[发明专利]提升D2D通信安全的方法、设备和计算机可读存储介质

权利要求书

1.一种提升D2D通信安全的方法，其特征在于，所述方法包括：

根据蜂窝用户CU设备的发射功率、D2D对发送端DTX的发射功率以及所述CU设备、DTX、D2D对接收端DRX、基站BS、智能反射表面IRS和非法用户设备EVE之间的信道，确定所述CU设备的信干噪比γ^b、D2D链路的信干噪比γ^d和EVE的信干噪比γ^e；

根据所述CU设备的信干噪比γ^b和所述EVE的信干噪比γ^e，计算所述CU设备的安全率C^b；

以所述CU设备、DTX、DRX、BS和IRS之间通信时所述D2D链路的信干噪比γ^d取得最小值、所述DTX的发射功率取得最大值以及所述CU设备的发射功率取得最大值为约束条件，最大化所述CU设备的安全率C^b；

所述根据蜂窝用户CU设备的发射功率、D2D对发送端DTX的发射功率以及所述CU设备、DTX、D2D对接收端DRX、基站BS、智能反射表面IRS和非法用户设备EVE之间的信道，确定所述CU设备的信干噪比γ^b、D2D链路的信干噪比γ^d和EVE的信干噪比γ^e，包括：根据所述CU设备的发射功率、DTX的发射功率以及所述CU设备、DTX、DRX、BS、IRS和EVE之间的信道，按照如下公式计算所述CU设备的信干噪比γ^b、D2D链路的信干噪比γ^d和EVE的信干噪比γ^e：

和

所述w∈C^N×1表示所述BS接收到的归一化波束赋形向量，所述G∈C^N×M、h_CI∈C^M×1和h_TI∈C^M×1分别表示所述IRS到所述BS的反射信道、所述CU设备到所述IRS的反射信道和所述DTX到所述IRS的反射信道，所述表示所述IRS包含的M个反射单元的对角相移矩阵，所述θ_i表示第i个所述反射单元引起的相移，所述h_CB∈C^N×1和h_TB∈C^N×1代表所述CU设备到所述BS、所述DTX到所述BS的直接信道，所述P^c和P^d分别表示所述CU设备和DTX的发射功率，所述σ²表示复加性高斯白噪声，所述h_IR∈C^M×1表示所述IRS到所述DRX的反射信道，所述h_TR∈C和h_CR∈C分别表示所述DTX到所述DRX的直接信道和所述CU设备到DRX的直接信道，所述h_IE∈C^M×1表示所述IRS到所述EVE的反射信道，所述h_CE∈C和h_TE∈C分别表示所述CU设备到所述EVE的直接信道和所述DTX到所述EVE的直接信道；

所述根据所述CU设备的信干噪比γ^b和所述EVE的信干噪比γ^e，计算所述CU设备的安全率C^b，包括：根据所述CU设备的信干噪比γ^b和所述EVE的信干噪比γ^e，按照如下公式计算所述CU设备的安全率C^b：C^b＝[log₂(1+γ^b)-log₂(1+γ^e)]⁺，所述[]⁺表示对[]中的变量x按照[x]⁺＝max(0，x)取值；

所述以所述CU设备、DTX、DRX、BS和IRS之间通信时所述D2D链路的信干噪比γ^d取得最小值、所述DTX的发射功率取得最大值以及所述CU设备的发射功率取得最大值为约束条件，最大化所述CU设备的安全率C^b，包括：建立以所述DTX的发射功率取得最大值和所述CU设备的发射功率取得最大值为约束条件的待优化问题；通过对所述待优化问题进行转换，采用块坐标下降法分别对波束赋形矢量w进行优化、对所述CU设备的发射功率P^c和所述DTX的发射功率P^d进行优化或者对相移矩阵Φ进行优化，以最大化所述CU设备的安全率C^b；

所述通过对所述待优化问题进行转换，采用块坐标下降法对波束赋形矢量w进行优化，以最大化所述CU设备的安全率C^b，包括：

将所述待优化问题等价转换为待优化问题P3：

约束条件：w^Hw＝1

所述h_C＝GΦh_CI+h_CB和h_D＝GΦh_TI+h_TB；

按照如下公式计算所述待优化问题P3的最优解：

或者

所述通过对所述待优化问题进行转换，采用块坐标下降法对CU设备的发射功率P^c和DTX的发射功率P^d进行优化，以最大化所述CU设备的安全率C^b，包括：

将所述待优化问题等价转换为待优化问题P4：

约束条件：

所述H_c1＝|w^H(GΦh_CI+h_CB)|²，H_d1＝|w^H(GΦh_TI+h_TB)|²，

根据线性函数l₁和l₂与所述P^c和P^d上界的交点，当L_y1≥L_y2并且时，计算得到所述P^c和P^d的最优解当时，计算得到所述P^c和P^d的最优解当L_y1≤L_y2并且时，计算得到所述P^c和P^d的最优解当时，计算得到所述P^c和P^d的最优解所述所述所述所述；

或者

所述通过对所述待优化问题进行转换，采用块坐标下降法对相移矩阵Φ进行优化，以最大化所述CU设备的安全率C^b，包括：

将所述待优化问题等价转换为待优化问题

所述

对所述V进行特征值分解，得到V＝UΣU^H；

生成均值为0且协方差矩阵为单位矩阵的复高斯随机向量r∈C^(M+1)×1，令在生成的所有高斯随机向量中寻找使目标函数值最大的r，解算出此时所述[x]_(1：M)表示向量x中含M个元素。