impacts of system factors such as transmission power and energy harvesting threshold on the convergent behavior and the secrecy rate are presented, and the future direction is discussed.
Keywords: Intelligent reflecting surface, SWIPT, Power-splitting, Secrecy rate maximization, Adaptive PSO

Tóm tắt

Trong bài báo này, bảo mật lớp vật lý của hệ thống truyền đồng thời thông tin và năng lượng (SWIPT) với sự hỗ trợ của bề mặt phản xạ thông minh (IRS) được nghiên cứu với sự hiện diện của một máy nghe lén (Eve). Mục tiêu là tối đa tốc độ bảo mật đồng thời đạt được ngưỡng thu hoạch năng lượng tại máy thu chia công suất. Nhờ tối ưu độ dịch pha tại IRS, tín hiệu được nâng cao tại máy thu trong khi giảm xuống tại Eve. Phương pháp giải theo kỹ thuật hàm phạt và tối ưu bầy đàn (PSO) thích nghi được đề xuất và thực hiện qua các mô phỏng số. Cuối cùng, chúng tôi trình bày các tác động của các thông số hệ thống như công suất phát và ngưỡng thu hoạch năng lượng và hướng nghiên cứu tiếp theo.
Từ khóa: Bề mặt phản xạ thông minh, Truyền đồng thời thông tin và năng lượng, Chia công suất, Tối đa tốc độ bảo mật, Tối ưu bầy đàn thích nghi

Article Details

Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

References

Abualigah, L. (2025). Particle swarm optimization: Advances, applications, and experimental insights. Computers, Materials & Continua, 82(2), 1539.

Fotock, R. K., Zappone, A., & Di Renzo, M. (2024). Secrecy energy efficiency maximization in RIS-aided wireless networks. In ICC 2024 – IEEE International Conference on Communications (pp. 3065–3070).

Guo, M., Lin, Z., Ma, R., An, K., Li, D., Al-Dhahir, N., & Wang, J. (2024). Inspiring physical layer security with RIS: Principles, applications, and challenges. IEEE Open Journal of the Communications Society, 5, 2903–2925.

Hao, W., Li, J., Sun, G., Huang, C., Zeng, M., Dobre, O. A., & Yuen, C. (2024). Robust security energy efficiency optimization for RIS-aided cell-free networks with multiple eavesdroppers. IEEE Transactions on Communications, 72(12), 7401–7416.

Kaur, R., Bansal, B., Majhi, S., Jain, S., Huang, C., & Yuen, C. (2024). A survey on reconfigurable intelligent surface for physical layer security of next-generation wireless communications. IEEE Open Journal of Vehicular Technology, 5, 172–199.

Kennedy, J., & Eberhart, R. C. (1995). Particle swarm optimization. In Proceedings of ICNN'95 – International Conference on Neural Networks (Vol. 4, pp. 1942–1948).

Liu, Y., Liu, X., Mu, X., Hou, T., Xu, J., Di Renzo, M., & Al-Dhahir, N. (2021). Reconfigurable intelligent surfaces: Principles and opportunities. IEEE Communications Surveys & Tutorials, 23(3), 1546–1577.

Mir, U., Abbasi, U., Mir, T., & Pullisani, S. (2025). Intelligent reflecting surface-assisted cognitive radio networks: Recent trends, usages, challenges, and future directions. IEEE Open Journal of the Communications Society, 6, 5030–5049.

Niu, H., Chu, Z., Zhou, F., Zhu, Z., Zhen, L., & Wong, K. K. (2021). Robust design for intelligent reflecting surface-assisted secrecy SWIPT network. IEEE Transactions on Wireless Communications, 21(6), 4133–4149.

Perera, T. D. P., Jayakody, D. N. K., Sharma, S. K., Chatzinotas, S., & Li, J. (2018). Simultaneous wireless information and power transfer (SWIPT): Recent advances and future challenges. IEEE Communications Surveys & Tutorials, 20(1), 264–302.

Psomas, C., Ntougias, K., Shanin, N., Xu, D., Mayer, K., Tran, N. M., ... & Krikidis, I. (2024). Wireless information and energy transfer in the era of 6G communications. Proceedings of the IEEE, 112(7), 764–804.

Sarhan, A. Y., Abdullah, O. A., Al-Hraishawi, H., & Alsubaei, F. S. (2025). Reinforcement learning-driven secrecy energy efficiency maximization in RIS-enabled communication systems. IEEE Access, 13, 128048–128059.

Tang, J., Peng, Z., So, D. K. C., Zhang, X., Wong, K. K., & Chambers, J. A. (2023). Energy efficiency optimization for a multiuser IRS-aided MISO system with SWIPT. IEEE Transactions on Communications, 71(10), 5950–5962.

Wang, Z., Liu, L., & Cui, S. (2020). Channel estimation for intelligent reflecting surface assisted multiuser communications: Framework, algorithms, and analysis. IEEE Transactions on Wireless Communications, 19(10), 6607–6620.

Wei, Y., Peng, Z., Tang, J., Zhang, X., Wong, K. K., & Chambers, J. A. (2024). Max-min fair beamforming design for a RIS-assisted system with SWIPT. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 73(8), 12148–12153.

Wu, Q., & Zhang, R. (2020). Joint active and passive beamforming optimization for intelligent reflecting surface assisted SWIPT under QoS constraints. IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 38(8), 1735–1748.