[发明专利]一种基于异构无线传输调度的物理层安全优化方法

摘要

本发明公开了一种基于异构无线传输模式调度的物理层安全优化方法，包括数据汇聚、传输模式调度和数据转发三个步骤，数据汇聚步骤是各数据采集节点将数据传输给异构协作中心，由异构协作中心对数据打包；传输模式调度步骤是在给定传输时隙，异构协作中心根据能否获得瞬时窃听信道状态信息和数据转发步骤评估的窃听概率自适应设计传输模式；数据转发步骤是异构协作中心利用所选择的传输模式将数据包转发给该模式对应的目标基站，其会自动评估对应的窃听概率，并反馈给传输模式调度步骤，同时，将所接收到的数据包转发给云中心，由其将数据解包和分析后转发对应的服务中心。本方法可以有效对抗窃听行为，提升无线数据传输物理层的安全性能。

主权项

1.一种基于多传输对间协作的异构无线网络物理层安全优化方法，其特征在于：包括数据汇聚、异构传输模式调度和数据转发三个部分，具体步骤如下：(1)数据汇聚：各数据采集节点在接收到数据传输指令后，将数据传输到异构协作中心，异构协作中心对数据进行打包形成数据包；(2)异构传输模式调度：在一个给定传输时隙内，根据窃听链路的瞬时信道状态信息是否可以获得和数据转发功能步骤评估的窃听概率性能指标，自适应设计出基于瞬时信道容量最大化的传输模式调度CCaTMS方案或基于瞬时安全容量最大化的传输模式调度SCaTMS方案；设计CCaTMS方案或SCaTMS方案的过程包括如下步骤：(2.1)在一个给定传输时隙内，评估窃听概率是否超过阈值：若超过，则进入步骤(2.2)；否则，进入步骤(2.3)；(2.2)评估各传输模式的信道容量，设计出基于瞬时信道容量最大化的传输模式调度CCaTMS方案，进入步骤(2.4)；(2.3)监测窃听信道状态信息，评估各传输模式的安全容量，基于瞬时安全容量最大化的传输模式调度SCaTMS方案，进入步骤(2.4)；(2.4)完成异构传输模式调度；基于瞬时信道容量最大化的传输模式调度CCaTMS方案具体为：其中：m为各传输模式的序号，D为由异构传输模式所构成的集合，s表示所选择的传输模式对应的序号，表示使目标函数最大化时m所对应的值，为传输模式m第i根发送天线到第j根接收天线无线链路的瞬时信道增益，f_m为传输模式所占用的中心频率，B_m为传输模式m所占用的无线带宽，为传输模式m所对应的收发机之间距离，α传输模式m所对应的收发机之间的大尺度衰落因子，N_T为发射机天线数目，N_R为接收机天线数目；基于瞬时安全容量最大化的传输模式调度SCaTMS方案具体为：其中：o表示所选择的传输模式对应的序号，N_E为窃听节点接收机天线数目，P_t为发射机发射功率，c为光速，N₀为接收机高斯白噪声功率，为传输模式m所对应的发射机到窃听节点接收机之间距离，为传输模式m发射机第i根发送天线到窃听节点第l根接收天线无线链路的瞬时信道增益；(3)数据转发：在确定好传输模式调度方案后，异构协作中心将数据包传输给所选传输模式调度方案对应的目标基站，目标基站在接收到数据包后将数据包自动发送给云中心，云中心解包数据并进行相应数据分析挖掘，解包和分析结果传输给不同的服务中心；此外，目标基站同时评估CCaTMS方案或SCaTMS方案的窃听概率，并将评估结果通过专用信道反馈给异构传输模式调度步骤；目标基站评估CCaTMS方案的窃听概率的方法为：其中：M为异构模式数目，Pr(·)表示取概率，max(·)表示取最大值；目标基站评估SCaTMS方案的窃听概率的方法为：其中：Π(·)表示连乘运算符。