[发明专利]一种QoS驱动的D2D安全通信资源分配方法

权利要求书

1.一种QoS驱动的D2D安全通信资源分配方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)构建带窃听的D2D异构蜂窝网络的系统模型，系统包括蜂窝通信网络和D2D通信网络；

2)将步骤1)构建的系统模型，建立统计QoS和统计安全的保护框架；

3)基于统计QoS和统计安全的保护框架，建立一个最大化D2D用户的和有效容量受限于蜂窝用户的QoS和D2D用户的安全约束，以及关于子信道分配和功率分配的资源分配的优化问题，即整数约束和非凸问题组合的优化问题；

4)采用两步求解法解决非凸问题和整数约束组合的优化问题，即完成QoS驱动的D2D安全通信资源分配；

所述蜂窝通信网络和D2D通信网络中：

蜂窝通信网络包括一个基站BS、和通过I个正交信道与基站BS通信的I个蜂窝用户以及I个队列系统；

D2D通信网络包括J对D2D用户和一个窃听用户E，在每对D2D用户端的发射端和窃听用户E端设有1个队列系统；

J对D2D用户之间的通信复用蜂窝用户的I个正交信道，每个正交信道只能被一对D2D用户复用，每对D2D用户可复用多个正交信道；

蜂窝通信网络和D2D通信网络的信道功率增益向量如下：

其中，和分别表示为链路Ci-BS，Ci-D_jr，Ci-E，D_jt-BS，D_jt-D_jr,D_jt-E之间的信道功率增益；

所述链路Ci-BS，Ci-D_jr，Ci-E，D_jt-BS，D_jt-D_jr,D_jt-E之间的距离分别表示为和

所述步骤2)中，统计QoS和统计安全的保护框架构建过程如下：

2a)设蜂窝用户常功率发射，其发射功率为设σ²是噪声功率,是第j个D2D用户在第i个频率带宽上的发射功率，其中为蜂窝用户QoS指数，为D2D用户QoS指数，为D2D用户的安全指数，定义

2b)对于某一对D2D用户对的集合复用在第i个频谱资源上，基站接收到来自第j个D2D发射机的干扰为得到其表达式；

2c)基站接收到来自第j个D2D发射机的信噪比

2d)第j个D2D合法接收机用户接收到来自第i个蜂窝用户的干扰为

2e)第j个D2D合法接收机用户端的信噪比

2f)窃听用户在第i个频带上接收来自第i个蜂窝用户的干扰为

2g)得到窃听用户在第i个频带上的信噪比

2h)基于香农理论，得到蜂窝用户Ci的最大离开速率，第j个D2D合法接收机D_jr的到达速率，以及窃听第j个D2D用户的窃听信道速率；

2i)基于时变的服务速率过程R_P的有效容量E_C(θ_c)表达式，得到Ci-BS和D_jt-D_jr链路的有效容量；

2j)由链路D_jt-E的信息泄露速率表达式和基于时变的到达速率过程R_A的有效带宽E_B(θ_b)的表达式，得到链路D_jt-E的有效带宽

2k)基于时变的到达速率过程R_A和恒定的离开速率过程R_E的队列系统E_B(θ_b)得到不等式；

所述步骤3)中，整数约束和非凸问题组合的优化问题为最大化D2D用户的和有效容量受限于蜂窝用户的QoS和D2D用户的安全约束，以及关于子信道分配和功率分配的资源分配问题，用μ_ij表示为第j对D2D用户是否复用在第i个频谱带宽上的指示，其取值为二元值如下：

优化问题(P₁)的数学表达式如下：

其中，μ_ij表示为第j对D2D用户是否复用在第i个频谱带宽上的指示；P_avj和P_pk分别表示链路D_jt-D_jr的最大允许平均功率和峰值发射功率限制；表达式(23)为目标函数，表达式(24)-(28)为约束条件；代表蜂窝用户C_i的队列的恒定的到达速率；P_avj和P_pk分别表示链路D_jt-D_jr的最大允许平均功率和峰值发射功率限制。