[發(fā)明專利]對中繼與干擾節(jié)點選擇結果保密的物理層安全傳輸方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410750910.1
• 申請日: 2014-12-08
• 公開（公告）號: CN104469755A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發(fā)明（設計）人: 惠鏸;梁軍利
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: H04W12/02
• 分類號: H04W12/02
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 李娜

1.對中繼與干擾節(jié)點選擇結果保密的物理層安全傳輸方法，其特征在于，首先建立存在竊聽節(jié)點的無線傳輸網(wǎng)絡，該無線傳輸網(wǎng)絡包含一個源節(jié)點S，一個目的節(jié)點D，M個中間節(jié)點T₁,T₂,…,T_M，以及K個竊聽節(jié)點E₁,E₂,…,E_K；將中間節(jié)點T_i，i＝1,2,…,M到目的節(jié)點的第j根天線的信道衰落系數(shù)用h_i,j表示，到竊聽節(jié)點E_j的信道衰落系數(shù)用g_i,j表示；假設信道具有互易性，且各節(jié)點已知與其直接相連的信道的瞬時信道狀態(tài)信息，即中間節(jié)點T_i和目的節(jié)點D之間的上下行鏈路相同，且均為T_i和D已知；竊聽節(jié)點可以獲取g_i,j，但對h_i,j未知；目的節(jié)點D僅已知竊聽信道的統(tǒng)計狀態(tài)信息；整個傳輸過程包括兩個階段：第一階段，源節(jié)點廣播信息s，并認為在該階段所有中間節(jié)點都能成功解碼；第二階段，被選擇的中繼節(jié)點采用解碼轉發(fā)協(xié)議向目的節(jié)點轉發(fā)信息，干擾節(jié)點向竊聽節(jié)點發(fā)射干擾信息。

2.根據(jù)權利要求1所述的對中繼與干擾節(jié)點選擇結果保密的物理層安全傳輸方法，其特征在于，第二階段包括三個步驟：

第一步，中繼與干擾節(jié)點選擇；

按照傳輸過程中中間節(jié)點的不同功能，目的節(jié)點將中間節(jié)點分為兩個集合—中繼節(jié)點集合和干擾節(jié)點集合其元素個數(shù)分別為

第二步，選擇結果信息的廣播；

目的節(jié)點將選擇結果信息進行廣播，中間節(jié)點根據(jù)自己的信道狀態(tài)信息辨別自己是被選為中繼或是干擾節(jié)點，而竊聽節(jié)點則無法獲取該信息；

第三步，保密信息的轉發(fā)與干擾信息的發(fā)射；

各中繼節(jié)點采用解碼轉發(fā)協(xié)議向目的節(jié)點轉發(fā)信息，各干擾節(jié)點向竊聽節(jié)點發(fā)射干擾信息。

3.根據(jù)權利要求2所述的對中繼與干擾節(jié)點選擇結果保密的物理層安全傳輸方法，其特征在于，第一步的具體實施過程采用貪婪算法或矢量結盟算法。

4.根據(jù)權利要求3所述的對中繼與干擾節(jié)點選擇結果保密的物理層安全傳輸方法，其特征在于，其中貪婪算法具體步驟如下：

(1)初始化：

設干擾節(jié)點選擇結果b＝[b₁,b₂,...,b_M]，如果則b_i＝1，否則b_i＝0；令b＝0，此時Q＝Hee^HH^H，其中傳輸矩陣H為H＝[h₁,h₂,...,h_M]，H的各列被定義為h_i:＝[h_i,1,h_i,2,...,h_i,N]^T，表示T_i到目的節(jié)點各個天線的信道衰落系數(shù)，

令初始化的干擾節(jié)點個數(shù)為L₂＝0；

令初始化的安全中斷概率為

(2)計算波束賦形器系數(shù)w^*＝u_max(Q)，其中u_max(Q)表示矩陣Q的最大特征值所對應的特征向量；

(3)在的約束條件下依據(jù)公式挑選合適的干擾節(jié)點，其中T_hr為中繼與干擾節(jié)點的選擇門限；

(4)更新當前的干擾節(jié)點選擇結果b＝[b₁,b₂,...,b_M]；如果則b_i＝1，否則b_i＝0；令Λ＝diag(b)；

更新Q=(PHΛHH+N0I)-1(PHb‾b‾HHH),]]>其中b‾=1-b,]]>表示b的邏輯補；

(5)計算該選擇結果下目的端所能獲得的信噪比γ_D＝ζ_max(Q)，其中ζ_max(Q)表示矩陣Q的最大特征值；

(6)計算此時系統(tǒng)的安全中斷概率P_out，

Pout=1-FγE(1+γD22R-1)---(1)]]>

其中

FγE(z)=Πj=1KFZj(z)---(2)]]>

當L₂＞0時

FZj(z)=1-eb/λgjλgjL2(L2-1)!Σm=0L2-1L2-1m(-b)L2-1-m(L1λgjz+L1)(m+1)Γ(m+1,b(z+L1)L1λgj),z≥0---(3)]]>

其中為g_i,j的方差，b＝N₀/P，為上不完全伽馬函數(shù)；

當L₂＝0時

FZj(z)=1-e-abMλgj,z≥0---(4)]]>

如果Pout<Poutmin,]]>則更新Poutmin=Pout,]]>b^opt＝b；

(7)如果L₂＜M-1，令L₂＝L₂+1，返回2；

(8)返回b^opt。