[發明專利]一種保障物理層安全的協作通信聯盟結構優化方法

有效

• 申請號: 201310743833.2
• 申請日: 2013-12-26
• 公開（公告）號: CN103702324B
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發明（設計）人: 付曉梅;李玲;厚麗君;王鼎宇
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H04W12/00
• 分類號: H04W12/00;H04B7/026
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所12201
• 代理人: 溫國林

1.一種保障物理層安全的協作通信聯盟結構優化方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

(1)初始狀態：包含N個可靠節點形成初始聯盟，S＝{n₁,...,n_i,n_j,n_k,...,n_N}，定期計算聯盟效益值；

(2)找到效益值發生改變的節點，動態調整協作通信聯盟結構，即

a)分離

某聯盟內有節點效益發生變化，若滿足脫離聯盟邊界條件，節點會脫離聯盟獨立存在，聯盟結構發生改變；

b)合并

分離出來的小協作通信聯盟依據帕累托階合并成為其它的協作通信聯盟結構，重復以上a)和b)步驟，直到迭代終止，形成穩定通信聯盟結構；

(3)動態調整聯盟結構形成新協作聯盟結構后，無線區域內節點按照新的協作通信結構發送信息；

(4)當聯盟內節點效益又發生變化時，進入動態調整聯盟階段，重復過程(2)—(3)；

所述找到效益值發生改變的節點，動態調整協作通信聯盟結構的步驟具體為：

第一個階段，源節點用戶發送信息給初始聯盟S內的中繼節點R；第二個階段，中繼節點協作轉發收到的信息至目的節點；當初始聯盟S內中繼節點j行為發生變化時，第二階段協作轉發的實際信息發送權重發生變化；

由變為

其中b_j表征初始聯盟內節點的行為變化；節點j完全可靠時b_j的取值為1，b_j表征初始聯盟內節點的行為變化；若節點j存在程度為p的惡意攻擊行為時，b_j取值為-p；若節點j存在程度為q的自私行為，b_j取值為1-q；

聯盟內節點行為的變化影響聯盟安全性的效益，當聯盟內節點滿足：

φi(S)-Ci,mi>0]]>

節點并不會脫離聯盟；

當聯盟內節點滿足：

φi(S)-Ci,mi<0]]>

節點將脫離聯盟；

其中，φ_i(S)為用戶i的效益，為節點單獨存在時的安全容量；

節點信息發送權重改變后，聯盟S效益函數隨之發生改變，聯盟效益為：

V(S)={φi(S)=(Ci,miS-ci(S))+,∀i∈S}---(1)]]>

其中：φ_i(S)為用戶i的效益，(·)⁺為取最大值；c_i(S)為聯盟安全容量損失，為用戶i∈S傳輸信息給目的節點m_i所能達到的最大安全速率，表示為：

Ci,miS=12log2(α+(wnew)HRSwnewσ2)---(2)]]>

這里：表示信息交換時目的節點m_i的接收信噪比；為i節點用于信息交換的功率；為用戶i與目的節點mi的信道系數；σ²是噪聲功率；(w^new)^H是w^new的轉置矩陣；R_S＝h_Sh_S^H為用戶i到目的節點的信道傳輸矩陣與其轉置矩陣的乘積；

當聯盟內節點信息發送權重發生改變后，在協作發送的第二階段竊聽節點也能竊聽到傳輸節點i發送的有用信息；竊聽節點k獲得的安全容量為兩個階段竊聽到安全容量的總和，記為：

C‾i,ke=12log2(β+(wnew)HRgkwnewσ2)---(3)]]>

其中表示信息交換時竊聽節點k的接收信噪比，g_i,k為用戶i到竊聽節點k的信道系數，為用戶i到竊聽節點k的信道傳輸矩陣與其轉置矩陣的乘積；信息發送權重變為w^new，第二階段信息傳輸的發送功率為(w^new)^Hw^new；聯盟安全容量損失c_i(S)定義為所有L個竊聽節點獲得安全容量的最大值，表示為：

ci(S)=max(C‾i,1e,...,C‾i,ke,...,C‾i,Le)---(4).]]> 2