[發明專利]基于無人機中繼的高效無線隱蔽傳輸方法

有效

• 申請號: 202110005062.1
• 申請日: 2021-01-04
• 公開（公告）號: CN112865855B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發明（設計）人: 胡錦松;國明乾;吳林梅;顏世豪;趙鐵松;陳由甲;鄭海峰
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185;H04K1/02;H04W4/029;H04W4/40;H04W52/02;H04W84/18
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 丘鴻超;蔡學俊

本發明提出一種基于無人機中繼的高效無線隱蔽傳輸方法，無人機以全雙工模式工作，作為向地面K個傳輸節點發送數據的數據發送器；在一個時隙內，至多有一個傳輸節點被指定進行數據傳輸；所述無人機配備兩根發射天線，其中一根天線用于數據發送，另一根天線用于產生人工噪聲；通過逐次凸優化技術，聯合優化傳輸節點喚醒時間表和無人機的飛行軌跡，以及受實際約束的用戶調度策略，以確保傳輸節點用滿足可靠傳輸的最小能耗來接收無人機的數據，同時確保無人機向每個指定傳輸節點隱蔽地發送信息。其可以顯著地節省無線傳感節點的能耗，并且被非指定節點檢測到的概率大大降低。

技術領域

本發明屬于無線通信技術領域，尤其涉及一種基于無人機中繼的高效無線隱蔽傳輸方法。

背景技術

無線傳感器網絡是由大量微小節點構成的全分布式的自組織網絡。每個節點都集成了一個或多個傳感器、嵌入式處理器、存儲器、無線通信模塊以及電源和電源管理模塊等部件。

對于單個節點來說，由于體積微小，帶來了許多資源上的限制，例如：有限的計算能力、有限的存儲能力、有限的通信帶寬和有限的電源供應。在這些限制中，如何合理有效地利用有限的電力,是無線傳感網絡研究的熱點之一。由于無人機發送數據區域環境可能十分惡劣(如戰場、極地)，技術人員無法進入，而且構成的網絡節點數量巨大，一一為其替換電源是不現實的。因此，為了延長網絡壽命、防止網絡分離，無線傳感節點工作體制的設置必須考慮到能源效率的問題。另外，隨著人們越來越依賴無線設備來共享私人信息，由于大量私密信息(例如，電子郵件/銀行賬戶信息和密碼、信用卡詳細信息)通過無線網絡傳輸，對無線通信的安全性和隱私性的問題引起了關注。除了傳輸信息的保密性和完整性之外，在某些情況下，用戶希望通過無線網絡傳輸消息而不被檢測到。

當前，在無線傳感器網絡中，使用無人機向地面無線傳感節點發送數據引起了越來越多的興趣。在設計支持無人機的無線傳感器網絡時，有兩個關鍵問題。第一個問題是無線傳感節點電池能量有限。因此，其喚醒時間表和無人機的軌跡應該被適當地設計，使得每個無線傳感節點能夠以最小的能量消耗完成其數據傳輸。第二個問題是視距空對地通信鏈路也導致無人機通信比傳統的地面無線通信面臨更嚴格的安全問題，因為當無人機在視線范圍內時，無人機傳輸的機密信息更容易受到惡意用戶的攻擊。因此，在設計時要注意通信的隱蔽性，確保每個指定傳輸節點在接收無人機發來的信息時，被非指定節點檢測到的概率可以忽略不計。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種基于無人機中繼的高效無線隱蔽傳輸方法，通過聯合優化無線傳感節點的喚醒時間表和無人機的軌跡，以及受實際約束的用戶調度策略(例如通過分析每個用戶單元的檢測性能而明確確定的隱蔽性約束，以及由用戶調度引起的二元約束)，以使所有傳感節點的最大能量消耗最小化，同時確保無人機向每個傳感節點隱蔽地發送所需的數據量。利用無人機的高移動性，無人機能夠高效地向無線傳感節點發送數據，從而節省了所有無線傳感節點接收數據所需要的能量。另外，對于傳感節點，睡眠和喚醒機制是另一種降低能耗的有效方式。同時使用全雙工無人機向指定傳輸節點發送關鍵信息，并以隨機發射功率產生人工噪聲，以確保指定傳輸節點設備的傳輸被非指定節點設備檢測到的概率可以忽略不計。本發明與傳統的靜態數據接收器或簡單直線軌跡的基準方案相比，所提出的方案可以顯著地節省無線傳感節點的能耗，并且被非指定節點檢測到的概率大大降低。

本發明具體采用以下技術方案：

一種基于無人機中繼的高效無線隱蔽傳輸方法，其特征在于：

考慮在全雙工網絡中的隱蔽通信，無人機以全雙工模式工作，作為向地面K個傳輸節點發送數據的數據發送器；在一個時隙δ_t內，至多有一個傳輸節點被指定進行數據傳輸；被安排的接地那打算隱蔽地從無人機接收信息，并且不希望該傳輸被未被安排的節點設備檢測到。為了滿足此要求，所述無人機配備兩根發射天線，其中一根天線用于數據發送，另一根天線用于產生人工噪聲；