本文關(guān)鍵詞：基于協(xié)作的無線竊聽信道安全通信與功率分配，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：無線媒質(zhì)的廣播特性致使任何在發(fā)射機(jī)覆蓋范圍內(nèi)的通信節(jié)點(diǎn)都可能捕獲該發(fā)射機(jī)的傳輸信號(hào),無線通信面臨著竊聽威脅。有線網(wǎng)絡(luò)對(duì)抗信息竊聽的主要手段是依靠物理層以上各層制定的協(xié)議機(jī)制,如在應(yīng)用層廣泛使用的加密機(jī)制與公開密鑰協(xié)議,基本前提是假設(shè)物理層傳輸準(zhǔn)確無誤。加密機(jī)制保證信息安全傳輸?shù)暮诵氖歉`聽節(jié)點(diǎn)在未知加/解密密鑰下解密的計(jì)算不可行。隨著處理器計(jì)算能力的提高、量子計(jì)算機(jī)以及各種加密破解算法的出現(xiàn),現(xiàn)有的各種加密機(jī)制或公開秘鑰協(xié)議已難以保障信息傳輸安全。此外,將密鑰安全機(jī)制應(yīng)用到無線網(wǎng)絡(luò)時(shí)還面臨密鑰分發(fā)與管理等問題。無線通信需求劇增、無線應(yīng)用越來越豐富以及人們對(duì)通信安全或隱私的重視使得無線網(wǎng)絡(luò)信息傳輸安全備受關(guān)注。近年來,信息論安全或物理層安全作為一種新的無線網(wǎng)絡(luò)通信安全思想被提出和廣泛研究。與基于密碼學(xué)的傳統(tǒng)加密機(jī)制不同,信息論安全利用無線信道屬性存在的固有差異以獲得無條件安全,即信息傳輸安全對(duì)竊聽節(jié)點(diǎn)計(jì)算能力不做任何假設(shè)且無需授權(quán)收發(fā)機(jī)間共享安全密鑰。事實(shí)上,無線媒質(zhì)開放性特征使無線通信面臨竊聽威脅的同時(shí),也為增強(qiáng)通信安全提供了途徑,即節(jié)點(diǎn)協(xié)作。節(jié)點(diǎn)協(xié)作概念源于協(xié)同通信,通過在網(wǎng)絡(luò)中部署或引入附加節(jié)點(diǎn),基于各種協(xié)作協(xié)議,為源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)傳輸提供額外的分集支路,以達(dá)到提高頻譜效率、增加網(wǎng)絡(luò)覆蓋、降低節(jié)點(diǎn)能耗、提升傳輸可靠性的目的。存在竊聽節(jié)點(diǎn)的安全通信網(wǎng)中,節(jié)點(diǎn)協(xié)作具有更廣的含義和更靈活的協(xié)作策略,如傳輸無效信息的干擾協(xié)作與噪聲前傳、傳輸有效信息的源節(jié)點(diǎn)信號(hào)中繼等。另一方面,協(xié)作節(jié)點(diǎn)也能輔助竊聽節(jié)點(diǎn)或協(xié)作節(jié)點(diǎn)自身就是竊聽源,即協(xié)作節(jié)點(diǎn)在協(xié)作中繼的同時(shí)也竊聽源-目的節(jié)點(diǎn)的保密通信。當(dāng)前針對(duì)信息論安全、協(xié)作無線竊聽信道安全通信研究已取得了一定成果,如點(diǎn)對(duì)點(diǎn)竊聽信道安全容量、多用戶竊聽信道安全容量域及部分協(xié)作無線竊聽信道安全通信信號(hào)處理、傳輸協(xié)議與資源分配等。本文圍繞協(xié)作無線竊聽信道安全通信與功率分配問題展開研究,重點(diǎn)討論3種協(xié)作無線竊聽信道安全通信傳輸協(xié)議和功率分配策略,具體包括協(xié)作干擾并行認(rèn)知協(xié)作竊聽信道傳輸協(xié)議及功率分配、非信任中繼協(xié)作無線竊聽信道正交與非正交傳輸協(xié)議及功率分配和多用戶非信任中繼協(xié)作無線竊聽信道傳輸協(xié)議及功率分配。①針對(duì)并行認(rèn)知協(xié)作竊聽信道安全通信場(chǎng)景,研究有/無干擾器協(xié)作以最大化系統(tǒng)安全速率為目標(biāo)的功率分配。首先討論無干擾器協(xié)作認(rèn)知發(fā)射機(jī)功率分配,分析認(rèn)知發(fā)射機(jī)最優(yōu)功率分配策略,并提出一種基于認(rèn)知發(fā)射機(jī)功率離散化機(jī)制和0-1多維背包問題貪婪求解思想的次優(yōu)算法。該次優(yōu)算法復(fù)雜度相對(duì)于最優(yōu)功率分配而言對(duì)主用戶網(wǎng)絡(luò)干擾約束變化不敏感。鑒于無干擾器協(xié)作最優(yōu)功率分配存在部分資源浪費(fèi),進(jìn)一步討論干擾器協(xié)作下并行認(rèn)知竊聽信道安全通信及聯(lián)合認(rèn)知發(fā)射機(jī)和協(xié)作干擾器功率分配。由于認(rèn)知發(fā)射機(jī)與協(xié)作干擾器同時(shí)傳輸將在主用戶接收機(jī)處形成耦合干擾,無法獲得聯(lián)合最優(yōu)功率分配閉式解,因而提出一種次優(yōu)求解機(jī)制。首先分析竊聽信道協(xié)作干擾獲得安全速率增益的信道條件,然后推導(dǎo)固定竊聽子信道發(fā)射功率下最優(yōu)干擾功率分配;最后將提出的無協(xié)作干擾器功率次優(yōu)分配機(jī)制擴(kuò)展至有協(xié)作干擾器場(chǎng)景,提出一種基于認(rèn)知發(fā)射機(jī)功率離散化的聯(lián)合功率分配算法(JTJP-GLA)。仿真結(jié)果表明,在大多數(shù)場(chǎng)景中引入?yún)f(xié)作干擾器并基于JTJP-GLA聯(lián)合優(yōu)化認(rèn)知發(fā)射機(jī)與干擾器功率能顯著提升認(rèn)知用戶網(wǎng)絡(luò)的安全速率和資源利用率,在最壞情況下,引入?yún)f(xié)作干擾器不能帶來安全速率提升,但執(zhí)行JTJP-GLA仍能獲得漸進(jìn)無協(xié)作干擾器最優(yōu)算法的性能。②針對(duì)非信任中繼協(xié)作竊聽信道安全通信場(chǎng)景,研究竊聽信道安全增強(qiáng)傳輸協(xié)議及最大化系統(tǒng)安全速率的聯(lián)合源-中繼/聯(lián)合源-中繼-目的節(jié)點(diǎn)功率分配。首先,基于傳統(tǒng)中繼信道非正交傳輸協(xié)議,提出兩種針對(duì)非信任中繼協(xié)作竊聽信道的非正交傳輸協(xié)議,即NAF-I和NAF-II協(xié)議。該協(xié)議利用非信任中繼節(jié)點(diǎn)半雙工約束條件,源節(jié)點(diǎn)在第二時(shí)隙與非信任中繼節(jié)點(diǎn)基于多址接入同時(shí)傳輸保密信息到目的節(jié)點(diǎn),為目的節(jié)點(diǎn)提供無竊聽信號(hào)支路,增強(qiáng)傳輸安全。然后考慮目的節(jié)點(diǎn)無傳輸能力,以最大化系統(tǒng)安全速率為目標(biāo),分別研究非信任中繼協(xié)作竊聽信道基于正交和非正交傳輸協(xié)議的聯(lián)合源-中繼節(jié)點(diǎn)功率分配,并提出最優(yōu)功率分策略與基于交替源-中繼節(jié)點(diǎn)的功率優(yōu)化迭代算法。最后假設(shè)目的節(jié)點(diǎn)有傳輸能力,分別研究非信任中繼協(xié)作竊聽信道基于正交和非正交傳輸協(xié)議最大化系統(tǒng)安全速率的聯(lián)合源-中繼-目的節(jié)點(diǎn)功率分配,并提出嵌套交替迭代功率分配算法。仿真結(jié)果表明,非正交傳輸協(xié)議相對(duì)于正交傳輸協(xié)議能顯著提高系統(tǒng)安全速率,在最壞情況下趨于正交傳輸協(xié)議。此外,相對(duì)于目的節(jié)點(diǎn)無傳輸能力,目的節(jié)點(diǎn)有傳輸能力在特定非信任中繼節(jié)點(diǎn)位置區(qū)域能獲得一定安全速率性能增益。③針對(duì)多個(gè)蜂窩邊緣移動(dòng)用戶無直達(dá)鏈路到基站,但在上行鏈路有保密業(yè)務(wù)傳輸需求和非信任中繼協(xié)作通信場(chǎng)景,引入目的節(jié)點(diǎn)(基站)干擾機(jī)制實(shí)現(xiàn)用戶到基站的安全通信,研究用戶固定發(fā)射功率下以最大化系統(tǒng)安全速率為目標(biāo)的聯(lián)合中繼與基站功率分配�？紤]兩種場(chǎng)景:一是基站和非信任中繼具有獨(dú)立功率約束;二是基站和非信任中繼具有聯(lián)合功率約束。問題分析表明,兩種場(chǎng)景下的聯(lián)合功率分配都分別等價(jià)于具有組合性質(zhì)的聯(lián)合用戶接入控制與功率分配;在給定接入用戶集合下功率分配問題非凸。為此,分別提出兩種基于最小安全速率用戶動(dòng)態(tài)移除接入控制機(jī)制和基于交替功率優(yōu)化的次優(yōu)算法,并證明了算法收斂性。算法復(fù)雜度分析表明,聯(lián)合功率約束優(yōu)化算法相對(duì)于獨(dú)立功率約束優(yōu)化算法具有更低復(fù)雜度,但聯(lián)合功率約束場(chǎng)景不切實(shí)際,因而還提出了將聯(lián)合功率約束算法擴(kuò)展到獨(dú)立功率約束場(chǎng)景的方法。仿真結(jié)果表明,聯(lián)合功率約束算法(Jo Power Opt)具有最好的系統(tǒng)和安全速率性能,基于獨(dú)立功率約束的交替中繼與干擾功率優(yōu)化迭代算法(Opt ROpt Jam)次之,而基于聯(lián)合功率約束擴(kuò)展的獨(dú)立功率約束算法(Ex Jo Power Opt)的系統(tǒng)和安全速率性能取決于場(chǎng)景參數(shù)。
【關(guān)鍵詞】：無線竊聽信道 認(rèn)知網(wǎng)絡(luò) 協(xié)作干擾 非正交傳輸 非信任中繼
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN918
【目錄】：

• 中文摘要3-6
• 英文摘要6-13
• 1 緒論13-25
• 1.1 研究背景和意義13-15
• 1.2 無線竊聽信道安全通信研究現(xiàn)狀15-22
• 1.2.1 先驅(qū)工作15-16
• 1.2.2 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)竊聽信道16-17
• 1.2.3 多用戶竊聽信道17-19
• 1.2.4 協(xié)作與竊聽信道安全通信19-22
• 1.3 本文研究?jī)?nèi)容和結(jié)構(gòu)安排22-25
• 2 竊聽信道信息論安全25-63
• 2.1 竊聽信道編碼與安全秘鑰協(xié)議25-35
• 2.1.1 香農(nóng)信息論安全25-26
• 2.1.2 竊聽信道編碼26-33
• 2.1.3 安全秘鑰協(xié)議33-35
• 2.2 竊聽信道35-46
• 2.2.1 高斯竊聽信道36-37
• 2.2.2 衰落竊聽信道37-44
• 2.2.3 并行竊聽信道44-45
• 2.2.4 多天線竊聽信道45-46
• 2.3 協(xié)作與竊聽信道46-60
• 2.3.1 協(xié)作通信基本協(xié)議46
• 2.3.2 竊聽信道協(xié)作增強(qiáng)通信46-60
• 2.4 本章小結(jié)60-63
• 3 并行認(rèn)知竊聽信道安全通信與功率分配63-85
• 3.1 引言63-64
• 3.2 系統(tǒng)模型與安全速率最大化64-66
• 3.2.1 系統(tǒng)模型64-66
• 3.2.2 基于協(xié)作干擾器的安全速率最大化66
• 3.3 無協(xié)作干擾器功率分配66-69
• 3.3.1 無協(xié)作干擾器最優(yōu)功率分配66-68
• 3.3.2 貪婪次優(yōu)算法68-69
• 3.4 有協(xié)作干擾器功率分配69-78
• 3.4.1 子信道CJ條件與最優(yōu)干擾策略70-75
• 3.4.2 聯(lián)合發(fā)射機(jī)和干擾器次優(yōu)功率分配75-78
• 3.5 仿真結(jié)果與分析78-84
• 3.5.1 可達(dá)安全速率78-79
• 3.5.2 算法性能評(píng)估79-84
• 3.6 本章小結(jié)84-85
• 4 非信任中繼協(xié)作竊聽信道安全通信與功率分配85-117
• 4.1 引言85-86
• 4.2 系統(tǒng)模型與信號(hào)模型86-90
• 4.2.1 系統(tǒng)模型與協(xié)作協(xié)議86-87
• 4.2.2 信道模型與信號(hào)模型87-90
• 4.3 類型I協(xié)議安全速率與功率控制90-98
• 4.3.1 安全速率與正安全速率條件90-92
• 4.3.2 聯(lián)合功率分配92-98
• 4.4 類型II協(xié)議安全速率與聯(lián)合功率控制98-109
• 4.4.1 安全速率與正安全速率條件98-99
• 4.4.2 聯(lián)合功率控制99-109
• 4.5 仿真結(jié)果與分析109-115
• 4.5.1 正安全速率條件109-112
• 4.5.2 聯(lián)合功率分配性能比較112-115
• 4.6 本章小結(jié)115-117
• 5 多用戶非信任中繼協(xié)作竊聽信道安全通信與功率分配117-146
• 5.1 引言117-118
• 5.2 系統(tǒng)模型與協(xié)作協(xié)議118-120
• 5.2.1 系統(tǒng)模型118-119
• 5.2.2 協(xié)作協(xié)議119-120
• 5.3 獨(dú)立功率約束聯(lián)合功率分配120-132
• 5.3.1 安全速率最大化120-124
• 5.3.2 交替中繼功率與干擾功率優(yōu)化124-132
• 5.4 聯(lián)合功率約束聯(lián)合功率分配132-137
• 5.4.1 聯(lián)合功率約束功率分配132-136
• 5.4.2 聯(lián)合功率約束到獨(dú)立功率約束的算法擴(kuò)展136-137
• 5.5 仿真結(jié)果137-144
• 5.5.1 廣義安全速率138-139
• 5.5.2 算法性能評(píng)估139-144
• 5.6 本章小結(jié)144-146
• 6 總結(jié)與展望146-150
• 6.1 全文總結(jié)146-147
• 6.2 后續(xù)展望147-150
• 致謝150-152
• 參考文獻(xiàn)152-162
• 附錄162-163
• A. 作者在攻讀博士期間發(fā)表的論文及獲權(quán)發(fā)明專利目錄162-163
• B. 作者在攻讀博士期間參加的科研項(xiàng)目163

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中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 朱聯(lián)祥;古昌金;胡栓磊;何凱;;多中繼合作通信系統(tǒng)的功率分配研究[J];電視技術(shù);2012年21期

2 Alfons Graf;Juergen Kositza;Tobias Raithel;;稱雄業(yè)界的汽車功率分配技術(shù)[J];中國(guó)集成電路;2013年07期

3 徐文官;;隔離與不隔離功率分配網(wǎng)絡(luò)輸入反射系數(shù)的分析[J];現(xiàn)代雷達(dá);1980年04期

4 鄭敦祥;任意功率分配比的微波開關(guān)[J];電子科學(xué)學(xué)刊;1985年05期

5 張明博;;同軸型八支路等功率分配系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J];無線電工程;1987年06期

6 夏小梅;彭晶波;;幅度受限的簡(jiǎn)化功率分配策略研究[J];電子技術(shù)與軟件工程;2013年22期

7 雷霞,唐友喜,李少謙,肖悅;部分傳輸序列法中副信息功率分配的優(yōu)化算法[J];電子與信息學(xué)報(bào);2004年07期

8 姜維;唐俊華;;隨機(jī)無線通信信道功率分配策略研究[J];信息安全與通信保密;2013年01期

9 俱新德;;不等功率分配或合成的寬頻帶混合變壓器[J];電視技術(shù);1990年03期

10 劉云輝;楊宇航;;多輸入多輸出系統(tǒng)特征模發(fā)射最小化誤碼率優(yōu)化功率分配[J];上海交通大學(xué)學(xué)報(bào);2006年03期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 何忠;;淺析全固態(tài)調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)中的功率分配與合成技術(shù)[A];2006全國(guó)廣播電視發(fā)射技術(shù)論文集（1）[C];2006年

2 周磊;謝小強(qiáng);徐銳敏;;基于T型結(jié)V波段四路功率分配網(wǎng)絡(luò)[A];2011年全國(guó)微波毫米波會(huì)議論文集（上冊(cè)）[C];2011年

3 周雄弟;趙新勝;;無線通信系統(tǒng)中一種新的聯(lián)合調(diào)度與功率分配方法[A];2006北京地區(qū)高校研究生學(xué)術(shù)交流會(huì)——通信與信息技術(shù)會(huì)議論文集（上）[C];2006年

4 馮然;徐銳敏;謝小強(qiáng);;一種新型毫米波空間功率分配合成網(wǎng)絡(luò)[A];2007年全國(guó)微波毫米波會(huì)議論文集（下冊(cè)）[C];2007年

5 陳祥;陳巍;;時(shí)變衰落雙向中繼下行信道的信道容量和功率分配[A];第十七屆全國(guó)青年通信學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2012年

6 宋延濤;楊守義;梅亞楠;;基于認(rèn)知OFDM網(wǎng)絡(luò)的次優(yōu)化功率分配研究[A];2011全國(guó)無線及移動(dòng)通信學(xué)術(shù)大會(huì)論文集[C];2011年

7 沈川;張勇;謝小強(qiáng);;一種新型基于波導(dǎo)的Ka波段三路功率分配合成網(wǎng)絡(luò)[A];2009年全國(guó)微波毫米波會(huì)議論文集（上冊(cè)）[C];2009年

8 劉雙;謝小強(qiáng);謝俊;;改進(jìn)型四路H-T功率分配/合成器[A];2011年全國(guó)微波毫米波會(huì)議論文集（上冊(cè)）[C];2011年

9 潘成康;蔡躍明;徐友云;;MIM0多用戶接入和干擾回避[A];江蘇省通信學(xué)會(huì)2004年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2004年

10 周水平;王志剛;李平;徐銳敏;;基于介質(zhì)集成波導(dǎo)(SIW)的三路零相位功率分配/合成器[A];2009年全國(guó)微波毫米波會(huì)議論文集（上冊(cè)）[C];2009年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 北京郵電大學(xué)網(wǎng)絡(luò)管理研究中心 朱凱;HSDPA組網(wǎng)及管理需求[N];人民郵電;2008年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 蔣衛(wèi)恒;基于協(xié)作的無線竊聽信道安全通信與功率分配[D];重慶大學(xué);2015年

2 張國(guó)立;現(xiàn)貨市場(chǎng)功率分配問題模型及其求解算法研究[D];華北電力大學(xué)（河北）;2006年

3 羅榮華;認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中功率分配技術(shù)研究[D];南京郵電大學(xué);2013年

4 張南;無線協(xié)作網(wǎng)絡(luò)的性能及功率分配研究[D];西安電子科技大學(xué);2012年

5 龐立華;無線協(xié)作傳輸中的資源優(yōu)化[D];西安電子科技大學(xué);2013年

6 啜鋼;基于兩跳協(xié)作通信系統(tǒng)中斷概率和功率分配的研究[D];北京郵電大學(xué);2010年

7 楊世永;多用戶認(rèn)知信道的容量域和功率分配的研究[D];華中科技大學(xué);2012年

8 NGUYEN TRUNG TAN;無線協(xié)作中繼傳輸技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

9 曲喜強(qiáng);協(xié)作中繼關(guān)鍵技術(shù)研究[D];北京郵電大學(xué);2011年

10 劉佳;認(rèn)知中繼網(wǎng)絡(luò)中高效性協(xié)作傳輸技術(shù)研究[D];北京郵電大學(xué);2015年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 莫大儀;毫米波波導(dǎo)多路功率分配合成器研究[D];華南理工大學(xué);2015年

2 林炳輝;異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)作通信中的移動(dòng)終端功率分配方法[D];華南理工大學(xué);2015年

3 趙芬;基于CDMA架構(gòu)的安全無線攜能通信系統(tǒng)[D];上海大學(xué);2015年

4 耿雯錦;基于協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)的中繼選擇和功率分配方案[D];西安電子科技大學(xué);2014年

5 徐光勇;面向節(jié)能的4G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)低能耗功率分配策略[D];北京郵電大學(xué);2014年

6 姜維;隨機(jī)無線通信信道功率分配策略研究[D];上海交通大學(xué);2013年

7 張鵬;雙向協(xié)作通信系統(tǒng)的中繼選擇與功率分配技術(shù)研究[D];南京郵電大學(xué);2014年

8 李佳明;多信道無線通信功率分配策略研究[D];上海交通大學(xué);2014年

9 蔣穎鵬;無線通信中的中繼功率分配技術(shù)研究[D];南京郵電大學(xué);2012年

10 郭任偉;協(xié)作通信中的功率分配技術(shù)研究[D];南京郵電大學(xué);2012年

  本文關(guān)鍵詞：基于協(xié)作的無線竊聽信道安全通信與功率分配，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

，

本文編號(hào)：254629