[發明專利]一種基于頻譜及能量資源激勵的物理層安全傳輸方法

有效

• 申請號: 201710445676.5
• 申請日: 2017-06-13
• 公開（公告）號: CN107404475B
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 楊萌琪;楊龍;闊永紅;陳健;賀冰濤
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04L29/06
• 分類號: H04L29/06;H04W16/14;H02J50/20
• 代理公司: 西安長和專利代理有限公司 61227
• 代理人: 黃偉洪

本發明屬于無線通信技術領域，公開了一種基于頻譜及能量資源激勵的物理層安全傳輸方法，所述基于頻譜及能量資源激勵的物理層安全傳輸方法包括一個主網絡和一個認知網絡；所述主網絡至少包含一個主網絡源節點、目的節點和竊聽節點；所述認知網絡至少包含一個認知接入節點和K個認知用戶，其中認知用戶從主網絡源節點廣播的信號中收集射頻能量，并通過協作主網絡信息的保密傳輸獲得頻譜資源。本發明采用基于頻譜和能量資源的激勵方式，充分調動了認知網絡協作主網絡實現安全傳輸的積極性，同時使得主網絡無需專門部署干擾節點，提高了系統硬件設施和頻譜資源的利用率，降低網絡的部署成本。

技術領域

本發明屬于無線通信技術領域，尤其涉及一種基于頻譜及能量資源激勵的物理層安全傳輸方法。

背景技術

一直以來，人們對信息安全的要求始終貫穿在通信技術的發展歷程中。尤其對于無線通信網絡，由于無線信道的廣播特性，為數據的安全傳輸帶來了更大的挑戰。傳統的保密措施采用高層的對稱及非對稱加密技術防止信息被非法竊聽解碼。然而，由于無線通信網絡的動態特性，對稱加密系統中秘鑰的不斷產生和分發為系統引入較高的額外開銷，非對稱加密系統又對網絡節點的運算能力帶來了較高的要求。另一方面，隨著計算機處理能力的不斷加強，傳統加密方式可能遭到具有高運算能力竊聽者的暴力破解從而竊取保密信息，更加凸顯了傳統加密方式的弊端。作為一種獨立于上層加密措施的保密技術，物理層安全技術利用無線信道的物理特性及信息理論實現信息的保密傳輸受到廣泛關注和研究。其中，人工干擾是物理層安全實現的重要手段之一，其通過在保密信息傳輸過程中由網絡中的協作干擾者發送人工噪聲，大幅降低竊聽者的接收質量，使合法鏈路優于竊聽鏈路，從而實現保密信息的安全傳輸。2016年Chao Wang等人在“IEEE Transactions on VehicularTechnology”(《國際電氣電子工程師協會車輛技術匯刊》)上發表的“OpportunisticJamming for Enhancing Security:Stochastic Geometry Modeling and Analysis”(機會式干擾的方式加強通信安全性：隨機幾何建模以及分析)采用二維的齊次泊松點分布建模網絡中存在的多個竊聽者和協作干擾者，提出了一種機會式干擾者選擇方案，有效提高了系統的保密容量。然而，協作干擾者廣播人工干擾的方案雖然能夠加強信息傳輸的安全性，但是也給網絡引入了額外的能量開銷。另一方面，射頻能量收集技術作為實現未來綠色通信的關鍵技術可以有效解決上述問題。其核心內容是，網絡中的節點通過配備合適的硬件電路，能夠對環境中射頻信號的能量進行收集，進而轉化為電能存儲。利用該項技術，2017年Mengyu Liu等人在“IEEE Communication Letters”(《國際電氣電子工程師協會通信快報》)上公開的“Power Allocation for Secure SWIPT Systems with Wireless-Powered Cooperative Jamming”(具有無線供能的協作干擾者的物理層安全信能同傳系統中的功率分配研究)中提出了一種無線供能的干擾者輔助安全傳輸策略，其中干擾者從信息源節點發射的射頻信號中收集能量，并以此作為自身發射人工干擾的能量來源。該技術方案存在的不足是：首先，在該研究中干擾者能夠利用兩根完美隔離的天線，實現收集射頻能量的同時利用收集到的能量發射干擾信號，這一假設無法用現有的硬件實現。其次，該研究假設干擾者收集到的能量不可在電池中存儲，造成系統性能的降級。此外，在上述研究中，網絡中的干擾者均為專門架設的網絡節點，大幅增加了網絡的部署和運營成本。

綜上所述，現有技術存在的問題是：傳統的加密方式對網絡節點的運算能力帶來更高的要求，同時又可能受到竊聽者的暴力破解；現有物理層安全傳輸方案需要網絡專門架設干擾者，增加了網絡部署成本，引入了額外的能量開銷。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供了一種基于頻譜及能量資源激勵的物理層安全傳輸方法。