[發明專利]一種基于噴泉碼的圖像數據變速率安全傳輸方法

有效

• 申請號: 202010323473.0
• 申請日: 2020-04-22
• 公開（公告）號: CN111556222B
• 公開（公告）日: 2022-01-14
• 發明（設計）人: 孫黎;黃丹彤;吳迎笑
• 申請（專利權）人: 之江實驗室;西安交通大學
• 主分類號: H04N1/333
• 分類號: H04N1/333;H04N1/44;H04L1/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 賈玉霞

本發明提供一種基于噴泉碼的圖像數據變速率安全傳輸方法，該方法根據合法鏈路信道條件調整每個時隙發送編碼包的個數，以充分利用信道資源，減少解碼時延。同時使得合法鏈路的信道質量優勢擴大，保障信息的安全傳輸，并且根據源數據包的重要性、系統的時延約束以及信道質量來選擇參與編碼過程的源數據包。本發明的方法能夠使合法接收者盡快積累重要數據，同時防止竊聽者截獲這些數據，在保障合法用戶通信安全的同時也能兼顧用戶對時延和業務質量的需求。

技術領域

本發明屬于無線通信技術領域，具體涉及一種基于噴泉碼的圖像數據變速率安全傳輸方法。

背景技術

在基于噴泉碼的傳輸中，源文件被劃分成N個等長的源數據包。發送端將不同的源數據包進行按位異或運算，構造成無限數量的噴泉包，然后將其傳送到接收端，直到接收端成功累積到N個相互獨立的編碼包以恢復整個文件。噴泉碼的這種特征意味著，合法用戶只要在竊聽者之前積累到足夠的編碼包，就不會泄漏信息。與主要是為了最大化私密速率或最小化私密中斷概率而設計的傳統物理層安全策略相比，基于噴泉碼的抗竊聽技術可以顯著提高合法收發器之間的傳輸速率，因為該速率僅受香農容量的限制。

現今通過噴泉編碼增強傳輸安全性的大部分工作以恒定速率傳送編碼包，即不管噴泉包如何構造，發射機在每個時隙僅發送一個編碼包。然而由于無線信道具有隨機性，在信道條件很好時，僅發送一個編碼包容易造成資源的浪費。另外，大多數現有的基于噴泉碼的傳輸方案主要關注系統的截獲概率，也就是說它們僅關心比特流的傳輸安全性。但是，這些方法對于需要充分考慮安全性約束與多樣化服務質量要求之間的相互耦合和制約關系的圖像業務并不適用。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提出一種基于噴泉碼的圖像數據變速率安全傳輸方法，該方法能夠充分考慮安全性約束與多樣化服務質量要求之間的相互耦合和制約關系，同時兼顧可靠、安全、時延等多維需求，為用戶提供綜合服務質量保障。

本發明的目的通過如下的技術方案來實現：

一種基于噴泉碼的圖像數據變速率安全傳輸方法，該方法包含以下步驟：

(1)在傳輸發生前，合法發送機首先將源文件分成N個源數據包，每個源數據包包含K比特，并對各個源數據包進行重要性排序，得到排序后的數據包集合∏＝{π₁,π₂,…,π_N}，其中，索引序號較小的源數據包更為重要；

(2)傳輸過程中，在每個時隙末尾，合法發送機通過反饋信道獲得合法接收機已恢復的源數據包的索引；然后，更新構造的解碼集D_π和非解碼集U_π，其中D_π包含所有Bob已經恢復的源數據包，而U_π包含所有Bob未恢復的源數據包；在更新的U_π中，根據各個源數據包的重要性對源數據包進行重新排序，并且這些數據包的索引從1開始，將更新后的U_π記為U_π＝{π₁,π₂,…}；

(3)在下一個時隙開始時，合法發送機首先根據信道反饋獲得合法鏈路的信道質量γ_AB，然后與中斷門限γ_v比較，

當γ_ABγ_v時，則在當前時隙不進行編碼包的發送，其中γ_v是傳輸中斷門限；

當γ_AB≥γ_v時，計算出在當前合法鏈路信道條件下，Bob最多能夠正確接收的編碼包個數然后進入下一步驟；