一种实现物理层安全的协作干扰的激励方法技术

本发明专利技术提供了移动通信技术领域中的一种实现物理层安全的协作干扰的激励方法。本发明专利技术针对协作节点的能源有限性以及自私性提出基于有偿协作干扰服务的激励措施。步骤包括：收集各协作节点信道状态信息，选择合适节点备选进行协作干扰；合法通信源节点根据自身业务需求给出初始服务总报偿m；利用斯塔克尔伯格（Stackelberg）博弈方法，在源节点和协作节点集之间进行服务总报偿m的博弈；利用Stackelberg博弈方法，在各协作节点之间进行各自所得报偿mi的博弈。通过双重博弈过程实现源节点得到最优性价比的协作干扰服务，同时实现各协作节点的协作功率及报偿的最优分配。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及移动通信
，具体涉及一种实现物理层安全的协作干扰的激励 方法。
技术介绍
随着无线通信技术的飞速发展，W及无线通信技术的应用越来越普遍，无线通信 技术已经渗透入寻常百姓生活的方方面面，为我们带来了更多的自有和方便。但是其自身 存在的一些问题也日渐凸显，尤其在信息的安全可靠保障方面的不足，越发受到人们的关 注。特别是近年来，为了实现更广泛的网络覆盖W及更快的数据传输速率，协作中继通信技 术被提出并被广泛应用。也正由于更多的协作中继网络中节点的引入，使得网络结构越发 复杂，开放性也更强，因此，通信信息更易被窃听、截获，通信信息的安全面临更大的威胁和 挑战。[000引1975年美国学者Wyner根据香农保密通信的理论中延伸出保密容量的概念，首次 提出了物理层安全通信的概念。随后，D油ora、Dong等人将物理层安全的技术应用于协作 中继系统，并提出放大转发、解码转发W及协作干扰等多种协作策略W提高系统安全性能。 当前针对中继协作网络中物理层安全技术的研究，更多的是研究在对传输节点有 一定能量约束的前提下，进行最优节点选择W及协作传输信号的优化处理，W达到最大化 节点间链路安全容量的目的。然而在所考虑的中继协作网络中，网络内的节点通常为能量 有限的无源节点。因此各节点为了最大各自能源的最优利用，并不愿主动协助其他节点进 行物理层安全通信。对于此，Han等学者提出协作节点提供的协作安全服务为有偿服务，利 用博弈论的方法来激励协作节点的积极参与。Han对于放大转发、解码转发W及协作干扰等 多种协作场景均予W讨论和分析，但是对于协作干扰的场景主要分析了多个合法通信用户 竞争单一协作干扰节点W及两个干扰协作节点服务于一个合法通信用户的场景。然而已有 的安全协作干扰的激励机制，对于协作节点能源有限W及合法通信用户间通讯质量要求较 高，需要多个协作节点共同提供干扰服务的场景，没有给出确切的解决方案。
技术实现思路
(一）解决的技术问题 针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种实现物理层安全的协作干扰的激励方 法，针对协作节点能源有限W及合法通信用户间通讯质量要求较高，需要多个协作节点共 同提供干扰服务的场景，给出有效的激励策略，在满足合法通信用户间安全容量要求的同 时，使得协作节点集的每一份能量都得到最大化的收益和最合理的利用。 (二）技术方案[000引为了达到W上目的，本专利技术通过W下技术方案予W实现： -种实现物理层安全的协作干扰的激励方法，该方法包括： S1 ;源节点收集目的节点W及窃听节点的信道状态信息； S2;源节点根据各协作节点对源节点的安全容量的改善效果，选择能够实现安全 通信的协作节点作为备选协作节点； S3;源节点根据自身的业务需求，初始化其所能支付的服务总报偿m，并确定其通 过协作干扰过程所能获得的效益U,; S4 ;利用Stacke化erg博弈方法，在源节点和协作节点集之间对服务总报偿m进行 博弈，并根据源节点效益函数确定出最优的服务总报偿； S5 ;利用Stacke化erg博弈方法，在各协作节点之间对最优服务总报偿进行分配 博弈，并确定出各协作节点所能得到的最优效益，并求得各自的服务报偿及各自所需提 供的协作干扰功率Pi。 优选地，所述目的节点W及窃听节点的信道状态信息包括；源节点到目的节点和 窃听节点的信道状态信息分别为町d和町。；W及各协作干扰节点到目的节点和窃听节点的 信道状态信息分别为Gw和Gi。。 优选地，所述各协作节点对源节点的安全容量的改善效果的计算公式为： Csi=(Csd_i-Cse_ir[001引 其中： 为源节点到目的节点在某一协作节点提供干扰服务下的安全容量； 为源节点到目的节点的信道容量，表达式为： C心为源节点到窃听节点的信道容量，表达式为： 其中，P,和Pi分别为源节点和协作干扰节点所采用的发射功率，而0 2则表示在窃 听节点W及目的节点的热噪声功率。优选地，能够协助源节点实现在目的节点处的安全容量i大于0的协作节点，将 被选为备选协作节点。 优选地，所述源节点通过协作干扰服务过程所取得的收益町，取决于在协作干扰 服务过程中源节点所获得的安全容量W及所需支付的报偿的大小，其具体的表达式为： 其中，Pj.表示协作干扰节点集￥中协作节点j所采用的发射功率。 优选地，整个协作干扰过程，在协作节点中选择多个协作干扰节点形成协作干扰 集共同提供服务，而各协作节点所能获得的报偿叫，取决于各自所提供的干扰服务对主信 道安全容量的改善程度，具体表示为： 优选地，各协作节点通过提供协作干扰服务，所能获得的效益表示为：[003引其中，a是每单位功率所对应的增益。 优选地，在各协作节点功率一定时，源节点的最优效益取决于所支付的服务总报 偿m的大小。对于所述效益函数&Wm为自变量，求一阶导数，即 通过上式得到&关于自变量m的极值点m%而&关于自变量m的二阶导数小于0， 说明函数&是关于m的凹函数，即在所得到的极值点处取得最大值。 优选地，在系统总报偿一定时，各协作节点的最优效益取决于其所提供的干扰功 率Pi的大小。对于所述UiW为Pi自变量，求一阶导数，即 通过上式得到Ui关于自变量Pi的极值点心，而Ui关于自变量Pi的二阶导数小于 0,说明函数Ui是关于Pi的凹函数，即在所得到的极值点处取得最大值。 优选地，该方法还包括；将步骤5所得的各协作节点的协作干扰功率Pi代入步骤 S4中源节点的效益函数中，如此循环，最终求得全局唯一稳定的总服务报偿值m，W及相应 的各协作节点的干扰功率Pi,该均衡点即为Stackelberg博弈的纳什均衡解。[004引 （S)有益效果 本专利技术至少有如下有益效果：[004引本专利技术针对于协作节点能源有限W及合法通信用户间通讯质量要求较高，需要多 个协作节点共同提供干扰服务的场景，提出利用Stacke化erg博弈的方法有效地激励多协 作节点进行协作干扰服务，同时通过双层博弈的策略，使得在源节点W合理的报偿取得最 优安全容量的同时，使得各协作干扰节点的所提供的每份功率得到最大的收益。【附图说明】为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可W 根据该些图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例中的的流程图； 图2是本专利技术实施例中的多节点协作干扰模型的结构图； 图3显示了Stacke化erg博弈策略与均匀分配策略的安全容量与能耗比的对比； 图4显示了不同协作干扰节点参与情况下的平均干扰功率对比；图5显示了不同协作干扰节点参与时，源节点所能获得的最大安全容量；图6显示了协作干扰节点数为8时，每个协作干扰节点的功率分配。【具体实施方式】 下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种实现物理层安全的协作干扰的激励方法，其特征在于，该方法包括：S1：源节点收集目的节点以及窃听节点的信道状态信息；S2：源节点根据各协作节点对源节点的安全容量的改善效果，选择能够实现安全通信的协作节点作为备选协作节点；S3：源节点根据自身的业务需求，初始化其所能支付的服务总报偿m，并确定其通过协作干扰过程所能获得的效益Us；S4：利用Stackelberg博弈方法，在源节点和协作节点集之间对服务总报偿m进行博弈，并根据源节点效益函数确定出最优的服务总报偿；S5：利用Stackelberg博弈方法，在各协作节点之间对最优服务总报偿进行分配博弈，并确定出各协作节点所能得到的最优效益，并求得各自的服务报偿mi及各自所需提供的协作干扰功率Pi。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王莉，都晨辉，宋梅，马跃，刘洋，滕颖蕾，张勇，满毅，刘宁宁，吴华清，张卢克，孙天晟，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京;11