[發明專利]一種多中繼多干擾竊聽網絡中保障物理層安全的方法

有效

• 申請號: 201410757033.0
• 申請日: 2014-12-10
• 公開（公告）號: CN104378757B
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發明（設計）人: 劉琚;盧冰冰;董鄭;陳赫;孫國霞
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H04W12/02
• 分類號: H04W12/02;H04L29/06
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司37221
• 代理人: 李健康

1.一種多中繼多干擾竊聽網絡中保障物理層安全的方法，該方法基于一個多中繼多干擾協作網絡，該網絡由一個源節點S，一個目的節點D，一個竊聽端E和一個含有M個節點的中繼群組成，每個節點均配備單根半雙工天線；其中在中繼群中的M個節點中取出M₁個節點作為中繼轉發節點用來轉發信號，剩余的M₂個節點作為干擾節點來發送噪聲干擾竊聽端；由于信道衰落的原因，源節點與目的節點之間沒有直接鏈路連接，需要M₁個中繼轉發節點來轉發信號；且假設竊聽端可能存在于系統的任何位置，所以假設竊聽端能夠與源節點和中繼群直接相連；由于竊聽端所在的位置是未知的，因此各個節點到竊聽端的信道狀態信息未知；

在該系統中，第一個時隙，信號首先由源節點S廣播發送，M₁個中繼轉發節點收到源信號，期間由于竊聽端有機會竊取信號，M₂個干擾節點發送加權的廣播噪聲來干擾潛在的竊聽者；第二個時隙，M₁個中繼轉發節點經過波束成形加權后放大轉發接收到的混疊了噪聲的源信號給目的節點，同時為了防止信息泄露，M₂個干擾節點繼續廣播發送經過加權的干擾噪聲來混淆可能潛在于各方面的竊聽者；

在首先確保系統自由度最大的情況，在中繼功率的約束下，優化中繼轉發節點群和干擾節點群的波束成形變量來最大化系統的保密率，然后計算最佳的中繼功率分配方案繼而最大化系統保密率，具體步驟如下：

步驟一、從M個中繼節點里選擇M₁個節點組成中繼轉發群組，另外選擇剩余的M₂個節點組成干擾節點群，通過信道估計獲得相應的信道參數，所述信道參數包括：源節點到中繼轉發群組信道參數中繼轉發群到干擾群組信道參數中繼轉發群組到目的節點信道參數干擾群組到目的節點信道參數和噪聲功率σ²；

步驟二、設置第一個時隙中干擾群組發送信號的波束成形權值為其中[·]^T表示的是向量的轉置，并設定w⁽¹⁾為單位向量；

步驟三、設置第二個時隙中干擾群組發送信號的波束成形權值為w⁽²⁾從g_J的零空間里隨機選取；

步驟四、設置中繼轉發群組的波束權值向量為設定系統總功率為ρ，從中選擇源節點功率P_S，從剩余的功率中選擇α(ρ-P_S)的功率分配給中繼轉發群組，剩余的(1-α)(ρ-P_S)功率分配給干擾節點群組；利用廣義瑞利熵，求得最佳的關于α的向量v；

步驟五、將求得的w⁽¹⁾、w⁽²⁾和v代入接收端的互信息函數中，得出一個關于α的函數，所述互信息函數為：

I(S;D)=12log(1+PS||vHGRfR||2PJ||vHGRHRw(1)||2+||vHgR||2+PK||w(2)HgJ||2+1)]]>

其中，G_R＝diag(g_R)為對角矩陣，P_J為干擾群在第一時隙中發送功率，P_K為干擾群在第二時隙發送干擾總能量；

步驟六、在保證接收端的互信息大于一定的門限值γ時，利用二分法重復步驟四和步驟五，求得最小的α，在保證系統接收端互信息的情況下用最大的功率來發送干擾信號干擾竊聽者，從而得出較優的系統保密率。