一种安全容量最大化的异构网络中安全接入策略制造技术

一种安全容量最大化的异构网络中安全接入策略，属于无线通信领域的信息安全技术，涉及物理层安全技术，假设基站能够获知潜在窃听者和用户的位置信息的前提下，用户通过接入最大安全容量的基站来获得更好的安全性能。考虑到异构网络中可能存在的大量同带干扰，本发明专利技术设计了一种简捷实用的接入策略，本发明专利技术基于最大安全容量准则进行基站接入，以提高用户所能获得的安全性能，使得用户的安全性能逼近最大安全容量准则下用户的安全性能。

A secure access strategy in heterogeneous networks with maximum secure capacity

【技术实现步骤摘要】
一种安全容量最大化的异构网络中安全接入策略
本专利技术属于无线通信领域的信息安全技术，涉及物理层安全技术,为一种安全容量最大化的异构网络中安全接入策略。
技术介绍
无线通信技术的快速发展给人们的生活带来了极大的便利，但是由于其固有的开放性特征，无线通信易受到外界的窃听，这给通信安全带来了严重的威胁。如何防止重要的信息不受非法窃听，保障通信的安全是通信领域研究的热点问题之一。当前的信息安全技术主要有两种(文献[1])：一种是传统的基于密码学的安全策略，另一种是基于物理层安全技术的安全策略。传统的安全策略认为窃听者的计算能力有限，在有限的时间内无法对密码进行有效破译。但是随着大数据、云计算等大规模计算技术(文献[2])的发展，窃听者的计算能力能够的到空前增强，导致加密方法面临较高的风险。而物理层安全技术基于信息论原理，在合理设计信道编码的基础上可以获得可靠的安全性，并且系统的通信安全不受窃听者计算能力的影响。物理层安全技术的概念在1949被首次提出(文献[3])，文献[4][5]根据无线信道的不确定性研究了通信的系统安全容量。针对如何提升系统安全容量的问题，学界开展了大量研究(文献[6])。在蜂窝网络和异构网络中，通过合理的设计用户选择基站的接入策略可以有效提升系统的安全性能(文献[7])。当前对于用户接入策略的研究主要集中在如何提升用户接收信号功率上。针对如何通过接入提升用户安全性能上，文献[8]提出了最大安全容量接入策略。但文献[8]只研究了高信干噪比的场景，即不考虑异构网络的同带干扰问题。文献[7]综合研究了最大接收功率接入和最大安全容量接入策略，然而同样没有考虑小尺度衰落和同带干扰问题。本专利技术设计了一种实用的最大安全容量接入策略，假设基站能够获知潜在窃听者和用户的位置信息的前提下，用户通过接入最大安全容量的基站来获得更好的安全性能。本专利技术的意义在于设计了一种合理实用的安全接入策略，实现用户安全性能的增强。参考文献[1]BlochM,BarrosJ,RodriguesMRD,etal.WirelessInformation-TheoreticSecurity[J].IEEETransactionsonInformationTheory,2008,54(6):2515-2534.[2]邵晓慧,季元翔,乐欢.云计算与大数据环境下全方位多角度信息安全技术研究与实践[J].科技通报,2017,33(1):76-79.[3]WynerAD.TheWire-TapChannel[J].BellSyst.tech.j,1975,54(8):1355-1387.[4]CsiszarI,KornerJ.Broadcastchannelswithconfidentialmessages[M].IEEEPress,1978.[5]Leung-Yan-CheongS,HellmanME.TheGaussianwire-tapchannel[J].InformationTheoryIEEETransactionson,1978,24(4):451-456.[6]LiuY,ChenHH,WangL.PhysicalLayerSecurityforNextGenerationWirelessNetworks:Theories,Technologies,andChallenges[J].IEEECommunicationsSurveys&Tutorials,2017,PP(99):1-1.[7]WangH,ZhouX,ReedMC.PhysicalLayerSecurityinCellularNetworks:AStochasticGeometryApproach[J].IEEETransactionsonWirelessCommunications,2013,12(6):2776-2787.[8].WuH,TaoX,LiN,etal.SecrecyOutageProbabilityinMulti-RATHeterogeneousNetworks[J].IEEECommunicationsLetters,2016,20(1):53-56.
技术实现思路
本专利技术要解决的问题是：考虑异构网络中同带干扰存在的情况，研究如何通过合理选择基站进行接入以获得较好的安全性能。本专利技术的技术方案为：一种安全容量最大化的异构网络中安全接入策略，在异构网络中，包括大量均匀分布的不同层基站，大量均匀分布的用户，以及大量均匀分布的窃听者，用户依据最大安全容量接入策略选择基站进行接入，最大安全容量接入策略具体为：表示所有基站的层，Φt表示所有第t层基站，(t,i)表示第t层第i个基站，zt,i和ze,t,i分别为第t层第i个基站的合法信道和窃听信道距离，βt为待优化的量，根据用户连接的安全性能确定，用户进行接入时只需要获得用户与基站、基站与窃听者之间的距离信息zt,i和ze,t,i即可进行最大安全容量准则下的接入。异构网络的信道条件为与距离有关的大尺度衰落和瑞利衰落，小区之间存在同带干扰，同一小区内不同用户不存在彼此间干扰，通信的编码方式包括Turbo码、Polar码以及LDPC码。本专利技术具有如下进步：1、实现基于最大安全容量准则进行基站的选择来接入，提高了用户所能获得的安全性能；2、考虑到异构网络中可能存在的大量同带干扰，本专利技术设计了一种简捷实用的接入策略，使得用户的安全性能逼近最大安全容量准则下用户的安全性能；3、基于本专利技术的安全接入策略，用户端的安全性能是可以预测的。附图说明图1为异构网络下用户安全接入的系统模型。图2为本专利技术实施例一中，不同接入策略下用户连接概率与基站密度关系的仿真图。图3为本专利技术实施例二中，不同接入策略下用户安全概率与基站密度关系的仿真图。图4为本专利技术实施例三中，不同接入策略下用户安全吞吐量与基站密度关系的仿真图。具体实施方式本专利技术的系统模型图如图1所示，异构网络包括大量均匀分布的不同层基站Φ1，Φ2…Φk，用户Φu，以及窃听者Φe，其密度分别λt、λu和λe。假定信道条件为与距离有关的大尺度衰落和瑞利衰落。小区之间存在同带干扰，同一小区内不同用户由于采用FDD或TDD的方式因而不存在彼此间干扰。用户基于最大安全容量接入策略进行基站选择和接入。用户依据最大安全容量接入策略选择基站进行接入，具体为：其中Pt为第t层基站的发送功率，Il为合法用户端的干扰强度，Ie为窃听者端的干扰强度。zt,i和ze,t,i分别为第t层第i个基站的合法信道和窃听信道距离，α为与距离相关的衰落系数。和分别为合法用户端和窃听者端的干扰强度的概率密度函数。可以看出，在合法用户端和窃听者端的干扰强度的概率密度函数未知时，上面的接入策略难以实施。本专利技术提出一种简单实用的接入策略以逼近上述方案的性能。本专利技术的具体实施如下。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种安全容量最大化的异构网络中安全接入策略，其特征是在异构网络中，包括大量均匀分布的不同层基站，大量均匀分布的用户，以及大量均匀分布的窃听者，用户依据最大安全容量接入策略选择基站进行接入，最大安全容量接入策略具体为：/n

【技术特征摘要】
1.一种安全容量最大化的异构网络中安全接入策略，其特征是在异构网络中，包括大量均匀分布的不同层基站，大量均匀分布的用户，以及大量均匀分布的窃听者，用户依据最大安全容量接入策略选择基站进行接入，最大安全容量接入策略具体为：




表示所有基站的层，Φt表示所有第t层基站，(t,i)表示第t层第i个基站，zt,i和ze,t,i分别为第t层第i个基站的合法信道和窃听信道距离，βt为待优化的量，根据用户连接的安全性能确定，用户进行接入时只需要获得用户与基站、基站与窃听者之间的距离信息zt,i和ze,t,i即可进行最大安全容量准则下的接入。


2.根据权利要求1所述的一种安全容量最大化的异构网络中安全接入策略，其特征是异构网络中不同层基站、用户和窃听者的密度分别λt、λu和λe，信道条件为与距离有关的大尺度衰落和瑞利衰落，小区之间存在同带干扰，同一小区内不同用户不存在彼此间干扰，用户选择基站接入的安全性能预测方法如下：
定义用户的连接概率Pc为带宽为W时合法信道的容量大于或等于设定阈值Rt的概率：
Pc＝P{Wlog(1+SINR)≥Rt}<...

【专利技术属性】
技术研发人员：高媛媛，王世界，李亦高，臧国珍，沙楠，郭明喜，刘笑辰，张广娜，黄晟，王小雨，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军工程大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32