[發明專利]基于次用戶選擇的認知無線網絡物理層安全傳輸方法

有效

• 申請號: 201710035497.4
• 申請日: 2017-01-17
• 公開（公告）號: CN106792899B
• 公開（公告）日: 2019-11-08
• 發明（設計）人: 楊煒偉;許曉明;蔡躍明;陶利偉;牟衛峰;管新榮
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍理工大學
• 主分類號: H04W28/02
• 分類號: H04W28/02;H04W72/04;H04W72/08;H04L25/02
• 代理公司: 北京德崇智捷知識產權代理有限公司 11467
• 代理人: 衛麟

本發明公開一種基于次用戶選擇的認知無線網絡物理層安全傳輸方法，首先主用戶發送者在發送安全信息之前，優化設置信道增益門限，然后將自己的狀態廣播給主用戶接收者和所有次用戶發送者。接著，主用戶接收者向所有次用戶發送者廣播導頻信號。任意次用戶發送者利用導頻信號和最小二乘算法估計出其與主用戶接收者之間的信道增益，并根據該信道增益是否小于信道增益門限決定是否通信：信道增益大于信道增益門限的次用戶發送者保持靜默；信道增益小于信道門限的次用戶發送者允許通信。最后，主用戶發送者和特定的次用戶發送者同時在主用戶頻段上通信。本發明方法貼近實際系統，性能較好，能夠分布式實現。

技術領域

本發明屬于認知無線網絡物理層安全技術領域，涉及一種基于次用戶選擇的物理層安全傳輸方案。

背景技術

認知無線電網絡(Cognitve Radio Network,CRN)開放式、動態化的網絡框架，允許各式各樣的無線終端動態機會接入授權頻譜，明顯地提高了授權頻譜的利用效率。然而，這也導致CRN更容易受到惡意攻擊和竊聽，安全通信面臨巨大的安全隱患。現代密碼學體制建立在計算復雜度基礎之上，在物理層以上的各層協議中得到廣泛應用，是目前保障通信系統信息安全的主要手段。然而，現代密碼學體制正面臨著巨大的挑戰：隨著下一代無線網絡呈現出的異構性、多樣性、節點的移動性和拓撲結構的動態性等特點，對密鑰的在線分發與認證管理提出了更高要求。CRN開放式、動態化的網絡框架無疑使得現代密碼學體制中密鑰的在線分發與認證管理過程更加復雜，難以實現。

為了彌補現有無線加密機制的不足、實現更高的安全性保障，物理層安全(Physical Layer Securtiy，PLS)技術得到了廣泛的關注。物理層安全研究的起源可以追溯到Shannon的安全信息理論。1949年，Shannon指出系統的安全性取決于竊聽者能夠獲得的信息量。為了保證絕對安全，收發兩端安全密鑰的熵必須大于安全信息的熵。1975年，針對Wiretap竊聽模型，討論了在沒有安全密鑰條件下，利用信道的缺陷在物理層實現安全通信的可行性。這為信息安全保障提供了一種全新的思路，在物理層安全信息理論的發展史上產生了巨大的影響。從那以后，基于Wiretap竊聽模型的物理層安全研究層出不窮，將物理層安全信息理論進一步擴展到加性高斯白噪聲信道、無線衰落信道和多天線信道等更一般的信道場景。相較于現代密碼學體制，物理層安全與現有的物理層傳輸技術緊密結合，優勢明顯，是進一步提高無線網絡信息安全性的有效途徑。因此，物理層安全技術在CRN中的應用具有廣大的研究前景。

目前，已有一些學者對CRN中的物理層安全增強技術進行了研究。增強物理層安全的基本思想是使主信道和竊聽信道之間產生巨大的差異。CRN中常用的增強物理層安全技術包括：人工噪聲技術、波束賦形技術和協同干擾技術等等。然而，這些常用的技術并未將CRN中存在的主、次用戶之間的干擾利用起來。實際上，在CRN中，當次用戶對竊聽者的干擾比對主用戶的干擾更嚴重時，次用戶傳輸對主用戶的安全通信是有益的。然而CRN中，如何利用次用戶傳輸提高主用戶的安全通信的研究還很不完善。一方面，目前CRN中的物理層安全傳輸研究，很少考慮竊聽者和用戶節點位置的未知性和隨機性，大都是在理想位置信息的假設下進行的，沒有考慮在未知節點位置信息下的物理層安全傳輸，實際系統中，如何獲得這些節點位置信息，尤其是竊聽節點位置信息，以及如何反饋和交互這些信息并不是一個簡單的問題。另一方面，現有的關于CRN中資源分配的研究大都沒有考慮如何利用主、次用戶之間的干擾來增強主用戶的安全通信，同時增加次用戶的通信機會，沒有提出一種簡單、有效并且便于實現的傳輸方案。在聯合考率這些問題之后，CRN中物理層安全傳輸問題也將變得更為復雜，也就更需要進行深入的考慮和研究。

發明內容

本發明的目的是針對次用戶和竊聽者位置隨機分布的認知無線網絡，提供一種基于次用戶選擇的物理層安全傳輸方法。

本發明采用的技術方案如下：