[發明專利]一種無線緩存網絡下基于噴泉碼的多播安全傳輸方法

有效

• 申請號: 201810385890.0
• 申請日: 2018-04-26
• 公開（公告）號: CN108809515B
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發明（設計）人: 杜清河;許瑩;孫黎;柴樂;任品毅
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H04L1/00
• 分類號: H04L1/00;H04L1/16;H04W4/06;H04W28/14
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

本發明一種無線緩存網絡下基于噴泉碼的多播安全傳輸方法，包括：首先由基站根據服務器選擇策略選擇傳輸服務器，然后在每個時隙內，基站根據合法用戶的當前譯碼狀態矩陣設計噴泉編碼方案，并將編碼信息通知服務器，然后服務器進行編碼并通過基站廣播校驗包，此時位于基站覆蓋范圍內的竊聽用戶可以竊聽到基站當前發送的校驗包。當合法用戶成功收到校驗包后，向基站反饋ACK信號，基站根據反饋信息更新當前譯碼狀態矩陣；重復上述步驟直到服務器上存儲的K個數據包全部傳輸完畢；基站判斷此時各個用戶的譯碼信息包集合中的元素是否都為L，并決定是否停止編碼并結束傳輸。本發明能夠顯著提高傳輸效率，并實現多播模式下的數據安全可靠傳輸。

技術領域

本發明屬于無線通信領域，具體涉及一種無線緩存網絡下基于噴泉碼的多播安全傳輸方法。

背景技術

隨著無線終端數量的飛速增長，以及大量新型無線服務應用的涌現，無線數據流量急劇增加。為了滿足海量用戶日益增長的無線業務需求，5G時代的通信模式將逐漸從以鏈接為核心的通信向以內容為核心的通信方向轉變。為了緩解移動數據流量的增長給核心網帶來的嚴重負荷，研究者們將緩存技術引入無線接入網，利用非高峰期將熱門數據分布式地緩存到具備存儲能力的網絡邊緣節點上(如基站)。利用分布式緩存技術，降低高峰期內回程鏈路和核心網的網絡負荷，提高系統吞吐量，并且能有效的降低用戶側傳輸時延。

在傳統無線通信中，由于無線信道的廣播特性，多播傳輸雖然能夠帶來較高的信道利用率，但在信息安全方面也面臨更大的挑戰，更容易造成私密信息的泄露。用戶間的信道存在差異，因而多播傳輸的速率和效率受到最差信道的制約，相同的數據往往要進行多次傳輸才能被全部的用戶接收，因而竊聽用戶更容易截獲機密數據。另外，大量的反饋信息更容易造成“反饋風暴”，導致網絡擁塞。將分布式緩存系統引入無線通信的接入網不僅面臨著與傳統無線多播通信系統同樣的問題，也面臨著新的挑戰，比如如何為多播用戶選擇合適的緩存服務器以減少切換時延，以及設計一個高效可靠的安全傳輸策略。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供了一種無線緩存網絡下基于噴泉碼的多播安全傳輸方法，該方法能夠在有效降低竊聽用戶的破譯概率的基礎上實現高效可靠的多播傳輸。

本發明采用如下技術方案來實現的：

一種無線緩存網絡下基于噴泉碼的多播安全傳輸方法，在進行數據傳輸之前，私密文件被劃分為L個信息包x₁,x₂,...,x_L，并被緩存至S個服務器中，每個服務器存儲K個信息包，該方法包括以下步驟：

1)基站選擇一個服務器s_k進行噴泉編碼與數據傳輸；

2)在當前傳輸時隙內，基站采用噴泉編碼方法確定組成校驗包的信息包序號，并將選出的信息包序號發送至服務器端；

3)服務器s_k將步驟2)得到的信息包進行異或操作，得到校驗包，并在當前傳輸時隙通過基站廣播至全部多播用戶；

4)當第u個用戶接收到所發校驗包后，向基站反饋一個ACK信號，通知基站第u個用戶已正確接收校驗包；基站收到ACK信號后更新第u個用戶正確接收校驗包集合，對正確接收的校驗包進行譯碼，并更新譯碼信息包集合I_u，其中，u∈[1,M]，M為多播用戶數；

5)重復步驟2)至4)，直到在服務器s_k上存儲的K個信息包被全部傳輸完；

6)基站判斷各個用戶的譯碼信息包集合中的元素是否都為L，若存在用戶的譯碼信息包集合中的元素不為L，則根據服務器選擇方法選擇一個新的服務器s_k+1并重復步驟2)到5)；若全部為L，則停止編碼并結束數據傳輸。

本發明進一步的改進在于，步驟2)中，基站采用噴泉編碼方法確定組成校驗包的信息包序號的具體操作如下：