[發明專利]面向多信道中繼系統的基于主動干擾協助的無線監聽方法

有效

• 申請號: 202010927323.0
• 申請日: 2020-09-07
• 公開（公告）號: CN112039912B
• 公開（公告）日: 2023-07-18
• 發明（設計）人: 蔡躍明;胡國杰;張余;楊文東;孫小麗
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍陸軍工程大學
• 主分類號: H04L9/40
• 分類號: H04L9/40;H04K3/00
• 代理公司: 北京力量專利代理事務所(特殊普通合伙) 11504
• 代理人: 毛雨田

本發明為提升針對功率可動態調整的可疑系統的無線監聽性能，提供一種基于主動干擾協助的多信道中繼系統下的無線信息監聽方法，該方法對于合法監聽者來說，實現主要步驟如下：1)獲取全局信道狀態信息；2)確定可疑鏈路與監聽鏈路的等效功率增益；3)確定最優干擾信道集合和監聽信道集合；4)修正可疑鏈路被干擾子信道等效功率增益；5)優化干擾功率；6)監聽可疑系統的信息。該方法中合法監聽者利用連續凸近似優化算法，不斷地迭代優化其干擾功率分配以持續地提升其獲取的竊聽速率直至收斂，該優化策略可廣泛應用于針對多信道可疑通信系統的合法監聽場景。

技術領域

本發明涉及無線監聽領域，具體來說涉及一種面向多信道中繼系統的基于主動干擾協助的無線監聽方法。

背景技術

在過去的幾十年里，無線通信技術的快速發展極大地改善了人類的生活，為教育、商業、工農業等眾多領域的創新發展提供了有力支持。然而，無線通信系統開放和靈活的接入特性使其也易被惡意用戶(如恐怖分子、罪犯或商業間諜)濫用，以助其進行危害公共安全、侵犯他人隱私等非法活動。為了有效應對及解決相應挑戰，合法者(如政府機構，國家安全局)需要迫切地實施有效監聽措施，以達到情報收集、恐怖主義/犯罪預防和調查等目的。

從工程設計的角度看，無線監聽和傳統無線安全有著本質的區別，即無線監聽著重于“攻”，而傳統無線安全側重于“防”。具體來說，在傳統無線安全領域，竊聽者被視為敵方，其竊聽潛力應被最小化。為此，學者們提出了眾多的物理層或通信系統協議層的無線安全方法(如設計人工噪聲、以安全為導向的波束賦形等)以最小化泄露給竊聽者的信息量。然而，在無線監聽領域，竊聽者為合法機構，需要主動地監聽發起可疑通信的節點，以最大化地竊取可疑的信息量。

實現無線監聽的一種直觀的方法稱為消極竊聽，合法監聽者僅靜默地竊取無線可疑信息。然而，這種方法僅在合法監聽者距可疑節點較近時才有效，這是因為良好的竊聽信道條件可以助力合法監聽者可靠地對可疑信息進行截獲譯碼。當合法監聽者距可疑節點較遠時，合法監聽者實施消極竊聽將不再奏效，這是由于較小的竊聽信道增益使得合法監聽者譯碼可疑信息的中斷概率急劇升高。為了解決這一挑戰，主動干擾協助的合法監聽應運而生。具體來說，在合法監聽者側，通過主動發送干擾信號以刻意地降低可疑目的節點處的接收信干噪比，可相應地迫使可疑發送節點降低其傳輸速率，從而提升合法監聽者的監聽性能。

目前，已有少量文獻研究了干擾功率優化這一核心問題。文獻[Proactiveeavesdropping?via?jamming?for?rate?maximization?over?rayleigh?fadingchannels,IEEE?Wireless?Commun.Lett.,vol.5,no.1,pp.80–83,Feb.2016]和文獻[Proactive?monitoring?via?jamming?in?amplify-and-forward?relay?networks,IEEESignal?Process.Lett.,vol.24,no.1,pp.1714–1718,Nov.2017]分別考慮了單跳可疑系統和中繼可疑系統的合法監聽模型，并基于朗伯函數推導出了合法監聽者處的閉式的最優干擾功率，以最大化其獲取的平均監聽吞吐量。文獻[Joint?beamforming?and?jammingdesign?for?mmWave?information?surveillance?systems，IEEE?J.Sel.Areas?Commun.,vol.36,no.7,pp.1410-1425,July?2018]進一步考慮了多天線可疑系統下的合法監聽模型，并基于懲罰對偶函數算法對合法監聽者處的干擾波束賦形器進行了有效的設計，以最大化其獲取的瞬時竊聽速率。文獻[Proactive?eavesdropping?in?UAV-aided?suspiciouscommunication?systems，IEEE?Trans.Veh.Technol.,vol.68,no.2,pp.1993-1997,Feb.2019]考慮了可疑的無人機多播系統下的合法監聽模型，并基于一維搜索和連續凸近似算法分別對合法監聽者處的干擾功率和可疑的無人機的位置進行迭代優化，以最大化合法監聽者的瞬時竊聽速率。