[发明专利]一种基于梯度搜索的数据安全分流传输方法

摘要

一种基于梯度搜索的数据安全分流传输方法，包括以下步骤：(1)在无线网络中，以一个智能设备的角度来看，一部分数据传输到基站BS，还有一部分分流到低功率无线接入节点AP，但同时也存在着被一个隐藏的窃听者窃听数据的这种情况，在保证数据传输需求和安全溢出限制的情况下最小化系统总功率消耗的优化问题描述为一个非凸性优化问题；(2)将问题TPM垂直分解为两层优化问题；(3)根据底层问题，提出了单调性优化的功率控制方法，优化了SD的传输功率；(4)针对顶层问题，提出梯度搜索的方法，进一步优化系统总消耗的功率；(5)通过底层问题与顶层问题的交互迭代，最终解决问题TPM。本发明具有较高的安全性和可靠性。

主权项

1.一种基于梯度搜索的数据安全传输方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)在移动网络中，以一个智能设备SD的角度来看，一部分数据传输到基站BS，还有一部分分流到低功率无线接入节点AP，但同时也存在着被一个隐藏的窃听者窃听数据的这种情况，在保证数据传输需求和安全溢出限制的情况下最小化系统总功率消耗的优化问题描述为如下所示的非凸性优化TPM问题；(TPM) minpall＝piA+piBsubject to:Pout,i(riA,piA)≤εi    (1‑1)riB+(1‑Pout,i(riA,piA))riA＝Ri     (1‑2)riA≥0    (1‑5)riB≥0   (1‑6)variables:(riB,piB)and(riA,piA)在TPM问题中，pall代表SD消耗的总功率，piA代表SD到AP的传输功率，piB代表SD到BS的传输功率，riA,riB分别代表SD到AP的吞吐量和SD到BS的吞吐量，Pout,i(riA,piA)代表溢出概率，是关于变量riA,piA的函数；将问题中的各个变量说明如下：wA:AP信道带宽/MHz；riA:SD到AP的吞吐量/Mbps；riB:SD到BS的吞吐量/Mbps；piA:SD到AP的传输功率/W；piB:SD到BS的传输功率/W；n0:SD信道噪声功率/W；Ri:SD需求的安全吞吐量/Mbps；εi:最大溢出概率需求；γiA:SD到AP的信噪比；γiE:SD到窃听者的信噪比；giA:SD到AP的信道功率增益；giE:SD到窃听者的信道功率增益；giB:SD到BS的信道功率增益；到AP的平均信道增益；到窃听者的信道功率增益；到AP的最大传输功率/W；到BS的最大传输功率/W；在TPM问题中，从SD的角度出发，在满足其到AP和BS安全传输的要求同时，要实现其传输功率最小化就必须考虑安全溢出的问题；(2)溢出概率函数Pout,i(riA,piA)表达式如下：在简化TPM问题之前，根据实际情况假设SD到AP的信道增益大于SD到窃听者的，即因此(2‑1)化简为：从BS的角度出发，假定BS用的是授权频段，因此不考虑窃听的情况，所以得出：把式子(2‑2)、(2‑3)代入(1‑2)中得到如下：为了解决(TPM)问题，引入一个辅助变量z：z＝Pout,i(riA,piA)     (2‑5)这样riA由z和piA表示：结合(1‑2)得出：为简化计算wB，在接下来的计算中为单位1，结合(2‑3)得：(3)由于引入变量z，把piB转化为以z和piA为变量的表达式，因此问题TPM转化为TPM‑E，表示如下:z≤εi,    (3‑4)variables:piA,z问题TPM‑E依然是关于piA和z的非凸优化的问题，为解决这个问题将z暂且看成一个定值优化piA：variable:piA结合(1‑4)，找到p_iA的下界和上界由(3‑7)，(3‑8)看出均为关于z的函数，因此最优化z来进一步简化问题TPM‑E‑Sub，得到TPM‑E‑Top：(TPM‑E‑Top):minpsub,all(z),subject to:0≤z≤εi,    (3‑9)variable:z若要解决(TPM‑E‑Top)，仍然要找到最优的z来最小化psub,all(z)，在(3‑5)中把psub,all(z)看成关于piA的函数并对其求关于piA的一阶导数得：令一阶导数F(p_iA)等于0，得到其零点由此，得出当把z看成定值时，问题TPM‑E‑Sub中最优值被表示为：至此问题TPM‑E‑Top只与z有关；(4)通过TD‑Algorithm算法用来计算最优过程如下：步骤4.1：输入初始数据SD的安全分流溢出上界εi和步长Δ＝10‑7；步骤4.2：设置当前消耗能量CBV＝∞，当前最优解CBS1和CBS2均为0；步骤4.3：z从Δ到安全分流溢出上界εi，以Δ为步长进行枚举；步骤4.4：计算当前一阶导数f′(ε)＝(f(ε+Δ)‑f(ε))/Δ；步骤4.5：判断f′(ε)≥0，是否成立，若成立，则执行步骤4.6，否则执行步骤4.7；步骤4.6：根据(3‑12)得到执行步骤4.8；步骤4.7：Δ＝Δ+1，执行步骤4.4；步骤4.8：判断当前最优值CBV≥psub,all是否成立，若成立，则执行步骤4.9，否则执行步骤4.10；步骤4.9:令CBV＝p_sub,all，CBS₁＝z，步骤4.10：结束循环；步骤4.12：判断CBV＝∞是否成立，若成立执行步骤4.13，否则执行步骤4.14；步骤4.13:输出问题(TPM)不可行；步骤4.14：输出