一种基于自保护干扰和协同干扰的水声网络安全通信方法技术

本发明专利技术涉及一种水下基于自保护干扰和协同干扰的联合物理层安全方法，该方法包括下列的步骤：设目的信号S的长度为

【技术实现步骤摘要】
一种基于自保护干扰和协同干扰的水声网络安全通信方法


[0001]本专利技术涉及一种基于自保护干扰和协同干扰的水声网络安全通信方法。

技术介绍

[0002]水下传感器网络通过声信号进行通信。由于声信号的开放性和水下传感器节点无人值守，水下传感器节点很容易被窃听和攻击。因此，为水下传感器网络设计一种高效的安全方案是非常必要的。传统的加密技术存在通信开销增加和计算复杂度高的问题，相比而言，物理层安全(PLS)，利用无线介质的缺陷(如衰落、干扰和噪声)来保证机密信息的安全，更适用于由能量和成本受限的设备建造的水下传感器网络。
[0003]物理层安全的概念最早是由Wyner从离散无记忆窃听信道中提出的，然后扩展到高斯窃听通道。在当前的物理层安全方法中，适用于水下传感器网络的两种有效手段是协同传输(CC)和协同干扰(CJ)。协同传输利用无线传播信道的随机性，通过中继节点的转发来提高合法信道的信道容量。协同干扰的目标是向窃听者发送干扰信号，来降低窃听信道的容量。协同传输和协同干扰都能够提高无线通信的保密能力。但是在中继节点被窃听的情况时，协同传输反而会增大窃听者获取网络信息的概率。相比而言，协同干扰方案能更有效地实现信息的安全传输。因此，本专利技术提出了一种基于自保护干扰和协同干扰的水声网络安全通信方法，在网络的信息传输过程中，通过接收端和辅助干扰节点向窃听者发送两种类型的干扰信号，有效地降低窃听者获知网络中信息的概率，来实现水下传感器网络的安全。

技术实现思路

[0004]为了解决上述提出的水下传感器网络通信信号易被窃听的问题，本专利技术提供了一种基于自保护干扰和协同干扰的水声网络安全通信方法。技术方案如下：
[0005]一种水下基于自保护干扰和协同干扰的联合物理层安全方法，该方法包括下列的步骤：
[0006](1)设目的信号S的长度为
△
T，发送端A以最大发射功率P0发送RTS信号给接收端B和辅助干扰节点R；接收端B，通过分析接收到的RTS信号，获知接收者自身与发送端A的通信所需的时间延迟T
AB
和最小发射功率P
AB
；辅助干扰节点R，通过分析接收到的RTS信号，获知自身和发送端A的通信所需的时间延迟T
AR
和最小发射功率P
AR
；
[0007](2)接收端B以最大发射功率P0发送CTS信号给发送端A，告知发送端A计算所得的时间延迟T
AB
和最小发射功率P
AB
；辅助干扰节点R以最大发射功率P0发送CTS信号给发送端A，告知发送端A计算所得的时间延迟T
AR
和最小发射功率P
AR
；
[0008](3)发送端A以最大发射功率P0再次发送RTS信号给接收端B和辅助干扰节点R，开启网络的通信；
[0009](4)接收端B，在接收到RTS信号后，以
△
T为发送周期，以其最小发射功率P
AB
持续发送同步干扰信号I，称之为虚假同步头信号；
[0010](5)辅助干扰节点R，在接收到I后，以最小发射功率P
AR
、以
△
T为发送周期，持续发送信息干扰信号FK，称之为虚假信号；
[0011](6)发送端A，在接收到I和FK后，以最小发射功率P
AB
发送目的信号S；
[0012](7)通过所计算的时间延迟T
AB
，接收端B估计目标信号S到达的时间，在目标信号S到达前，停止发送干扰信号I，接收目的信号S。
[0013]本专利技术提出的一种基于自保护干扰和协同干扰的水声网络安全通信方法，通过接收端发射的干扰信号来阻碍窃听者找到目的信号的头部，以及辅助干扰节点发射另一种干扰信号来阻止窃听者获取目的信号中的内容，有效地降低窃听者获知网络中信息的概率，来实现水下传感器网络的安全。
附图说明
[0014]图1是发送端A，接收端B，窃听者E和辅助干扰节点R的网络图；
[0015]图2是发送端A，接收端B，窃听者E和辅助干扰节点R的网络图之间通信示意图。
具体实施方式
[0016]下面结合附图1，2对本专利技术进行说明。
[0017]首先对两个名词进行解释自保护干扰是：在发送端和接收端的传输过程中，接收端发射虚假同步头信号(同步干扰信号：I)，目的是实现窃听者对目的信号(S)头部的误判，从而影响窃听者获知目的信号的内容。协同干扰是：在发送端和接收端的传输过程中，辅助干扰节点发射虚假信号(信息干扰信号：FK)，目的是实现窃听者对于目的信号(S)内容的误判，从而阻止窃听者获取目的信号中的内容。通过以上两种方法的联合干扰，本专利技术可以有效地降低窃听者获知网络中信息的概率，来实现水下传感器网络的安全。
[0018]本专利技术提出的水声网络安全通信方法，首先，通过在自保护干扰中，让接收端B发送虚假同步头信号I，干扰窃听者E，使其无法准确找到目的信号S的头部。在无线通信中，接收端B需要通过对同步头的定位来找到整段信号。如果同步头的位置判断错误，后续对信号的处理过程便会收到影响，这会导致严重的误码甚至丢包情况的出现。在自干扰保护中，发送虚假同步头信号I的目的是实现E对信号S头部的误判，从而使得E无法获取信号S的内容。
[0019]然后，该物理层方法，通过在协同干扰中，让辅助干扰节点R发送虚假同步头信号FK，干扰窃听者E，使其无法准确判断目的信号S的内容。在无线通信中，接收端B会更容易判断功率较大的信号，然后将其作为自己需要的信息进行处理。如果在接收端，干扰信号的功率大于目的信号，则干扰信号更有可能被处理，这会导致严重的误码情况的出现。在协同保护中，发送虚假同步头信号FK的目的是实现E对信号S码元的误判，从而使得E无法获取信号S的内容。
[0020]设目的信号S的长度为
△
T，本专利技术包括下列的步骤：
[0021](1)发送端A以最大发射功率P0发送RTS(Require To Send)信号给接收端B和辅助干扰节点R，进行网络的准备阶段。接收端B，通过分析接收到的RTS信号，可以获知接收者自身和发送端A的通信所需的时间延迟T
AB
和最小发射功率P
AB
。同理，辅助干扰节点R，通过分析接收到的RTS信号，也可以获知实现和发送端A的通信所需的时间延迟T
AR
和最小发射功率P
AR
。
[0022](2)接收端B和辅助干扰节点R，分别以最大功率P0发送CTS(Clear To Send)信号给发送端A，告知发送端A计算所得的时间延迟T
AB
，T
AR
和最小发射功率P
AB
和P
AR
，网络的准备阶段结束；
[0023](3)发送端A以功率P0再次发送RTS信号给接收端B和辅助干扰节点R，开启网络的通信；
[0024](4)接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水下基于自保护干扰和协同干扰的联合物理层安全方法，该方法包括下列的步骤：(1)设目的信号S的长度为
△
T，发送端A以最大发射功率P0发送RTS信号给接收端B和辅助干扰节点R；接收端B，通过分析接收到的RTS信号，获知接收者自身与发送端A的通信所需的时间延迟T
AB
和最小发射功率P
AB
；辅助干扰节点R，通过分析接收到的RTS信号，获知自身和发送端A的通信所需的时间延迟T
AR
和最小发射功率P
AR
；(2)接收端B以最大发射功率P0发送CTS信号给发送端A，告知发送端A计算所得的时间延迟T
AB
和最小发射功率P
AB
；辅助干扰节点R以最大发射功率P0发送CTS信号给发送端A，告知发送端A计算所得的时间延...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏毅珊，刘尧，范榕，李路裕，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：