[发明专利]一种基于云无线接入网的物理层安全通信优化系统和方法

摘要

本发明公开了一种基于云无线接入网的物理层安全通信优化系统和方法，本发明基于云无线接入网架构，在系统安全容量约束条件下，对系统总代价函数进行最小化优化。其中的总代价函数同时考虑系统带宽代价和功率代价。本发明利用差分凸优化技术求解最小化优化问题，具体方法包括：基于云无线接入网的建立安全通信优化模型；通过零阶范数近似化处理将上述优化模型转化为标准差分凸优化问题；再使用迭代化方法将上述差分凸优化问题分解为标准凸优化问题，使用经典的凸优化数值化方法即可求解出最终的最优解，有效减轻了网络开销，提高了网络系统的安全容量和安全性。

主权项

1.一种基于云无线接入网的物理层安全通信优化系统，其特征在于：包括中心处理器(1)、多个基站(2)、多个窃听用户(3)和多个合法用户(4)，所述中心处理器(1)与多个基站(2)连接，所述每个基站(2)与多个窃听用户(3)、多个合法用户(4)无线通信，中心处理器(1)有一个，定义基站(2)M个，定义窃听用户(3)N_E个，定义合法用户(4)N_A个，定义基站到合法用户和窃听用户的无线信道衰落矩阵分别为和定义第m个基站的波束成形向量以及全体基站的波束成形向量此时系统的安全速率可定义为：上式和分别代表合法用户与窃听用户接收机的噪声功率；假设第m个基站的分簇函数为s_m，当第m个基站属于服务基站集时s_m＝1，否则s_m＝0；定义第m个基站对目标文件的缓存状态c_m，当第m个基站缓存中存储有目标文件时c_m＝1，否则c_m＝0；则定义系统的带宽代价函数为上式中，R代表文件大小；系统的功耗代价函数为：C_P＝Tr(ww^H)上式Tr()是矩阵求迹函数，Tr()里面的w^H表示矩阵向量的共轭转置；总代价函数为：上式η只是一个权重因子，可根据不同场景自由选取，包括以下步骤：S1、建立基于云无线接入网的安全通信优化模型，在安全容量约束下，使得系统总代价函数最小化，即：上式C_T代表预设的安全容量门限值；S2、根据约束条件，对分簇函数s_m进行近似化处理，根据约束条件，可定义|| ||表示矩阵的范数，再根据零阶范数连续化近似处理，并引入松驰变量t_m，可将P₀优化问题转化为以上优化问题：式中，其中θ为近似变量，可取任意正数，上式S3、利用差分凸优化方法对上述优化问题进行迭代处理，首先将P₁问题转化为标准DC优化问题，即：然后再进行迭代处理。