[发明专利]车联网中基于SWIPT的物理层安全通信方法

说明书

本发明公开了一种车联网系统中基于SWIPT的物理层安全方法，首先应用两时隙传输策略，计算端到端信噪比以及窃听设备处接收信号的信噪比，根据所得信噪比计算关于时间分配因子α及功率分配因子ρ的系统安全容量C_s(α,ρ)，计算在固定下，最大化对应的α值及相应然后在固定下，得到最大化对应的ρ值及相应若且t＜I_m，则令t＝t+1，并进行迭代计算，否则输出最优功率分配比例以及最优时间分配比例，系统按该比例进行信息传输，本发明可以同时自适应决定时间分配比例及功率分配比例，比单独的功率分割(PS)或时间分割(TS)更具灵活性；使用有限次迭代便可计算得到最优分配值，复杂度低，且得到的安全容量无限接近通过全局搜索得到的最佳值。

技术领域

本发明属于交通信息工程及控制领域，具体涉及一种车联网中基于SWIPT的物理层安全通信方法。

背景技术

随着车联网技术的不断发展，车辆间的通信安全问题也变得极为重要。由于无线电信号具有开放性的特点，在传输信息的同时，便存在信息泄露与被窃听的潜在风险。因此，车联网中的安全通信研究是一个重要的研究方向。

另一方面，车联网中负责信息收集和传输的载体随着信息技术的快速发展以及服务需求的日益增加，其所承载的信息量越来越大。为降低车联网络的整体能耗，可将一种基于无线射频信号的能量获取方案，即“无线携能通信(SWIPT)”应用于车联网系统中。车辆再接收信息的同时可以收集能量用于信息处理，实现可靠、高效的“绿色通信”。另外，中继协作技术使车联网无线网络中的多个用户按照一定规则共享彼此的天线来进行信息传输，可以形成一个虚拟的多输入多输出网络，以此来延伸通信的覆盖范围、提高系统容量以及实现系统可靠性。因此，在车联网系统中可以结合SWIPT技术和中继协作技术来更好地提升信息传输可靠性、延长网络寿命。

目前，车联网系统中SWIPT技术主要有功率分割(PS)、时间分割(TS)以及PS和TS结合等几种方式。在不考虑可能被窃听因素下均给出了其最佳方案。然而，车联网无线系统中，窃听设备随时可能存在，从而导致信息泄露。因此，研究车联网系统的安全方法是非常有必要的。

发明内容

本发明针对上述车联网系统中安全问题，提出车联网中基于SWIPT的物理层安全通信方法，在考虑有窃听设备存在的情况下，提高车联网内车辆间通信的安全性。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：车联网中基于SWIPT的物理层安全通信方法，包括以下步骤：

S1，信息传输过程分为第一时隙和第二时隙，在第一时隙内，源车辆S_i广播要传输信息，中继车辆接收源车辆传输的信息，窃听设备窃听源车辆传输的信息，得到源车辆S_i到窃听设备E对应的信噪比其中，i＝1,2；第一时隙为αT，α为时间分配比例，T为时间块长度；

S2，中继车辆采用SWIPT将接收到的S1中源车辆传输的信息分为两部分，所述两部分信息分配比例为ρ:1-ρ，其中，ρ部分用于能量收集，1-ρ部分的信息进行放大转发；

S3，在第二时隙，即(1-α)T，中继车辆将S2所述1-ρ部分的信息进行放大传输，源车辆S_i接收中继车辆R第二时隙传输的信息；

源车辆S_i消除所述信息中自身的发射信息部分，进而得到源车辆S_i对应的信噪比γ_i；

窃听设备E窃听中继车辆第二时隙传输的信息，并根据所述信息，识别两个源车辆S_i的信息，同时得到中继车辆R到E得到关于S_i的发送信息的信噪比其中i＝1,2；

S4，根据S1中得到的源车辆S_i到窃听设备E对应的信噪比S3中得到的中继车辆R到E关于源车辆S_i发送信息的信噪比以及源车辆接收信号的信噪比，进而得到系统的安全容量C_s(α,ρ)；