[發明專利]一種實現物理層安全的協作干擾的激勵方法

有效

• 申請號: 201410096566.9
• 申請日: 2014-03-14
• 公開（公告）號: CN104918238B
• 公開（公告）日: 2018-04-24
• 發明（設計）人: 王莉;都晨輝;宋梅;馬躍;劉洋;滕穎蕾;張勇;滿毅;劉寧寧;吳華清;張盧克;孫天晟
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: H04W12/00
• 分類號: H04W12/00;H04W52/24
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司11002
• 代理人: 李迪

技術領域

本發明涉及移動通信技術領域，具體涉及一種實現物理層安全的協作干擾的激勵方法。

背景技術

隨著無線通信技術的飛速發展，以及無線通信技術的應用越來越普遍，無線通信技術已經滲透入尋常百姓生活的方方面面，為我們帶來了更多的自有和方便。但是其自身存在的一些問題也日漸凸顯，尤其在信息的安全可靠保障方面的不足，越發受到人們的關注。特別是近年來，為了實現更廣泛的網絡覆蓋以及更快的數據傳輸速率，協作中繼通信技術被提出并被廣泛應用。也正由于更多的協作中繼網絡中節點的引入，使得網絡結構越發復雜，開放性也更強，因此，通信信息更易被竊聽、截獲，通信信息的安全面臨更大的威脅和挑戰。

1975年美國學者Wyner根據香農保密通信的理論中延伸出保密容量的概念，首次提出了物理層安全通信的概念。隨后，Dabora、Dong等人將物理層安全的技術應用于協作中繼系統，并提出放大轉發、解碼轉發以及協作干擾等多種協作策略以提高系統安全性能。

當前針對中繼協作網絡中物理層安全技術的研究，更多的是研究在對傳輸節點有一定能量約束的前提下，進行最優節點選擇以及協作傳輸信號的優化處理，以達到最大化節點間鏈路安全容量的目的。然而在所考慮的中繼協作網絡中，網絡內的節點通常為能量有限的無源節點。因此各節點為了最大各自能源的最優利用，并不愿主動協助其他節點進行物理層安全通信。對于此，Han等學者提出協作節點提供的協作安全服務為有償服務，利用博弈論的方法來激勵協作節點的積極參與。Han對于放大轉發、解碼轉發以及協作干擾等多種協作場景均予以討論和分析，但是對于協作干擾的場景主要分析了多個合法通信用戶競爭單一協作干擾節點以及兩個干擾協作節點服務于一個合法通信用戶的場景。然而已有的安全協作干擾的激勵機制，對于協作節點能源有限以及合法通信用戶間通訊質量要求較高，需要多個協作節點共同提供干擾服務的場景，沒有給出確切的解決方案。

發明內容

（一）解決的技術問題

針對現有技術的不足，本發明提供了一種實現物理層安全的協作干擾的激勵方法，針對協作節點能源有限以及合法通信用戶間通訊質量要求較高，需要多個協作節點共同提供干擾服務的場景，給出有效的激勵策略，在滿足合法通信用戶間安全容量要求的同時，使得協作節點集的每一份能量都得到最大化的收益和最合理的利用。

（二）技術方案

為了達到以上目的，本發明通過以下技術方案予以實現：

一種實現物理層安全的協作干擾的激勵方法，該方法包括：

S1：源節點收集目的節點以及竊聽節點的信道狀態信息；

S2：源節點根據各協作節點對源節點的安全容量的改善效果，選擇能夠實現安全通信的協作節點作為備選協作節點；

S3：源節點根據自身的業務需求，初始化其所能支付的服務總報償m，并確定其通過協作干擾過程所能獲得的效益U_s；

S4：利用Stackelberg博弈方法，在源節點和協作節點集之間對服務總報償m進行博弈，并根據源節點效益函數確定出最優的服務總報償；

S5：利用Stackelberg博弈方法，在各協作節點之間對最優服務總報償進行分配博弈，并確定出各協作節點所能得到的最優效益，并求得各自的服務報償m_i及各自所需提供的協作干擾功率P_i。

優選地，所述目的節點以及竊聽節點的信道狀態信息包括：源節點到目的節點和竊聽節點的信道狀態信息分別為G_sd和G_se；以及各協作干擾節點到目的節點和竊聽節點的信道狀態信息分別為G_id和G_ie。

優選地，所述各協作節點對源節點的安全容量的改善效果的計算公式為：

C_{s_i}=(C_{sd_i}-C_{se_i})⁺

其中：

C_{s_i}為源節點到目的節點在某一協作節點提供干擾服務下的安全容量；

C_{sd_i}為源節點到目的節點的信道容量，表達式為：

C_{se_i}為源節點到竊聽節點的信道容量，表達式為：

其中，P_s和P_i分別為源節點和協作干擾節點所采用的發射功率，而σ²則表示在竊聽節點以及目的節點的熱噪聲功率。