認(rèn)知協(xié)作中繼通信中的安全機(jī)制研究.pdf

1、認(rèn)知協(xié)作通信技術(shù)在提高無線頻譜資源利用率的同時(shí)，可以有效改善無線通信質(zhì)量。然而，相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)認(rèn)知協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)中存在大量的非法通訊行為，如惡意攻擊、惡意竊聽和數(shù)據(jù)偽造等。這些非法行為不僅給人們?nèi)粘Ｉ詈蜕鐣?huì)穩(wěn)定造成巨大威脅，還給社會(huì)造成巨額經(jīng)濟(jì)損失。因此，提高無線傳輸?shù)陌踩猿蔀檎J(rèn)知協(xié)作通信中一個(gè)新的關(guān)鍵技術(shù)課題，需要引起更多的研究關(guān)注。本學(xué)位論文深入研究了認(rèn)知協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景下無線傳輸?shù)陌踩珕栴}，利用物理層安全技術(shù)來提高無線傳輸?shù)陌踩?/p>

2、能，主要包括:針對(duì)單向解碼轉(zhuǎn)發(fā)中繼通信場(chǎng)景中存在的竊聽行為，研究如何提高無線傳輸?shù)陌踩阅?針對(duì)雙向解碼轉(zhuǎn)發(fā)中繼通信場(chǎng)景中存在的竊聽行為，研究如何提高無線傳輸?shù)母`聽概率與中斷概率性能;針對(duì)非理想CSI時(shí)單向解碼轉(zhuǎn)發(fā)中繼通信場(chǎng)景中存在的竊聽行為，研究如何提高無線傳輸?shù)陌踩阅?存在主用戶頻譜占用情況檢測(cè)錯(cuò)誤時(shí)，針對(duì)單向放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼通信場(chǎng)景中存在的竊聽行為，研究如何提高認(rèn)知協(xié)作網(wǎng)絡(luò)防竊聽的能力。
　　論文的主要研究成果如下:
　

3、　1.針對(duì)單向解碼轉(zhuǎn)發(fā)中繼通信場(chǎng)景中存在的竊聽行為，提出了一種面向安全速率最大化目標(biāo)的中繼選擇方案。該方案從多個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)中選出安全速率最大的中繼節(jié)點(diǎn)，被選擇的中繼節(jié)點(diǎn)會(huì)被用于將接收到的信息轉(zhuǎn)發(fā)給目的節(jié)點(diǎn)?？紤]到可能存在多個(gè)能成功譯碼源節(jié)點(diǎn)所傳輸信息的中繼節(jié)點(diǎn)，進(jìn)一步提出了一種多中繼選擇方案。在此方案中，能成功譯碼源節(jié)點(diǎn)所傳輸信息的中繼節(jié)點(diǎn)會(huì)被全部用于將譯碼后的信息轉(zhuǎn)發(fā)給目的節(jié)點(diǎn)。此外，在瑞利衰落信道環(huán)境下，分別分析了所提兩種方案的零安全

4、容量概率。為了利用傳統(tǒng)最大最小中繼選擇方案與所提兩種方案進(jìn)行性能對(duì)比，也分析了該方案的零安全容量概率。分析結(jié)果表明，所提兩種方案比傳統(tǒng)最大最小中繼選擇方案更有效地對(duì)抗竊聽節(jié)點(diǎn)的惡意竊聽。此外，中繼節(jié)點(diǎn)數(shù)目增加時(shí)，所提兩種方案的零安全容量概率都隨之顯著降低。
　　2.針對(duì)雙向解碼轉(zhuǎn)發(fā)中繼通信場(chǎng)景中存在的竊聽行為，提出了一種以人工噪聲信號(hào)為輔助的雙向中繼選擇方案。在所提方案中，源節(jié)點(diǎn)被靈活用于傳輸人工噪聲信號(hào)，以干擾竊聽節(jié)點(diǎn)惡意竊聽。

5、具體來說，一個(gè)源節(jié)點(diǎn)在傳輸信息給中繼節(jié)點(diǎn)時(shí)，另外一個(gè)源節(jié)點(diǎn)會(huì)同時(shí)傳輸人工噪聲信號(hào)。此外，在瑞利衰落信道環(huán)境下，分析了所提方案的竊聽概率和中斷概率性能。分析結(jié)果表明，竊聽概率會(huì)隨著中斷概率的降低而增加。與此相反，當(dāng)中斷概率增加時(shí)，竊聽概率會(huì)隨之降低。給定中斷概率時(shí)，所提方案能獲得較低的竊聽概率。此外，在主信道平均增益與竊聽信道平均增益比較低時(shí)，所提方案也能夠確保認(rèn)知協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)上無線傳輸?shù)男畔踩?br>　　3.針對(duì)非理想CSI時(shí)單向解

6、碼轉(zhuǎn)發(fā)中繼通信場(chǎng)景中存在的竊聽行為，提出了一種結(jié)合信道估計(jì)誤差的中繼選擇方案。此方案會(huì)從多個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)中選擇瞬時(shí)信道容量最大的中繼節(jié)點(diǎn)，并將被選擇的中繼節(jié)點(diǎn)用于將接收到的源節(jié)點(diǎn)信息轉(zhuǎn)發(fā)給目的節(jié)點(diǎn)。在瑞利衰落信道環(huán)境下，為了利用傳統(tǒng)直傳方案與所提方案進(jìn)行性能比較，同時(shí)分析了所提方案和直傳方案的中斷概率和竊聽概率性能。分析結(jié)果表明，無線傳輸?shù)闹袛喔怕室蠼档蜁r(shí)，竊聽概率會(huì)隨之增加;無線傳輸?shù)闹袛喔怕室筇岣邥r(shí)，竊聽概率會(huì)隨之降低。此外給定中斷

7、概率時(shí)，所提方案能比直傳方案取得更低的竊聽概率。
　　4.存在主用戶頻譜占用情況檢測(cè)錯(cuò)誤時(shí)，針對(duì)單向放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼通信場(chǎng)景中存在的竊聽行為，提出了一種基于全局信道狀態(tài)信息的中繼選擇方案。在所提方案中，主信道容量與竊聽信道容量差最大的中繼節(jié)點(diǎn)將會(huì)被選擇用于將接收到的信息轉(zhuǎn)發(fā)給目的節(jié)點(diǎn)。該方案不僅考慮了主信道的瞬時(shí)CSI，還包含了竊聽信道的瞬時(shí)CSI。考慮到竊聽信道的瞬時(shí)CSI不容易被獲得，進(jìn)一步提出了基于局部信道狀態(tài)信息的中繼選擇方案