[發明專利]基于Q學習的無線通信防竊聽干擾功率控制方法

有效

• 申請號: 201711475264.2
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN108235423B
• 公開（公告）日: 2021-01-22
• 發明（設計）人: 肖亮;毛毛雨;康顯桂;安寧
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: H04W52/24
• 分類號: H04W52/24;H04K3/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 陳衛

本發明涉及一種基于Q學習的無線通信防竊聽干擾功率控制算法，包括以下步驟：S1.初始化發射功率P_s、安全評估系數ρ、干擾功率x_i和工作時間的等級t_s，將邊緣服務器的工作時間t_s平均分割為k個部分，記作一個時隙S2.計算第k個時隙工作狀態的相關量；S3.友好干擾機使用Q學習算法學習，在每個時隙根據系統狀態S^(k)做出決策，選擇相應的動作x_i^(k)；S4.邊緣服務器完成Q學習訓練后，友好干擾機根據Q值表中當前狀態S^(k)對應的方程調度動作發送友好干擾信號。本發明通過Q學習算法訓練干擾機，使其能夠根據合法發送者的信息發射功率不斷嘗試，發射干擾功率，最終達到最佳的干擾功率，從而取得信息安全性的最大化和網絡能量損耗的最小化，提高網絡能量利用率的理想效果。

技術領域

本發明涉及機器學習和物理層安全領域，更具體地，涉及一種基于Q學習的無線通信防竊聽干擾功率控制方法。

背景技術

友好干擾機以一定的功率發射干擾，旨在干擾竊聽者，使其無法竊聽到合法發送機發送的信息，從而保證其保密性。友好干擾機干擾功率的調節對保密效果有著至關重要的影響。干擾功率過大，干擾機干擾竊聽者的同時也會干擾主頻道上的信息傳輸，造成合法接收者無法復原出發送者所傳輸的信息，更消耗了大量的能量，增加了網絡的能耗；若干擾功率過小，竊聽者仍然能夠竊聽大部分信息，達不到保密效果。干擾機需要通過感知合法發送者的信息發射功率從而對自身的干擾功率，做出合理設置和選擇。

2013年的論文《Physical Layer Security for Two-Way Untrusted RelayingWith Friendly Jammers》中提出最優干擾功率算法，是通過測量出可計算的狀態量建立模型，以恒定最優功率進行干擾，從而實現通信信道的保密性。論文《Ally FriendlyJamming:How to Jam Your Enemy and Maintain Your Own Wireless Connectivity atthe Same Time》提出用密鑰適當控制友好干擾信號，使其對于未經授權的設備是不可預測的干擾，而合法接收者可以根據密鑰進行恢復，但密鑰一旦被竊聽者獲取，將很難在短時間發現并有效保護秘密信息。論文《Secure Communication through Wireless-PoweredFriendly Jamming:Jointly Online Optimization over Geography,Energy and Time、Competing mobile network game: Embracing antijamming and jamming strategieswith reinforcement learning》是針對頻道校對、干擾器地理位置布置等因素進行強化學習，假定前提是對準頻道即干擾成功。但發送者的信息發射功率通常由于合法接收者的地理位置、接收功率、解碼能力等因素而變化波動。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種基于Q學習的無線通信防竊聽干擾功率控制方法，通過Q學習算法訓練干擾機，使其能夠根據合法發送者的信息發射功率不斷嘗試，發射干擾功率，最終達到最佳的干擾功率。

為解決上述問題，本發明提供的技術方案為：一種基于Q學習的無線通信防竊聽干擾功率控制方法，包括以下步驟：

S1.初始化發射功率P_s、安全評估系數ρ、干擾功率x_i和工作時間的等級t_s；

S2.計算第k個時隙工作狀態的相關量；

S3.友好干擾機使用Q學習算法學習，在每個時隙根據系統狀態S^(k)做出決策，選擇相應的動作x_i^(k)；