[发明专利]基于最优用户选择的功率分配能量采集中继安全通信方法有效

专利信息
申请号: 201710000992.1 申请日: 2017-01-03
公开(公告)号: CN106877919B 公开(公告)日: 2020-06-09
发明(设计)人: 赵睿;方嘉佳;袁毅;谭星;聂志巧 申请(专利权)人: 华侨大学
主分类号: H04B7/155 分类号: H04B7/155;H04L29/06;H04W40/08;H04W40/10;H04W40/22
代理公司: 厦门市首创君合专利事务所有限公司 35204 代理人: 张松亭;杨锴
地址: 362000*** 国省代码: 福建;35
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摘要:
搜索关键词: 基于 最优 用户 选择 功率 分配 能量 采集 中继 安全 通信 方法
【说明书】:

发明涉及一种基于最优用户选择的功率分配能量采集中继安全通信方法,信息的整个安全传输过程分为两个时隙完成,在第一时隙中,信源将有用信息发送给中继,中继节点将接收到信号的部分功率用于能量采集,剩余的功率用于接收来自信源发送的有用信息;在第二时隙中,中继将第一时隙接收到的信号广播至信宿。第一时隙中继所采集到的能量全部被用于第二时隙的信息转发。本发明中通过合理的将协作技术与时分能量采集技术相结合,使得窃听信道的接收信噪比降低,提升了网络的安全性能,从而保障了信息的安全传输。本发明中,半双工中继具有能量采集技术,通过中继与其他节点之间的协作,使得窃听信道的接收信噪比降低,达到保障系统安全传输的目的。

技术领域

本发明涉及无线通信及物理层安全领域,更具体地说,涉及一种基于最优用户选择的功率分配能量采集中继安全通信方法。

背景技术

随着网络技术的快速发展,越来越复杂的网络结构使得信息的安全传输更容易受到威胁。基于密钥体制的高层安全协议和加密算法等方法虽然可以在一定程度上提升信息安全性,但无法克服无线信道的广播特性和迅速提升的计算能力对信息安全产生的不利影响。物理层安全技术通过充分利用无线信道复杂的空间特性和时变特性,直接从物理层保障信息传输的安全性。

多用户分集是一项广泛应用的技术,它利用了在无线通信环境下不同用户所处的独立衰落信道的特性。这一理念也被应用于中继网络中,该中继网络中的中继会协助信源数据,使之传输到信宿节点,这会扩大了蜂窝小区的覆盖或者提高了通信系统的吞吐量。在中继网络,为了利用多用户分集技术,要在信宿节点里机会式选取最佳的点对点信道质量即最佳的信噪比作为目的用户,这种机会式调度的方法提高了系统的性能以及分集增益。

近几年,对于无线网络中能量采集技术的研究受到了广泛关注,对于不便于大规模采用有线供能的中继网络,比如传感器网络,传统的方法是采用电池供电,但是造成后期的网络维护成本较高,需要定期更换电池或者给电池充电。无线能量采集技术显著延长了多节点网络的生命周期,鉴于此,对于采用能量采集技术的协同中继网络的研究显得十分必要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种窃听信道的接收信噪比降低,提升了网络的安全性能,从而保障了信息的安全传输的基于最优用户选择的功率分配能量采集中继安全通信方法。

本发明的技术方案如下:

一种基于最优用户选择的功率分配能量采集中继安全通信方法,步骤如下:

1)在第一时隙中,中继从M个用户中选择一个接收信噪比最大的用户作为合法用户进行服务,则合法用户表示为其中,u={U1,...,UM},表示M个用户的集合,表示中继到信宿的信道功率增益;

剩余未被选中的用户都是潜在的窃听用户,系统窃听速率由所有窃听节点中接收信噪比最大的窃听用户决定,则该窃听用户表示为其中j≠i,表示中继到潜在窃听用户的信道功率增益;

中继节点将接收到信号的部分功率用于能量采集,中继接收信号的表达式为其中,PS为信源的发送功率,dSR为信源到中继的距离,ρ(0ρ1)表示功率分配因子,m表示路径损耗因子,hSR为信源至中继的信道参数,XS为单位方差信源信号,nR表示单位方差的加性白高斯噪声;

2)在第二时隙中,当信号用于能量采集之后,中继的发送功率为其中,ρ(0ρ1)表示功率分配因子,η表示进行无线能量采集时的能量转换效率因子;

中继将第一时隙接收到的信号广播至信宿,则第二时隙中,信宿接收信号表达式为:其中,i为第i个信宿节点,βc为中继放大因子;

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