协作通信系统中基于混合转发和机会中继的安全增强策略技术方案

本发明专利技术提出了一种协作通信系统中基于混合转发和机会中继的安全增强策略。以源发送节点和中继节点之间的信道质量为依据，将所有中继节点划分为放大转发(AF)中继和译码转发(DF)中继两类。在选择进行协作的中继节点时，从两类中继节点中选择一个能够最大化瞬时私密速率的中继节点。对本发明专利技术所提策略的私密中断概率以及分集阶数进行了分析，并对所提策略的有效性进行了仿真验证，仿真结果表明，与传统的AF或DF方式的中继选择方案相比，本发明专利技术所提的基于混合转发的机会中继的安全增强策略的私密中断概率较小。

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术涉及一种在无线协作系统中保障数据传输安全性的机制，特别涉及一种协作通信系统中基于混合转发和机会中继的安全增强策略。
技术介绍
：迅速发展的无线通信技术突破了有线通信系统受连线制约的局限，使得信息交互更加便捷。无线通信系统中容纳的用户数量迅速增多，因此，需要系统能够提供更高的数据传输速率。然而，由于无线介质本身具有的广播特性，相比于有线通信，无线通信中数据的传输面临着严峻的安全性挑战。作为4G通信中的关键技术之一，协作中继在增大覆盖范围、提高数据传输速率以及加强传输可靠性等方面具有显著的优势。然而，由于协作中继网络中存在较多的节点，导致其网络结构复杂化。因此，如何确保协作网络中数据的安全传输是一个很严重的问题。从另一方面考虑，无线通信环境的多变性和复杂性使得无线信道之间存在着差异，相互独立的信道之间具有完全不相关的信道特性，因此，不同的用户收到的都是经过了不同衰落的信号，利用这种差异性能够极大地增强无线系统中数据传输的安全性。近年来，利用物理层信息来解决无线协作系统中的数据安全传输问题成为人们关注的一个方向。协作中继的基本思想是中继之间相互合作以完成信息的转发，无线协作中继网络中中继间的协作不仅可以在不增加天线数的情况下提高空间分集，同时也能够有效地抵消无线衰落以增大私密速率，从而提升无线系统的安全性能。很多文献都研究了存在单个中继时协作系统的安全性问题，在有多个中继存在的情况下，使用多个中继转发，随之带来的是系统实现复杂度的大幅度增大。针对这一问题，有文献提出了“机会中继”的概念，只用一个“最好”的中继进行协作传输。协作中继技术在增强物理层安全中得到了广泛的应用，AF和DF作为中继转发最基础的两种方式也被普遍使用。中继单纯使用AF协作传输时，中继节点把从源节点处接收到的消息放大后发送给目的节点，但是，中继节点在将其收到的有用消息转发出去的同时，有用信号中夹杂的噪声也被目的节点接收，不利于目的节点正确接收数据。另一方面，如果中继节点使用固定的DF方式转发，则会发生中继节点将错误译码的信息转发给目的节点的情况，此时会降低系统的性能。针对单纯使用AF和DF协作传输时的一些不足点，一种称为混合转发的方式被提出来，在这种转发方式下，中继可以根据它自身的译码能力在AF和DF之间进行选择。虽然有不少文献都考虑了中继节点以混合转发的方式参与协作，但是它们都没有关注协作系统中的安全性问题。
技术实现思路
：本专利技术的目的是通过为中继节点选择工作模式，进一步提升无线协作系统的安全性，因此提供了一种协作通信系统中基于混合转发和机会中继的安全增强策略。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案予以实现的：协作通信系统中基于混合转发和机会中继的安全增强策略，通信系统模型包括：发送节点S、目的接收节点D、窃听节点E以及K个中继节点Rk，k＝1,2,…,K，对于每一次数据的传输，在第一个时隙，发送节点S将数据以广播的形式发送给中继节点；第二个时隙，选择K个中继节点中的一个作为转发节点，将在第一个时隙内收到的数据转发给目的节点D，同时被窃听节点E窃听。本专利技术进一步的改进在于，中继节点根据发送节点S与其之间的信道质量判断其自身的译码能力，以此能够将所有中继节点分为AF中继节点和DF中继节点两类，具体判断准则如下：1)如果中继节点Rk选择DF模式转发；2)如果中继节点Rk选择AF模式转发；其中，γsk是发送节点S与中继节点Rk之间的瞬时信噪比，Rth是给定的数据发送速率门限值，对数前的系数表示一次通信过程的时间分为两个时隙。本专利技术进一步的改进在于，中继节点工作模式判断准则如下：如果发送节点S与中继节点Rk之间的信道质量满足权利要求2中的第一个判断条件，则当中继节点Rk被选中时会使用DF方式进行转发，此时系统的瞬时可达私密速率为：否则，当中继节点Rk被选中时将以AF的方式参与到后续的协作中，对应的系统瞬时可达私密速率表示为：其中，γkd是中继节点Rk与目的节点D之间的瞬时信噪比，γke是中继节点Rk与窃听节点E之间的瞬时信噪比，函数f(·)为：本专利技术进一步的改进在于，当中继节点Rk被选中作为转发节点时，系统的瞬时可达私密速率为： R s ( k ) = m a x [ 0 , 1 2 log 2 ( 1 + γ D k 1 + γ E k ) ] ; ]]>其中，是目的节点D处的接收信噪比，是窃听节点E处的接收信噪比，和的具体表达式如下： γ D k = γ k d log 2 ( 1 + γ s k ) / 2 ≥ R t h f ( γ 本文档来自技高网...

【技术保护点】
协作通信系统中基于混合转发和机会中继的安全增强策略，其特征在于，通信系统模型包括：发送节点S、目的接收节点D、窃听节点E以及K个中继节点Rk，k＝1,2,…,K，对于每一次数据的传输，在第一个时隙，发送节点S将数据以广播的形式发送给中继节点；第二个时隙，选择K个中继节点中的一个作为转发节点，将在第一个时隙内收到的数据转发给目的节点D，同时被窃听节点E窃听。

【技术特征摘要】
1.协作通信系统中基于混合转发和机会中继的安全增强策略，其特征在于，通信系统模型包括：发送节点S、目的接收节点D、窃听节点E以及K个中继节点Rk，k＝1,2,…,K，对于每一次数据的传输，在第一个时隙，发送节点S将数据以广播的形式发送给中继节点；第二个时隙，选择K个中继节点中的一个作为转发节点，将在第一个时隙内收到的数据转发给目的节点D，同时被窃听节点E窃听。2.根据权利要求1所述的协作通信系统中基于混合转发和机会中继的安全增强策略，其特征在于，中继节点根据发送节点S与其之间的信道质量判断其自身的译码能力，以此能够将所有中继节点分为AF中继节点和DF中继节点两类，具体判断准则如下：1)如果中继节点Rk选择DF模式转发；2)如果中继节点Rk选择AF模式转发；其中，γsk是发送节点S与中继节点Rk之间的瞬时信噪比，Rth是给定的数据发送速率门限值，对数前的系数表示一次通信过程的时间分为两个时隙。3.根据权利要求2所述的协作通信系统中基于混合转发和机会中继的安全增强策略，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙黎，韩彩虹，杜清河，任品毅，王熠晨，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61