一种物理层安全辅助可疑自组织通信的合法监听方法技术

本发明专利技术公开了一种物理层安全辅助可疑自组织通信的合法监听方法，属于无线通信领域，包括：建立物理层安全辅助可疑自组织通信的主动监听干扰功率分配的优化问题模型；将所建立的优化问题转化为内外嵌套的两层优化问题，其中，外层优化问题优化相对监听速率，内层优化问题优化干扰功率分配；通过二分法求解外层优化问题得到相对监听速率，其中针对给定的相对监听速率，通过拉格朗日方法求解内层优化问题得到干扰功率分配。本发明专利技术主要针对可疑自组织通信终端采用物理层安全技术进行通信的场景，合法监听者可通过对干扰功率分配进行优化，最大化监听节点的相对监听速率，借助主动监听进行干扰以降低可疑通信链路的信道质量并大大提升监听性能。提升监听性能。提升监听性能。

【技术实现步骤摘要】
一种物理层安全辅助可疑自组织通信的合法监听方法


[0001]本专利技术属于无线通信领域，涉及一种物理层安全辅助可疑自组织通信的合法监听方法。

技术介绍

[0002]无线通信技术成为近年的研究重点，而无线通信中的无线自组织通信安全问题也是研究热点。
[0003]针对异常复杂的无线自组织终端通信环境，如何保证可疑通信的可靠监听是研究热点。由于物理层是通信的最底层，所以，从物理层的角度实现可疑通信的监听至关重要。通信监听和通信安全是一个事物的两个方面，通信安全关注于如何保证信息传输的安全，而通信监听关注于如何监听可疑通信传输的信息。相比于被动的进行可疑通信监听，主动监听可以提升监听的性能，为此我们提供了一种物理层安全辅助可疑自组织通信的合法监听方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种物理层安全辅助可疑自组织通信的合法监听方法，合法监听者针对可疑自组织通信终端采用物理层安全技术进行安全通信的情况，借助主动监听进行干扰以降低可疑通信链路的信道质量并提升监听性能，可在满足监听节点最大平均功率的要求下，使相对监听速率最大。
[0005]为达到上述目的，本专利技术是采用下述技术方案实现的：
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种物理层安全辅助可疑自组织通信的合法监听方法，基于自组织通信系统；所述自组织通信系统包括多个可疑自组织通信终端对、和一个全双工监听节点；每个可疑自组织通信终端对包含一个可疑通信源和一个可疑通信宿；每个可疑通信源基于物理层安全技术将可疑信息传输给可疑通信宿，监听节点可以监听可疑信息的传输；
[0007]所述合法监听方法通过优化监听节点的干扰功率分配，最大化干扰节点的相对监听速率，具体包括如下步骤：
[0008]步骤一：建立物理层安全辅助可疑自组织通信的主动监听干扰功率分配的优化问题模型；
[0009]步骤二：将所建立的优化问题转化为内外嵌套的两层优化问题，其中，外层优化问题优化相对监听速率，内层优化问题优化干扰功率分配；
[0010]步骤三：通过二分法求解外层优化问题得到相对监听速率，其中针对给定的相对监听速率，通过拉格朗日方法求解内层优化问题得到干扰功率分配，对监控节点的相对监听速率和干扰功率分配进行优化。
[0011]基于第一方面，进一步地，所述建立物理层安全辅助可疑自组织通信的主动监听干扰功率分配的优化问题模型为：
[0012]P1：
[0013]约束C1：
[0014]该问题以最大化监听节点的相对监听速率为目标，其中K为可疑自组织通信终端对的数量；对的数量；和分别表示可疑自组织通信终端对k的保密信息传输速率，可疑自组织通信终端对k的码本传输速率，监听节点处的针对可疑自组织通信终端对k的可达速率，监听节点处的针对可疑自组织通信终端对k的监听速率；v表示信道的衰落状态；ε表示对所有的衰落状态求期望；
[0015]P
k
和q
k
(v)分别表示可疑自组织通信终端对k的固定发射功率，监听节点针对可疑自组织通信终端对k的干扰功率；α
k
表示可疑自组织通信终端对k分配给保密信息传输的功率比率；
[0016]和分别表示可疑自组织通信终端对k的收发之间的信道增益、从监听节点到可疑自组织通信终端对k的信宿的信道增益、从可疑自组织通信终端对k的信源到监听节点的信道增益；ξ为监听节点处的全双工自干扰删除系数；σ2为噪声功率；Q表示监听节点的最大平均发射功率；
[0017]约束C1表示监听节点的平均发射功率不能超过最大平均发射功率。
[0018]基于第一方面，进一步地，所述将所建立的优化问题转化为内外嵌套的两层优化问题具体包括以下步骤：
[0019]步骤2
‑
1：通过引入辅助变量θ表示监听节点达到的相对监听速率，将问题P1重写为：
[0020]P2：
[0021]约束C2：
[0022]约束C1；
[0023]步骤2
‑
2：将问题P2重构为内外嵌套的两层问题，其中，外层优化问题优化θ，以求得最大相对监听速率值；内层优化问题在给定θ的条件下优化q
k
(ν)，问题建模为：
[0024]P3：
[0025]约束C1。
[0026]基于第一方面，进一步地，所述通过二分法求解外层优化问题得到相对监听速率θ的值具体包括以下步骤：
[0027]步骤3
‑
1：初始化搜索区间[θ
min
,θ
max
]；
[0028]步骤3
‑
2：令
[0029]步骤3
‑
3：给定θ，利用拉格朗日乘子法求解内层优化问题P3得到q
k
(ν)的值
[0030]步骤3
‑
4：如果问题P3的目标函数值大于或等于0，则令θ
min
＝θ；否则，令θ
max
＝θ；
[0031]步骤3
‑
5：如果θ未收敛，重复执行步骤3
‑
1至步骤3
‑
4；否则，算法结束。
[0032]基于第一方面，进一步地，针对给定相对监听速率θ，利用拉格朗日乘子法求解内层优化问题P3得到相应的干扰功率具体包括：引入拉格朗日因子λ，并重复执行以下步骤，直至λ收敛；
[0033]步骤4
‑
1：初始化λ的搜索区间[λ
min
,λ
max
]；
[0034]步骤4
‑
2：令
[0035]步骤4
‑
3：建立拉格朗日函数3：建立拉格朗日函数及对偶函数并分解对偶函数得到如下针对每个可疑自组织通信终端对k和每个信道衰落状态ν的问题：
[0036]P4：
[0037]步骤4
‑
4：基于R
k
(v)的值，将问题P4分解为如下3个子问题：
[0038]P5：
[0039]约束C3：r
k
(ν)
‑
e
k
(ν)≥c
k
(ν)；
[0040]P6：
[0041]约束C4：r
k
(ν)
‑
e
k
(ν)≤0；
[0042]P7：
[0043]约束C5：0≤r
k
(ν)
‑
e
k
(ν)≤c
k
(v)；
[0044]所述问题P5、P6、P7的解分别为
[0045]步骤4
‑
4：计算问题P4的目标函数当q
k
(v)分别取时的值，并令问题P4的解取值为目标函数最大的q
k
(v)的值；
[0046]步骤4...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种物理层安全辅助可疑自组织通信的合法监听方法，其特征在于，包括如下步骤：建立物理层安全辅助可疑自组织通信的主动监听干扰功率分配的优化问题模型；将所建立的优化问题转化为内外嵌套的两层优化问题，其中，外层优化问题优化相对监听速率，内层优化问题优化干扰功率分配；通过二分法求解外层优化问题得到相对监听速率，其中针对给定的相对监听速率，通过拉格朗日方法求解内层优化问题得到干扰功率分配，对监控节点的相对监听速率和干扰功率分配进行优化。2.根据权利要求1所述的合法监听方法，其特征在于，所述建立物理层安全辅助可疑自组织通信的主动监听干扰功率分配的优化问题模型为：P1：约束C1：该问题以最大化监听节点的相对监听速率为目标，其中K为可疑自组织通信终端对的数量；数量；和分别表示可疑自组织通信终端对k的保密信息传输速率，可疑自组织通信终端对k的码本传输速率，监听节点处的针对可疑自组织通信终端对k的可达速率，监听节点处的针对可疑自组织通信终端对k的监听速率；v表示信道的衰落状态；ε表示对所有的衰落状态求期望；P
k
和q
k
(v)分别表示可疑自组织通信终端对k的固定发射功率，监听节点针对可疑自组织通信终端对k的干扰功率；α
k
表示可疑自组织通信终端对k分配给保密信息传输的功率比率；和分别表示可疑自组织通信终端对k的收发之间的信道增益、从监听节点到可疑自组织通信终端对k的信宿的信道增益、从可疑自组织通信终端对k的信源到监听节点的信道增益；ξ为监听节点处的全双工自干扰删除系数；σ2为噪声功率；Q表示监听节点的最大平均发射功率；约束C1表示监听节点的平均发射功率不能超过最大平均发射功率。3.根据权利要求2所述的合法监听方法，其特征在于，所述将所建立的优化问题转化为内外嵌套的两层优化问题具体包括以下步骤：步骤2
‑
1：通过引入辅助变量θ表示监听节点达到的相对监听速率，将问题P1重写为：P2：约束C2：
约束C1；步骤2
‑
2：将问题P2重构为内外嵌套的两层问题，其中，外层优化问题优化θ，以求得最大相对监听速率值；内层优化问题在给定θ的条件下优化q
k
(ν)，问题建模为：P3：约束C1。4.根据权利要求3所述的合法监听方法，其特征在于，所述通过二分法求解外层优化问题得到相对监听速率θ的值具体包括以下步骤：步骤3
‑
1：初始化搜索区间[θ
min
,θ
max
]；步骤3
‑
2：令步骤3
‑
3：给定θ，利用拉格朗日乘子法求解内层优化问题P3得到q
k
(v)的值步骤3
‑
4：如果问题P3的目标函数值大于或等于0，则令θ
min
＝θ；否则，令θ
max
＝θ；步骤3
‑
5：如果θ未收敛，重复执行步骤3
‑
1至步骤3
‑
4；否则，算法结束。5.根据权利要求4所述的合法监听方法，其特征在于，针对给定相对监听速率θ，利用拉格朗日乘子法求解内层优化问题P3得到相应的干扰功率具体包括：引入拉格朗日因子λ，并重复执行以下步骤，直至λ收敛；步骤4
‑
1：初始化λ的搜索区间[λ
min
,λ
max
]；步骤4
‑
2：令步骤4
‑
3：建立拉格朗日函数3：建立拉格朗日函数及对偶函数并分解对偶函数得到如下针对每个可疑自组织通信终端对k和每个信道衰落状态ν的问题：P4：步骤4
‑
4：基于R
k
(v)的值，将问题P4分解为如下3个子问题：P5：约束C3：r
k
(ν)
‑
e
k
(ν)≥c
k
(ν)；P6：约束C4：r
k
(ν)
‑
e
k
(ν)≤0；P7：约束C5：0≤r
k
(v)
‑
e
k
(v)≤c
k
(v)；所述问题P5、P6、P7的解分别为步骤4
‑
4：计算问题P4的目标函数当q
k
(v)分别取时的值，并令问题P4的解取值为目标函数最大的q
k
(v)的值；
步骤4
‑
5：如果约束C1当q...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐鼎，葛睿杰，李群，朱晓荣，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：