模拟网络编码系统的协作干扰方法技术方案

技术编号:14243460 阅读:123 留言:0更新日期:2016-12-21 22:42
模拟网络编码系统的协作干扰方法,双向中继信道通信系统包括信源节点A和B、中继R以及外部窃听者E,协作干扰为信源节点实施干扰,模拟网络编码系统的传输机制分2个时隙完成一次双向通信,在干扰信号的发射功率受限的条件下,通过调整干扰信号的发射功率在各通信时隙中的功率分配因子,实现ANC系统安全能效的优化。本发明专利技术在ANC能大幅增强系统的物理层安全性能的基础上再结合CJ技术进一步增强物理层安全性能,干扰信号的发射功率越高,系统的物理层安全性能越强,本发明专利技术方法适用于同时存在内部和外部窃听者,且干扰信号的发射功率受限的前提,本发明专利技术方法可减少资源浪费,实现安全能效的最大化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无线通信
的信息安全技术,涉及物理层安全技术,提出了采用协作干扰(CJ,Cooperative Jamming)的模拟网络编码(ANC,Analog Network Coding)系统,为一种模拟网络编码系统的协作干扰方法
技术介绍
无线通信由于不受环境的限制而得到快速的发展。与有线通信相比,无线通信减少了布线这类繁琐的过程因而变得十分方便,可以随时随地为人们提供通信服务。但由于无线通信环境的开放性,通信信号全部在开放空间中传输,因而很容易受到外界因素的干扰,这些因素既有自然界的噪声,又有人为的窃听、攻击或篡改等等。如何防止在无线信道中传输的信息被窃听是保证通信安全必须解决的问题,而这也是目前通信领域的研究热点。安全通信的目的是要保证发送者能将信息准确安全地传送给目的接收者,并且在传输过程中信息不能被非法的窃听者获取。目前的信息安全技术主要分为传统的加密技术和物理层安全技术[1-2]。传统的加密技术以密码学为基础,对密钥的管理和分发要求极高。然而,在一些分布式无线网络中,譬如移动Ad hoc网络,中心节点的缺乏和网络拓扑的动态变化,使得密钥的管理和分发非常困难[3]。并且随着计算机技术的飞速发展,其安全性也随之降低。物理层安全技术利用无线信道固有的随机性和信道之间的衰落差异实现保密通信,故不存在密钥管理问题。作为上层加密技术的补充,物理层安全技术可以进一步提高网络的安全性。模拟网络编码ANC[4]是物理层网络编码(PLNC,Physical-Layer Network Coding)的一种,PLNC[5]自提出之日起便引起了广泛的关注和研究,主要是因为它可以大幅缩短通信时隙,提高网络吞吐量,迎合了人们对传输速率越来越高的要求,而且已有文献[6-10]证明了PLNC还可以大幅增强通信系统的物理层安全性能。协作干扰CJ作为主要物理层安全技术之一,其基本思想是通过发送人为的噪声/干扰信号,使其对窃听节点的损害大于对合法接收节点的影响,从而达到提升系统物理层安全性能的目的,很多文献[11-13]也已证明。那么ANC和CJ的结合必然可以进一步增强系统的物理层安全性能,本专利技术对此也会加以证明。文献[8-9][11][14]研究了存在外部窃听者情况下的系统物理层安全性能问题,文献[12][15-17]研究了存在内部窃听者(即不可信中继)情况下的系统物理层安全性能问题,单纯地研究存在外部或者内部窃听者模型的文献都有很多,但是研究两类窃听者同时存在的模型的文献却极少[18],而本专利技术则是研究两者同时存在的模型。现有的关于协作干扰策略的研究[14][16-19]都是以系统的总功率受限为前提,若是由独立的外部干扰节点实施干扰的就通过优化各节点间的功率分配,若是由信源实施干扰的就通过优化发射有用和干扰信号的功率分配,使系统的物理层安全性能最大化。而本专利技术则是研究以干扰信号的发射功率受限为前提,通过优化受限的干扰信号发射功率在各通信时隙中的功率分配因子,寻求一种ANC系统的最优CJ策略,使系统的物理层安全性能最大化,这在之前的研究中是没有过的,此项研究的意义是最优CJ策略可以使有限的干扰信号发射功率实现最大的安全能效,避免能源浪费,提高系统的能效性。参考文献:[1]Elias P,Feinstein A,Shannon C E.A note on the maximum flow through a network[J].Information Theory Ire Transactions on,1956,2(4):117-119.[2]Gollakota S,Katabi D.Physical layer wireless security made fast and channel independent[C].INFOCOM1 2011Proceedings IEEE.IEEE,2011:1125-1133.[3]黄开枝,洪颖,罗文宇,等.基于演化博弈机制的物理层安全协作方法[J].电子与信息学报,2015,37(1):193-199.[4]Katti S,Gollakota S,Katabi D.Embracing wireless interference:analog network coding[J].Acm Sigcomm Computer Communication Review,2007,9(4):397-408.[5]Zhang S,Liew S C,Lam P P.Hot topic:physical-layer network coding[C]//International Conference on Mobile Computing and Networking,MOBICOM 2006,Los Angeles,Ca,Usa,September.2006:358-365.[6]Lu K,Fu S,Qian Y,et al.On the Security Performance of Physical-Layer Network Coding[C]//Communications,2009.ICC'09.IEEE International Conference on.IEEE,2009:1-5.[7]Hay M,Saeed B,Lung C H,et al.Co-located Physical-Layer Network Coding to mitigate passive eavesdropping[C]//Privacy Security and Trust(PST),2010Eighth Annual International Conference on.2010:1-2.[8]Fu S,Zhang T,Colef M.Secrecy in Two-Way Relay Systems.[C]//Global Telecommunications Conference(GLOBECOM 2010),2010IEEE.IEEE,2010:1-5.[9]原泉,李海成,周亚建,等.模拟网络编码双向中继窃听信道安全性能分析[J].北京邮电大学学报,2012,35(3):112-115.[10]时斌,金梁,钟州,等.一种利用网络编码提高物理层安全的无线中继系统[J].信息工程大学学报,2011,12(6):689-693.[11]Dong L,Han Z,Petropulu A P,et al.Cooperative Jamming for Wireless Physical Layer Security[J].IEEE Workshop on Statistical Signal Processing,2009,8(4):417-420.[12]Zhang R,Song L,Han Z,et al.Physical Layer Security for Two-Way Untrusted Relaying with Friendly Jammers[J].IEEE Transactions on Vehicular Technology,2本文档来自技高网...
模拟网络编码系统的协作干扰方法

【技术保护点】
模拟网络编码系统的协作干扰方法,其特征是双向中继信道通信系统包括信源节点A和B、中继R以及外部窃听者E,协作干扰为信源节点实施干扰,节点A、B、R和E各配备1根全向天线,信道为半双工的,模拟网络编码系统的传输机制分2个时隙完成一次双向通信,在干扰信号的发射功率受限的条件下,通过调整干扰信号的发射功率在各通信时隙中的的功率分配因子,实现ANC系统安全能效的优化。

【技术特征摘要】
1.模拟网络编码系统的协作干扰方法,其特征是双向中继信道通信系统包括信源节点A和B、中继R以及外部窃听者E,协作干扰为信源节点实施干扰,节点A、B、R和E各配备1根全向天线,信道为半双工的,模拟网络编码系统的传输机制分2个时隙完成一次双向通信,在干扰信号的发射功率受限的条件下,通过调整干扰信号的发射功率在各通信时隙中的的功率分配因子,实现ANC系统安全能效的优化。2.根据权利要求1所述的模拟网络编码系统的协作干扰方法,其特征是设A向B发射信号xA,B向A发射信号xB,αA、αB、α1、α2、α3和α4分别表示AR、BR、AE、BE、RE和AB之间的信道衰减系数,和分别表示第n个时隙AR、BR、AE、BE和RE之间的信道高斯白噪声,对于窃听者窃听信源节点A的情况,A在第n个时隙发射干扰信号PJ(n)表示干扰信号在第n个时隙的发射功率,表示E在第n个时隙接收到的信号,双向通信过程为:第1个时隙,信源节点A和B分别向R发射和xB,R、E接收到的信号分别表示为: y R ( 1 ) = α A ( x A + x J ( 1 ) ) + α B x B + e A ( 1 ) + e B ( 1 ) ]]> y E ( 1 ) = α 1 ( x A + x J ( 1 ) ) + α 2 x B + e 1 ( 1 ) + e 2 ( 1 ) ]]>第2个时隙,R采用模拟网络编码ANC将接收到的信号放大后广播给A、B,中继R的发射功率为PR,放大系数为β;相应地A、B、E接收的信号分别表示为: y A ( 2 ) = α A βy R + x J ( 2 ) + e A ( 2 ) = βα A 2 x A + βα A 2 x J ( 1 ) + βα A α B x B + βα A e A ( 1 ) + βα A e B ( 1 ) + x J ( 2 ) + e A ( 2 ) ]]> y B ( 2 ) = α b βy R + α 4 x J ( 2 ) + e B ( 2 ) = βα A α B x A + βα A α B x J ( 1 ) + βα B 2 x B + βα B e A ( 1 ) + βα B e B ( 1 ) + α 4 x J ( 2 ) + e B ( 2 ) ]]> y E ( 2 ) = α 3 βy R + α 1 x J ( 2 ) + e 3 ( 2 ) = βα A α 3 x A + βα A α 3 x J ( 1 ) + βα B α 3 x B + βα 3 e A ( 1 ) + βα 3 e B ( 1 ) + α 1 x J ( 2 ) + e 3 ( 2 ) ]]>B已知干扰信号和自身所发射的信号xB,B进行滤除处理后得到的信号为其中噪声为有用信号为βαAαBxA,信干噪比为得到主信道的信道容量CM为: C M = 1 2 log 2 ( 1 + β 2 α A 2 α B 2 * P β 2 α B 2 σ A 2 + ( 1 + β 2 α B 2 ) σ B 2 ) ]]>R收到的可供解调A的信号yR中噪声为有用信号为αAxA,信干噪比为中继R作为内部窃听节点,窃听信道容量表示为: C W 1 = 1 2 log 2 ( 1 + α A 2 * P α A 2 * P J 1 + α B 2 * P + σ A 2 + σ B 2 ) ]]>E收到的可供解调A的信号有2个,分别是第1个时隙收到的和第2个时隙收到的根据等增益合并的原则,E解调A时的信干噪比为收到的2个信号的信干噪比之和,它们的噪声分别为和有用信号分别为α1xA和βαAα3χA,信干噪比为因此外部窃听节点E的窃听信道容量表示为: C W 2 = 1 2 log 2 ( 1 + α 1 2 * P α 1 2 * P J 1 + α 2 2 * P + σ 1 2 + σ 2 2 + β 2 α A 2 α 3 2 * P β 2 α A 2 α 3 2 * P J 1 + α 1 2 * P J 2 + β 2 α B 2 α 3 2 * P + β 2 α 3 2 σ A 2 + β 2 α 3 2 σ B 2 + σ 3 2 ) ]]>通信系统的窃听信道容量为内部、外部窃听节点的窃听信道容量之和,表示为: C W = C W 1 + C ...

【专利技术属性】
技术研发人员:高媛媛张宇阳杨保峰臧国珍郭明喜沙楠龚超王世界宋慧颖周钱
申请(专利权)人:中国人民解放军理工大学
类型:发明
国别省市:江苏;32

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1