[发明专利]一种截断干扰辅助的有限包长隐蔽无线通信方法

权利要求书

1.一种截断干扰辅助的有限长数据包隐蔽无线通信方法，其特征在于，本发明所述方法包括以下步骤：

步骤1、码本共享：在传输隐私数据包之前，源节点与目的节点之间利用其无线信道特征产生密钥，然后源节点使用经过密钥加密后的信息提前告知目的节点隐私数据包编码所使用的码本以及发送所占用的传输周期；

步骤2、截断干扰：干扰节点根据其与目的节点间信道增益大小决定工作状态，目的节点周期地向周围广播导频信号；

步骤3、信息编码：源节点对待传输的隐私数据包进行编码，所编码数据包长度为N，表示源节点经过N次信道使用将该有限长数据包全部发送出去；

步骤4、信息传输：源节点以功率P_a发送隐私数据包；为了实现隐蔽传输，发送功率P_a应该满足通信隐蔽性约束：

其中，N表示数据包所占据的信道使用数；表示指数积分函数；μ_aw表示源节点与监测节点间小尺度衰落的均值；μ_jw表示干扰节点与监测节点间小尺度衰落的均值；d_aw表示源节点与监测节点的距离；d_jw表示干扰节点与监测节点的距离；α表示大尺度衰落的指数参数；p表示干扰发送概率，其大小和干扰节点与目的节点间信道增益以及所设置截断阈值有关；P_j表示干扰节点的功率；σ²表示噪声功率；ε表示预设的隐蔽通信容忍值，通常为一个极小的正实数；

步骤5、信息译码：目的节点对接收信号进行译码；源节点到目的节点的平均有效隐蔽吞吐量为：

其中，R表示每信道使用所传输的信息量，表示系统平均误包率；

以最大化系统平均有效隐蔽吞吐量为目标，最优的截断阈值τ^*根据如下方程式计算得到：

2.根据权利要求书1所述的一种截断干扰辅助的有限长数据包隐蔽无线通信方法，其特征在于，根据信道互易性，干扰节点根据接收到的导频信号对当前其与目的节点的信道进行估计；当干扰节点与目的节点间信道增益小于一定阈值时，干扰节点以功率P_j发送干扰信号；如若信道增益不满足条件，则不发送；那么，干扰发送概率即为干扰节点与目的节点信道增益小于所设置截断阈值的概率；

对于准静态瑞利衰落信道，干扰节点发送干扰的概率表示为

其中，d_jb表示干扰节点与目的节点间的距离；α表示大尺度衰落的指数参数；|h_jb|²表示服从指数分布的小尺度衰落；μ_jb表示干扰节点与目的节点间小尺度衰落的均值；τ表示所设置的截断阈值。

3.根据权利要求书1所述的一种截断干扰辅助的有限长数据包隐蔽无线通信方法，其特征在于，为了实现隐蔽传输，发送功率P_a应该满足通信隐蔽性约束：

其中，和分别表示源节点有隐私数据包发送和不发送情况下监测节点观测样本的概率分布；表示与间的相对熵；表示求期望；ε为表示预设的隐蔽通信容忍值，通常为一个极小的正实数；

采用混合高斯模型对进行近似，通信隐蔽性约束进一步推导为：

其中，表示指数积分函数；μ_aw表示源节点与监测节点间小尺度衰落的均值；d_aw表示源节点与监测节点的距离；干扰发送概率p由式(4)给出；σ²表示噪声功率。进一步，发送功率P_a应满足式(1)。

4.根据权利要求书1所述的一种截断干扰辅助的有限长数据包隐蔽无线通信方法，其特征在于，由于干扰节点以一定概率发送干扰，目的节点的接收信噪比表示为：

其中，d_ab表示源节点与目的节点间的距离；d_jb表示干扰节点与目的节点间的距离；|h_ab|²表示源节点与目的节点间的小尺度衰落；|h_jb|²表示干扰节点与目的节点间的小尺度衰落；κ∈{0,1}表示干扰节点的工作状态，κ＝0表示干扰节点保持静默，而κ＝1表示干扰节点发送干扰；

采用有限块长编码使得目的节点处不可避免地产生译码错误，其误包率表示为

其中，表示高斯Q函数；R表示每信道使用所传输的信息量；平均误包率表示为：

其中，表示干扰节点发送干扰时目的节点处的接收信噪比，即式(7)中κ＝1；表示干扰节点静默式目的节点处的接收信噪比，即式(7)中κ＝0；f(x)表示变量x的概率密度函数；

仅当数据包正确译码时才对系统隐蔽吞吐量有贡献；那么，源节点到目的节点的平均有效隐蔽吞吐量表示为：