兼顾物理层安全性的D2D通信复用模式分组方法技术

本发明专利技术公开一种兼顾物理层安全性的D2D通信复用模式分组方法，包括步骤：根据D2D复用区域中蜂窝用户端的安全中断概率，计算在保证蜂窝用户端物理层安全性前提下能够复用蜂窝用户端频谱资源的D2D用户端对数；当D2D用户端对数为大于1的整数时，根据第一公式计算满足蜂窝用户端通信质量的D2D用户端中发送端与D2D复用区域中基站的第一参考距离，以及根据第二公式计算满足所述D2D用户端中发送端与基站的第二参考距离；根据第一参考距离和所述第二参考距离，在D2D复用区域对D2D用户端通信复用模式进行分组，既保证蜂窝用户端的安全性和D2D通信与蜂窝通信的通信质量，又能在频谱资源短缺时使较多的D2D用户端建立通信。

【技术实现步骤摘要】
兼顾物理层安全性的D2D通信复用模式分组方法
本专利技术涉及第五代(5G)移动终端
，更具体地说，涉及一种兼顾物理层安全性的D2D通信复用模式分组方法、装置、设备及可读存储介质。
技术介绍
随着智能终端的引入，视频流及多媒体文件共享等渴求高带宽应用的迅猛增加，用户对移动宽带的需求空前高涨，即将突破当前蜂窝系统的极限。当前的4G网络无法满足思科网真及3D全息技术等多元媒体移动应用所需要的速率，不断增长的高速率和大容量需求迫切需要解决频谱资源紧张问题，迫切需要面向5G的无线通信技术的演进，同时迫使5G蜂窝网络采用不同寻常的思路。作为5G的关键技术之一，D2D通信是一种工作在授权频带，允许邻近终端使用蜂窝资源进行直接通信的新型技术。基站不参与或只负责控制D2D通信过程的建立、维持和结束，不负责数据的转发，因而D2D技术可以降低基站侧的负担，提高频谱资源利用率，增加系统容量。由于用户之间距离较近，相比传统的蜂窝通信(需要经过基站转接)，D2D通信技术不仅可以减少衰减，也可以降低用户终端的发射功率，从而可以节省用户终端的电量，提高能量效率。与蓝牙、WLAN和其它近场通信技术相比，D2D通信工作在授权频带，用户通信的质量可以得到保证、安全性较高；由于采用注册式接入，D2D通信对终端用户具有透明性，无需像WLAN及蓝牙手动配对及设置接入点，因而可以提高用户的体验度。因此，D2D通信不仅能够降低基站的负载、有效地改善系统频谱效率及提高系统通信容量；而且能降低传输时延、减少功率损耗及提高能量效率，具有较强的技术优势。D2D通信技术所具有的诸多优点，主要基于D2D通信大多采用复用方式和蜂窝用户端共享资源以节省频谱资源、提高频率利用效率。但这样做的同时就不可避免的给整个小区带来干扰。因此，为了在保证蜂窝通信性能的基础上尽可能高的提高频谱资源利用率，需要对蜂窝网络中D2D通信系统进行合理的复用和资源分配。与此同时，通信系统的安全性问题也应该受到重视。用户端在网络的各层上都会受到各种攻击，在网络层上，有虫洞攻击、资源消耗攻击、路由攻击等；在传输层上，可能会发生会话劫持；在应用层上，存在节点拒绝通信。针对这些安全威胁的解决方案十分繁杂，而相比之下，物理层安全这种利用无线信道特性、调制编码、多天线和干扰来降低窃听者检测和拦截敏感通信的能力的技术能更方便地解决无线网络的安全性问题，而无需更高层次上的加密。由于D2D通信通常可以在较低的功耗下进行，而且当无线网络中存在窃听者时，D2D用户端可以对窃听者施加干扰，因此D2D通信能够天然地增强蜂窝用户端的安全性。为此，综合考虑在蜂窝用户端被位置信息未知的窃听者窃听的情况下，如何保持蜂窝用户端的安全性的同时又要保证蜂窝通信与D2D通信的性能，一种兼顾物理层安全的D2D通信复用模式分组方法具有非常重要的理论与现实意义。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提出一种兼顾物理层安全性的D2D通信复用模式分组方法、装置、设备及计算机可读存储介质，旨在解决在蜂窝用户端被位置信息未知的窃听者窃听的情况下，如何保持蜂窝用户端的安全性的同时又要保证蜂窝通信与D2D通信的性能的问题。兼顾物理层安全性的D2D通信复用模式分组方法包括以下步骤：根据D2D复用区域中蜂窝用户端的安全中断概率，计算在保证蜂窝用户端物理层安全性前提下能够复用所述蜂窝用户端频谱资源的D2D用户端对数；当所述D2D用户端对数为大于1的整数时，根据第一公式计算满足所述蜂窝用户端通信质量的D2D用户端中发送端与所述D2D复用区域中基站的第一参考距离，以及根据第二公式计算满足所述蜂窝用户端通信质量的所述D2D用户端中发送端与基站的第二参考距离；根据所述第一参考距离和所述第二参考距离，在所述D2D复用区域对所述D2D用户端通信复用模式进行分组。在一种实施方式中，所述根据D2D复用区域中蜂窝用户端的安全中断概率，计算在保证蜂窝用户端物理层安全性前提下能够复用所述蜂窝用户端频谱资源的D2D用户端对数的步骤包括：根据D2D复用区域中的蜂窝用户端的安全中断概率与D2D用户端的发送功率总和的函数关系通过确定所述安全中断概率获得所述发送功率总和；根据所述发送功率总和确定能够复用所述蜂窝用户端频谱资源的D2D用户端对数。在一种实施方式中，所述第一公式为：其中，r1表示所述第一参考距离，Pi表示第i个D2D用户对的发送功率，PL0表示距所述基站10米处的路径损耗，N0表示噪声功率，α表示路径损耗因子，ε表示所述蜂窝用户的信噪比，M表示所述对数，γcmin是所述基站的最小信噪比；所述第二公式为：其中，r2表示所述第二参考距离，D表示所述D2D用户端的个数。在一种实施方式中，所述根据所述第一参考距离和所述第二参考距离，在所述D2D复用区域对所述D2D用户端通信复用模式进行分组的步骤包括：获取所述发送端与所述基站的的第一实测距离；当所述第一参考距离≤所述第一实测距离≤预设半径，对与所述第一实测距离对应的所述D2D用户端采用多对一复用模式；当所述第二参考距离≤所述第一实测距离<第一参考距离，对与所述第一实测距离对应的所述D2D用户端采用一对一复用模式。在一种实施方式中，所述根据所述第一参考距离和所述第二参考距离，在所述D2D复用区域对所述D2D用户端通信复用模式进行分组的步骤之后，还包括：根据第三公式计算满足所述D2D用户端通信质量的所述蜂窝用户端与所述D2D用户端中接收端的第三参考距离，以及根据第四公式计算满足所述D2D用户端通信质量的所述蜂窝用户端与所述D2D用户端中接收端的第四参考距离；根据所述第三参考距离和所述第四参考距离选择待复用的所述蜂窝用户进行复用。在一种实施方式中，所述根据所述第三参考距离和所述第四参考距离选择待复用的所述蜂窝用户进行复用的步骤包括：在所述多对一复用模式下，若多个所述D2D用户端中接收端与所述蜂窝用户端的第二实测距离大于或等于第三参考距离，则允许多个所述D2D用户端对所述蜂窝用户端进行复用；在所述一对一复用模式下，若所述D2D用户端中接收端与所述蜂窝用户的第二实测距离大于或等于第四参考距离，则允许所述D2D用户端对对所述蜂窝用户端进行复用。在一种实施方式中所述第三公式为：其中，r3表示所述第三参考距离，Ji表示复用同一所述蜂窝用户的频谱资源除第i个所述D2D用户端外的M-1个D2D用户端对第i个所述D2D用户端的干扰，dk表示所述蜂窝用户端与所述基站之间的距离，di表示第i个所述D2D用户端中发送端与接收端之间的距离，C为蜂窝用户的个数，γdmin表示所述D2D用户端中接收端的最小信噪比；所述第四公式为：其中，r4表示所述第四参考距离。此外，为实现上述目的，本专利技术还提供一种兼顾物理层安全性的D2D通信复用模式分组装置，所述D2D通信复用模式分组装置包括：计算模块，用于根据D2D复用区域中蜂窝用户端的安全中断概率，计算在保证所述蜂窝用户端物理层本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种兼顾物理层安全性的D2D通信复用模式分组方法，其特征在于，所述兼顾物理层安全性的D2D通信复用模式分组方法包括以下步骤：/n根据D2D复用区域中蜂窝用户端的安全中断概率，计算在保证所述蜂窝用户端物理层安全性前提下能够复用所述蜂窝用户端频谱资源的D2D用户端对数；/n当所述D2D用户端对数为大于1的整数时，根据第一公式计算满足所述蜂窝用户端通信质量的D2D用户端中发送端与所述D2D复用区域中基站的第一参考距离，以及根据第二公式计算满足所述蜂窝用户端通信质量的所述D2D用户端中发送端与基站的第二参考距离；/n根据所述第一参考距离和所述第二参考距离，在所述D2D复用区域对所述D2D用户端通信复用模式进行分组。/n

【技术特征摘要】
1.一种兼顾物理层安全性的D2D通信复用模式分组方法，其特征在于，所述兼顾物理层安全性的D2D通信复用模式分组方法包括以下步骤：
根据D2D复用区域中蜂窝用户端的安全中断概率，计算在保证所述蜂窝用户端物理层安全性前提下能够复用所述蜂窝用户端频谱资源的D2D用户端对数；
当所述D2D用户端对数为大于1的整数时，根据第一公式计算满足所述蜂窝用户端通信质量的D2D用户端中发送端与所述D2D复用区域中基站的第一参考距离，以及根据第二公式计算满足所述蜂窝用户端通信质量的所述D2D用户端中发送端与基站的第二参考距离；
根据所述第一参考距离和所述第二参考距离，在所述D2D复用区域对所述D2D用户端通信复用模式进行分组。


2.如权利要求1所述的兼顾物理层安全性的D2D通信复用模式分组方法，其特征在于，所述根据D2D复用区域中蜂窝用户端的安全中断概率，计算在保证所述蜂窝用户端物理层安全性前提下能够复用所述蜂窝用户端频谱资源的D2D用户端对数的步骤包括：
根据D2D复用区域中的蜂窝用户端的安全中断概率与D2D用户端的发送功率总和的函数关系通过确定所述安全中断概率获得所述发送功率总和；
根据所述发送功率总和确定能够复用所述蜂窝用户端频谱资源的D2D用户端对数。


3.如权利要求1所述的兼顾物理层安全性的D2D通信复用模式分组方法，其特征在于，所述第一公式为：

其中，r1表示所述第一参考距离，Pi表示第i个D2D用户端的发送功率，PL0表示距所述基站10米处的路径损耗，N0表示噪声功率，α表示路径损耗因子，ε表示所述蜂窝用户端的信噪比，M表示所述D2D用户端对数，γcmin是所述基站的最小信噪比；
所述第二公式为：其中，r2表示所述第二参考距离，D表示所述D2D用户端的个数。


4.如权利要求1所述的兼顾物理层安全性的D2D通信复用模式分组方法，其特征在于，所述根据所述第一参考距离和所述第二参考距离，在所述D2D复用区域对所述D2D用户端通信复用模式进行分组的步骤包括：
获取所述发送端与所述基站的的第一实测距离；
当所述第一参考距离≤所述第一实测距离≤预设半径，对与所述第一实测距离对应的所述D2D用户端采用多对一复用模式；
当所述第二参考距离≤所述第一实测距离<第一参考距离，对与所述第一实测距离对应的所述D2D用户端采用一对一复用模式。


5.如权利要求4所述的兼顾物理层安全性的D2D通信复用模式分组方法，其特征在于，所述根据所述第一参考距离和所述第二参考距离，在所述D2D复用区域对所述D2D用户端通信复用模式进行分组的步骤之后，还包括：
当与所述第一实测距离对应的所述D2D用户端采用多对一复用模式时，根据第三公式计算满足所述D2D用户端通信质量的所述蜂窝用户端与所述D2D用户端中接收端的第三参考距离；
当与所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓滨，彭昭然，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东;44