[發(fā)明專利]一種具有社交意識的D2D網(wǎng)絡(luò)安全傳輸方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810595529.0
• 申請日: 2018-06-11
• 公開（公告）號: CN108924797B
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王熠晨;王璐;楊子歡;王弢;李壯
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué);廣東順德西安交通大學(xué)研究院
• 主分類號: H04W4/70
• 分類號: H04W4/70;H04W12/02;H04W52/26
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 徐文權(quán)

1.一種具有社交意識的D2D網(wǎng)絡(luò)安全傳輸方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，構(gòu)建系統(tǒng)模型，建立具有N對D2D設(shè)備的單小區(qū)單信道的通信場景；將網(wǎng)絡(luò)中的D2D節(jié)點分為需要傳輸數(shù)據(jù)的節(jié)點和作為幫助干擾的空閑節(jié)點，作為幫助干擾的空閑節(jié)點為潛在干擾節(jié)點；網(wǎng)絡(luò)中存在Y個數(shù)據(jù)傳輸節(jié)點和N-Y個空閑節(jié)點；用集合D表示網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸節(jié)點，集合J表示網(wǎng)絡(luò)中的空閑節(jié)點；數(shù)據(jù)傳輸節(jié)點用集合D＝{D₁,D₂,...,D_Y}，潛在干擾節(jié)點集合J＝{J₁,J₂,...,J_N-Y}，假設(shè)空閑節(jié)點數(shù)大于傳輸節(jié)點數(shù)；

網(wǎng)絡(luò)中存在竊聽者E，竊聽者E竊聽D2D發(fā)射節(jié)點的信息；若傳輸時，D2D節(jié)點j∈J幫助D2D節(jié)點i∈D進(jìn)行干擾，由此得到合法信道的D2D用戶速率為：

公式(1)中，為第i個D2D傳輸節(jié)點發(fā)射功率，g_ii為第i個D2D傳輸節(jié)點發(fā)射機(jī)中到第i個D2D接收節(jié)點接收機(jī)的信道增益；σ²為噪聲；

竊聽信道的速率R_ie為：

公式(2)中，g_ie為傳輸節(jié)點到竊聽者的信道增益，g_je為干擾節(jié)點到竊聽者的信道增益，p_ij為第j個空閑節(jié)點的幫助干擾信號功率；

合法信道的D2D用戶速率和竊聽信道的速率的差為D2D用戶的保密速率；由此在第j個D2D空閑節(jié)點J_j幫助第i個D2D傳輸節(jié)點D_i的情況下的保密速率為：

步驟2，在步驟1的系統(tǒng)模型下對節(jié)點的社交關(guān)系進(jìn)行分級；定義D2D之間存在5種社交關(guān)系：同一所有者Ownership object relationship，OOR，設(shè)備屬于同一個個人；人類社交關(guān)系Human Social relationship，SOR，設(shè)備所有者具有的強(qiáng)社交關(guān)系；本地聯(lián)合對象關(guān)系Co-location object relationship，C-LOR，兩設(shè)備間進(jìn)行私人信息傳遞關(guān)系；工作聯(lián)合對象關(guān)系Co-work object relationship，C-WOR，兩個設(shè)備間交換公共信息關(guān)系；市場價格關(guān)系Market Pricing relationship，MPR，兩設(shè)備的所有者的弱社交關(guān)系；兩個D2D設(shè)備間不存在上述五種社交關(guān)系則兩設(shè)備間無社交關(guān)系No relationship存在；

根據(jù)劃分的五種社交關(guān)系，給出衡量社交關(guān)系好壞的社交關(guān)系值w_ij，w_ij∈(0,1)；w_ij表示第i個傳輸節(jié)點D_i和第j個空閑節(jié)點J_j的社交關(guān)系；在傳輸節(jié)點D_i請求空閑節(jié)點J_j的幫助時將有γ_ij的概率被拒絕，γ_ij＝1-w_ij；

步驟3，在步驟2的分級下對設(shè)備中的節(jié)點構(gòu)建效用函數(shù)；

空閑節(jié)點效用函數(shù)為：

公式(4)中，c_ij^J＝c_ijw_ij，其中c_ij為第j個空閑節(jié)點J_j對第i個傳輸節(jié)點D_i的功率價格，因此c_ij^J為第j個空閑節(jié)點J_j對第i個傳輸節(jié)點D_i給出的社交值加權(quán)功率價格；空閑節(jié)點效用函數(shù)表示了節(jié)點J_j的收益；

傳輸節(jié)點的效用函數(shù)為：

公式(5)中，c_ij^D＝c_ij(1-w_ij)，表示第i個傳輸節(jié)點D_i接收第j個空閑節(jié)點J_j所需支付的社交值加權(quán)功率價格；傳輸節(jié)點效用函數(shù)表示了節(jié)點D_i的收益；

步驟4，根據(jù)效用函數(shù)構(gòu)建優(yōu)化問題，通過合作博弈解決；假設(shè)一個D2D傳輸節(jié)點僅能夠向一個D2D空閑節(jié)點的請求幫助干擾，一個D2D空閑節(jié)點僅能接受一個D2D傳輸節(jié)點的干擾請求；將一對傳輸節(jié)點和一對空閑節(jié)點組成一個聯(lián)合，最大化系統(tǒng)的總效用；

構(gòu)建出優(yōu)化問題如下：

s.t.c_ij≥0 (7)

0≤p_ij≤p_max (8)

其中，α_ij表示第i個傳輸節(jié)點和第j個空閑節(jié)點是否進(jìn)行了配對，其取值為二元值如下：

約束條件(7)表示空閑節(jié)點出價應(yīng)大于零；約束條件(8)限制了空閑節(jié)點的幫助干擾功率，p_max為可幫助干擾的最大功率；約束條件(9)表示一個空閑節(jié)點僅能夠和一個傳輸節(jié)點進(jìn)行配對；

通過設(shè)計合作博弈算法對上述優(yōu)化問題進(jìn)行求解；采用匹配博弈，構(gòu)建匹配函數(shù)，通過匹配算法對傳輸節(jié)點和空閑節(jié)點進(jìn)行匹配并完成功率控制；然后進(jìn)行穩(wěn)定匹配證明；

步驟5，對社交關(guān)系更新；在匹配算法結(jié)束后，配對完成的第i個傳輸節(jié)點D_i將向第j個空閑節(jié)點J_j發(fā)出請求，空閑節(jié)點將根據(jù)社交關(guān)系值w_ij選擇是否幫助干擾；若被拒絕，傳輸節(jié)點將以無幫助干擾的保密速率傳輸；若空閑節(jié)點接受干擾請求，將根據(jù)匹配得到的保密速率進(jìn)行傳輸；

每次傳輸結(jié)束更新社交關(guān)系值：

其中μ、β為社交關(guān)系更新系數(shù)；

步驟6，通過仿真來評估系統(tǒng)性能，將利用模擬退火算法Simulate Annealing，SA最大化社交關(guān)系加權(quán)保密速率的算法以及不加權(quán)匹配的算法進(jìn)行對比；仿真評估中得到各種算法下網(wǎng)絡(luò)的平均保密速率，通過對比不同算法所能達(dá)到的平均保密速率的大小評估系統(tǒng)的保密性能；仿真中信道衰落為瑞利衰落。