[发明专利]一种联合协作干扰与中继选择的无线隐蔽通信方法及系统

说明书

本发明公开了一种联合协作干扰与中继选择的无线隐蔽通信方法及系统，其中源节点打算借助选定的中继将消息发送到其目的地，检测者意图检测源节点和中继节点的无线传输行为，同时源节点选出部分其它空闲中继作为友军发送干扰信号迷惑检测者。为此，我们首先提出了两种中继选择方案，即随机中继选择和最优中继选择，以及一种协作干扰方案，以确保系统的隐蔽性。然后，我们在每一种中继选择方案中联合协作干扰构建隐蔽传输性能的理论模型，并进一步优化隐蔽速率。最后，给出了广泛的模拟仿真和数值分析以验证我们的理论模型，通过结果可以分析出各个参数对系统性能的影响，以及多中继场景中联合协作干扰技术可以极大地提升隐蔽传输性能。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种联合协作干扰与中继选择的无线隐蔽通信方法及系统。

背景技术

无线通信技术从根本上改变了我们的日常生活，并有望在即将到来的第六代(6G)时代创造一个完全互联的数字世界，在这个时代，万物互联将促进敏感个人数据在无线信道上前所未有的传输。由于无线信道的广播和开放特性，无线系统在民用和军用应用中都极易受到安全威胁。为了应对这种威胁，人们希望开发一种有前途的安全方法，为5G/6G无线系统中的许多安全敏感应用提供强有力的保护。

现有的安全方法主要利用在上层协议上实现的加密技术。此类方法通常需要较高的计算能力，因为其复杂性。然而，存在许多功率有限的物联网(IoT)设备。作为加密技术的补充，物理层安全(PLS)正在成为一类有前途的技术，它利用无线信道的干扰和噪声来确保通信的保密性。然而，上述两种技术不能完全保证信息的安全，传输行为一旦被发现，就会引来多种攻击。

无线隐蔽通信的目的是在有检测者的情况下隐蔽地将消息发送给接收方并且不被监测者发觉，这很大程度上增强了安全性，在一些应用场景中，通信行为本身就需要绝对的安全。常见的隐蔽通信模型如下：源节点和目的节点想要通信，检测者来判定他们是否存在通信行为，隐蔽通信的目的就是实现源节点和目的节点之间的消息传输并且不被检测者发现。

关于隐蔽通信研究的现有工作主要集中在一跳和两跳无线中继系统，其中源节点试图在有/无中继的情况下向目的节点秘密传输信息。对于单跳无线系统，目前的工作探索了在各种场景下，如不同信道模型、信道不确定性、噪声不确定性、信道反转功率控制、延迟约束、干扰信号和无人机(UAV)场景。在两个近期工作的无线中继系统中进一步研究了隐蔽性能，其中一个或多个检测者试图检测从源节点到中继节点以及从中继节点到目的节点的无线通信的存在。值得注意的是，协同干扰和中继选择是提高隐蔽性能的两个关键方案。使用协同干扰方案，现有的工作利用干扰信号来混淆检测者的检测，但是忽略了干扰信号对合法中继节点的严重干扰，这可能导致系统的性能大幅降低。

因此，产生了一个问题：需要设计一种合作干扰方案，使得干扰信号可以干扰检测者，并尽可能减少对中继节点和目的节点的干扰。另一方面，中继选择对于提高隐蔽性能具有重要意义。具体而言，之前的工作证明了中继选择在增强隐蔽性能方面的潜力。事实上，这些计划对隐蔽性能有重大影响。然而，由于缺乏合作干扰和中继选择的联合研究，这些影响仍然是一个公开的问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种联合协作干扰与中继选择的无线隐蔽通信方法,提出了一种联合协作干扰与中继选择的无线隐蔽通信方案，较好地解决多中继场景中的中继选择问题，并有效提升隐蔽通信速率。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种联合协作干扰与中继选择的无线隐蔽通信方法，源节点借助选定的中继节点将消息发送到其目的节点，检测者试图检测源节点和中继节点的无线传输行为的存在，选出部分其他空闲中继节点作为友好的干扰节点发送干扰信号，防止检测者检测到传输过程；其中协作干扰时，选中的中继节点以外的其他中继节点能作为干扰节点并产生人工噪声以混淆检测者，同时根据随机中继选择和最优中继选择尽可能减少对选中的中继节点和目的节点的干扰；

采用随机中继选择或最优中继选择；