[發(fā)明專利]一種保障物理層安全的協(xié)作通信聯(lián)盟結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310743833.2
• 申請日: 2013-12-26
• 公開（公告）號: CN103702324B
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發(fā)明（設計）人: 付曉梅;李玲;厚麗君;王鼎宇
• 申請（專利權(quán)）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

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域，特別涉及一種保障物理層安全的協(xié)作通信聯(lián)盟結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

無線傳輸?shù)膹V播特性使網(wǎng)絡中節(jié)點容易遭到惡意節(jié)點的攻擊與竊聽。而協(xié)作通信利用協(xié)作節(jié)點的轉(zhuǎn)發(fā)成為可實際應用的物理層安全技術(shù)。節(jié)點協(xié)作時，若所有中繼節(jié)點都遵守協(xié)作準則，可以實現(xiàn)穩(wěn)定的物理層安全性能。由于缺乏有效的監(jiān)督機制，協(xié)作聯(lián)盟內(nèi)節(jié)點存在惡意和自私行為，嚴重影響聯(lián)盟的物理層安全性能，且節(jié)點的自私與惡意程度不同對系統(tǒng)安全影響程度也不同。節(jié)點間形成合理的協(xié)作通信傳輸聯(lián)盟是保證物理安全傳輸?shù)幕A，為了保證存在節(jié)點行為變化時，協(xié)作通信聯(lián)盟結(jié)構(gòu)性能仍然最優(yōu)，需要提出相關(guān)算法動態(tài)調(diào)整聯(lián)盟結(jié)構(gòu)，以保證系統(tǒng)的安全性。

當前針對協(xié)作通信聯(lián)盟結(jié)構(gòu)均不考慮節(jié)點信息交換功率損失且均只考慮節(jié)點為可靠節(jié)點，而無線通信中節(jié)點行為多變，目前尚未見可實現(xiàn)考慮節(jié)點行為變化時保證物理層安全性能最優(yōu)的聯(lián)盟形成算法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種保障物理層安全的協(xié)作通信聯(lián)盟結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，本方法提高了物理層傳輸?shù)陌踩裕Ｕ狭宋锢韺影踩阅艿淖顑?yōu)化，詳見下文描述：

一種保障物理層安全的協(xié)作通信聯(lián)盟結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，所述方法包括以下步驟：

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

(2)找到效益值發(fā)生改變的節(jié)點，動態(tài)調(diào)整協(xié)作通信聯(lián)盟結(jié)構(gòu)，即

a）分離

某聯(lián)盟內(nèi)有節(jié)點效益發(fā)生變化，若滿足脫離聯(lián)盟邊界條件，節(jié)點會脫離聯(lián)盟獨立存在，聯(lián)盟結(jié)構(gòu)發(fā)生改變；

b）合并

分離出來的小協(xié)作通信聯(lián)盟依據(jù)帕累托階合并成為其它的協(xié)作通信聯(lián)盟結(jié)構(gòu)，重復以上a)和b)步驟，直到迭代終止，形成穩(wěn)定通信聯(lián)盟結(jié)構(gòu)；

(3)動態(tài)調(diào)整聯(lián)盟結(jié)構(gòu)形成新協(xié)作聯(lián)盟結(jié)構(gòu)后，無線區(qū)域內(nèi)節(jié)點按照新的協(xié)作通信結(jié)構(gòu)發(fā)送信息。

(4)當聯(lián)盟內(nèi)節(jié)點效益又發(fā)生變化時，進入動態(tài)調(diào)整聯(lián)盟階段，重復過程（2）—（3）。

所述找到效益值發(fā)生改變的節(jié)點，動態(tài)調(diào)整協(xié)作通信聯(lián)盟結(jié)構(gòu)的步驟具體為：

第一個階段，源節(jié)點用戶發(fā)送信息給初始聯(lián)盟S內(nèi)的中繼節(jié)點R；第二個階段，中繼節(jié)點協(xié)作轉(zhuǎn)發(fā)收到的信息至目的節(jié)點；當初始聯(lián)盟S內(nèi)中繼節(jié)點j行為發(fā)生變化時，第二階段協(xié)作轉(zhuǎn)發(fā)的實際信息發(fā)送權(quán)重發(fā)生變化；

聯(lián)盟內(nèi)節(jié)點行為的變化影響聯(lián)盟安全性的效益，當聯(lián)盟內(nèi)節(jié)點滿足：

節(jié)點并不會脫離聯(lián)盟；

當聯(lián)盟內(nèi)節(jié)點滿足：

節(jié)點將脫離聯(lián)盟；

其中，φ_i(S)為用戶i的效益，為節(jié)點單獨存在時的安全容量。

所述初始聯(lián)盟S內(nèi)中繼節(jié)點j行為發(fā)生變化具體為：

節(jié)點j完全可靠時b_j的取值為1，b_j表征初始聯(lián)盟內(nèi)節(jié)點的行為變化；若節(jié)點j存在程度為p的惡意攻擊行為時，b_j取值為-p；若節(jié)點j存在程度為q的自私行為，b_j取值為1-q。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是：本發(fā)明在無線通信物理層上，針對節(jié)點可能存在的行為變化，基于合作博弈，提出存在節(jié)點行為變化時，動態(tài)調(diào)整協(xié)作通信聯(lián)盟結(jié)構(gòu)的方法，本發(fā)明能夠幫助無線區(qū)域內(nèi)節(jié)點形成穩(wěn)定可靠的聯(lián)盟結(jié)構(gòu)，降低協(xié)作通信聯(lián)盟內(nèi)節(jié)點自私和惡意攻擊行為的影響，保證物理層安全傳輸，保障物理層安全性能最優(yōu)。

附圖說明

圖1為協(xié)作傳輸模型；

圖2為聯(lián)盟結(jié)構(gòu)變化示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施方式作進一步地詳細描述。

通過聯(lián)盟效益值動態(tài)調(diào)整協(xié)作通信聯(lián)盟結(jié)構(gòu)，獲取新協(xié)作聯(lián)盟結(jié)構(gòu)，無線區(qū)域內(nèi)節(jié)點按照新協(xié)作聯(lián)盟結(jié)構(gòu)發(fā)送信息。