一种基于最优功率分配的安全协作中继选择方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于最优功率分配的安全协作中继选择方法和系统，包括步骤S1，将安全协作通信系统中能成功译码源节点信号的中继节点纳入中继节点集合Θ；步骤S2，测量并计算中继节点集合Θ中的中继节点i到所述目的节点的链路在Nakagami-m信道下的波形参数中继节点i到每个所述窃听节点的链路在Nakagami-m信道下的波形参数中继节点i到所述目的节点的链路的信噪比均值中继节点i到每个所述窃听节点的链路在Nakagami-m信道下的平均功率参数以及每个所述窃听节点处的噪声功率步骤S3，计算并选取数据转发中继节点k；本发明专利技术设计了基于最优用户功率分配的安全协作中继选择方法，具有创新和应用价值，适用于信道不稳定情况下的通信场景，并且适用于多种衰落信道。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及移动通信
，尤其涉及一种基于最优功率分配的安全协作中继 选择方法和系统。
技术介绍
虽然中继协作技术给人类通信带来了很多便利，但由于其传播信道的开放性使得 安全传输问题也变得越来越突出。传统保密手段以现代密码学为理论基础，通过密钥和加 密算法对信息进行加密。但加密算法并不是完全不可破解的，只要窃听者获取足够多的明 文，就可以采用穷举攻击的方法来破译密码，另外秘钥也可能会被泄露，所以这种保密方式 遇到了很大的挑战。与此相比，物理层信息安全技术完全依靠物理层的固有特性，如信道的 衰落特性和噪声，来实现保密通信，具有更高的可靠性。 基于物理层安全技术的中继选择方案的研宄近年来渐渐吸引了学术界的关注，已 有相关算法和方案被设计和提出。比如在带有保密限制的条件下利用窃听信道的即时信息 或者平均信息建立起来的机会中继选择方案，该种方案选择合法链路与窃听链路的即时信 噪比之比最大，或者合法链路的即时信噪比与窃听链路的信噪比方差的比最大的那个中继 来转发信息。或者一种带有干扰节点的中继选择方案，该方案在选择中继节点来转发源节 点信息的同时，还选择一个干扰节点来专门发送人为的干扰，以降低窃听链路的通信质量。 相关的方法还有不少，虽然这些方案已经考虑到了物理层安全的问题，但是它们都没有考 虑功率受限下情况下功率分配对中继选择的影响。因此，研宄最优功率分配下的安全协作 中继选择是非常必要的。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题，提供一种基于最优功率分配的安全协作中继选择方 法和系统。 本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于最优功率分配的安全协作中 继选择方法，包括以下步骤： 步骤S1，将安全协作通信系统中能成功译码源节点信号的中继节点纳入中继节点 集合?;所述安全协作通信系统包括一个源节点、一个目的节点、N个中继节点和R个窃听 节点，所述安全协作通信系统采用Nakagami-m信道，假设能成功译码来自源节点信号的中 继节点为M个，则M<N，M、N和R均为大于零的整数； 步骤S2,测量并计算所需参数，所需参数包括所述中继节点集合0中的中继节点 i到所述目的节点的链路在Nakagami-m信道下的波形参数、中继节点i到窃听节点j 的链路在Nakagami-m信道下的波形参数mj^、中继节点i到所述目的节点的链路的信噪 比均值以中继节点i到窃听节点j的链路在Nakagami-m信道下的平均功率参数 、Kt 以及窃听节点j处的噪声功率fed)2，其中所述中继节点i表示中继节点集合0中第i个 中继节点，且i<M，窃听节点j表示第j个窃听节点，且j<R，i和j均为大于零的整数； 步骤S3,根据步骤S2的计算结果，计算并选取数据转发中继节点k，所述数据转发 中继节点k为进行数据中继转发的中继节点k，且所述中继节点k表示中继节点集合0中 第k个中继节点，k为大于零的整数且k<M。 在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。 进一步地，步骤S1中，所述窃听节点为除所述源节点、所述中继节点和所述目的 节点之外的其他节点，所述窃听节点接收不到来自所述源节点的直接链路信号，所述窃听 节点只能窃听到来自所述中继节点的信号，所述源节点、所述目的节点、所述中继节点和所 述窃听节点均配置导频信道。 进一步地，步骤S3中，计算每个所述窃听节点对应的待选择中继节点kj，kj表示第 j个窃听节点对应的待选择中继节点；其中 Cfd为对应第j个窃听节点的中继节点i的安全容量，为中继节点i到目的 节点的链路的容量均值；为中继节点i到窃听节点j的链路的容量均值；B为安全协 作通信系统的带宽；r()为伽马函数；为中继节点i到目的节点的链路在Nakagami-m 信道下的波形参数；为中继节点i到窃听节点j的链路在Nakagami-m信道下的波形 参数；为中继节点i到窃听节点j的链路在Nakagami_m信道下的平均功率参数； 为中继节点i到目的节点的链路的信噪比；为中继节点i到窃听节点j的链路的信噪 比；％为中继节点i到目的节点的链路的信噪比均值；为中继节点i到目的节点的链 路的发射功率；^为中继节点i到目的节点的链路的平均功率限制；为中继节点i 到窃听节点j的链路在窃听节点j处的噪声功率；为中继节点i到目的节点的链路的 中断门限 ；/ Nakagami-m信道 下；^>的概率密度函数； 当所述窃听节点为一个时，此时R=l，j= 1，计算得出的该窃听节点对应的待选 择中继节点ki即为所述数据转发中继节点k。 进一步地，当所述窃听节点为多个时，即R多2时，计算每个所述窃听节点对应的 待选择中继节点kj; 当计算出的所有窃听节点对应的待选择中继节点相同时，则所有窃听节点对应的 待选择中继节点即为所述数据转发中继节点k; 当计算出的所有窃听节点对应的待选择中继节点各不相同时，选择待选择中继节 点中安全容量最大的中继节点为所述数据转发中继节点k; 当计算出的所有窃听节点对应的待选择中继节点中有部分相同的待选择中继节 点时，求相同待选择中继节点的安全容量的和值以及剩余不相同待选择中继节点的安全容 量，选择所述安全容量的和值或者安全容量值最大的待选择中继节点为所述数据转发中继 节点k。 进一步地，步骤S3中，当中继节点i到目的节点的链路的信噪比值低于中断门限 时，中继节点i停止传输数据。 本专利技术解决上述技术问题的另一种技术方案如下：一种基于最优功率分配的安全 协作中继选择系统，包括中继节点集合构建模块、参数计算模块以及数据转发中继节点计 算模块； 所述中继节点集合构建模块用于将安全协作通信系统中能成功译码源节点信号 的中继节点纳入中继节点集合? ;所述安全协作通信系统包括一个源节点、一个目的节 点、N个中继节点和R个窃听节点，所述安全协作通信系统采用Nakagami-m信道，假设能成 功译码来自源节点信号的中继节点为M个，则M<N，M、N和R均为大于零的整数； 所述参数计算模块用于测量并计算所需参数，所需参数包括所述中继节点集合0 中的中继节点i到所述目的节点的链路在Nakagami-m信道下的波形参数中继节点i到窃听节点j的链路在Nakagami-m信道下的波形参数中继节点i到所述目的节点 的链路的信噪比均值中继节点i到窃听节点j的链路在Nakagami-m信道下的平均功 率参数以及窃听节点j处的噪声功率，其中所述中继节点i表示中继节点集合 ?中第i个中继节点，且i<M，窃听节点j表示第j个窃听节点，且j<R，i和j均为大 于零的整数； 所述数据转发中继节点计算模块用于根据所述参数计算模块的计算结果，计算并 选取数据转发中继节点k，所述数据转发中继节点k为进行数据中继转发的中继节点k，且 所述中继节点k表示中继节点集合?中第k个中继节点，k为大于零的整数且k<M。 在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。 进一步地，所述窃听节点为除所述源节点、所述中继节点和所述目的节点之外的 其他节点，所述窃听节点接收不到来自所述源节点的直接链路信号，所述窃听节点只能窃 听到来自所述中继节点的信号，所述源节点、所述目的节点、所述中继节点和所述窃听节点 均配置导频信道。 进一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于最优功率分配的安全协作中继选择方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，将安全协作通信系统中能成功译码源节点信号的中继节点纳入中继节点集合Θ；所述安全协作通信系统包括一个源节点、一个目的节点、N个中继节点和R个窃听节点，所述安全协作通信系统采用Nakagami‑m信道，假设能成功译码来自源节点信号的中继节点为M个，则M≤N，M、N和R均为大于零的整数；步骤S2，测量并计算所需参数，所需参数包括所述中继节点集合Θ中的中继节点i到所述目的节点的链路在Nakagami‑m信道下的波形参数中继节点i到窃听节点j的链路在Nakagami‑m信道下的波形参数中继节点i到所述目的节点的链路的信噪比均值中继节点i到窃听节点j的链路在Nakagami‑m信道下的平均功率参数以及窃听节点j处的噪声功率其中所述中继节点i表示中继节点集合Θ中第i个中继节点，且i≤M，窃听节点j表示第j个窃听节点，且j≤R，i和j均为大于零的整数；步骤S3，根据步骤S2的计算结果，计算并选取数据转发中继节点k，所述数据转发中继节点k为进行数据中继转发的中继节点k，且所述中继节点k表示中继节点集合Θ中第k个中继节点，k为大于零的整数且k≤M。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：肖琨，丁娇，
申请(专利权)人：广西师范大学，
类型：发明
国别省市：广西;45