一种无人机服务多用户的鲁棒中继安全通信方法技术

本发明专利技术属于无线通信技术领域，具体涉及一种无人机服务多用户的鲁棒中继安全通信方法。该无人机服务多用户的鲁棒中继安全通信方法，利用无人机作为移动中继，实现了受严重衰落的无线信道的通信。其有益效果是：提高了算法的鲁棒性，在考虑了多个窃听器存在的情况下，最大化能效提高了无人机使能的移动中继安全能效，保障了在基站为偏远地区的空中或是地面无人机的安全通信，同时保证了无人机的能耗管理，比较符合实际的情况，不仅如此，无人机作为移动中继具有成本低，可操作性高等优点。可操作性高等优点。可操作性高等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种无人机服务多用户的鲁棒中继安全通信方法


[0001]本专利技术属于无线通信
，具体涉及一种无人机服务多用户的鲁棒中继安全通信方法。

技术介绍

[0002]由于无人机的高移动性、灵活配置、通信信道受视距传播主导等特点，其在通信领域的应用越来越广泛；对比于传统的陆地通信例如地面基站、接入点，无人机使能的通信具有灵活的网络结构、配置成本低的特点，且空对地、地对空的视距传播信道的衰耗较地面通信信道更小，因此在一定程度上这将提高其传输信息容量。但是由于无线通信中广播的特性，无人机使能的通信容易被外部的窃听器窃听，这将带来很多的安全问题。传统的安全方法主要是密码学的方法，密码学的方法主要基于计算复杂度，然而由于无人机受限的资源，密码学的方式不适用与无人机通信系统中。随着对无人机网络需求的扩大，如何解决物理层安全构建一个安全的无人机通信系统就至关重要。
[0003]在无线通信中，一种特别有前途的用例是无人机使能的移动中继。由于无人机的高移动性，无人机使能的移动中继可以显著提高数据转发的效率；在另一方面，考虑收发两端的直接信道由障碍物遮挡且产生了严重的信号衰落，收发两端直接通信必将受到影响，而无人机使能的移动中继可以协助在这种情况下的无线通信。无人机为无线通信带来机遇的同时也带来了挑战：一方面，无人机使能的移动中继要保证机密信息的安全传输；另一方面，无人机受限的资源与安全传输的计算复杂度矛盾，因此设计合理的算法来优化无人机的能耗与安全速率就十分重要。

技术实现思路

[0004]本专利技术为了弥补现有技术的缺陷，提供了一种无人机服务多用户的鲁棒中继安全通信方法。
[0005]本专利技术是通过如下技术方案实现的：
[0006]一种无人机服务多用户的鲁棒中继安全通信方法，具体包括以下步骤：
[0007]获得接入无人机网络用户、基站的位置及信道状态信息；
[0008]获得各个窃听器的位置及信道状态信息；
[0009]根据基站、用户的位置计算无人机到基站、到接收端的路径损耗；
[0010]根据窃听器的位置，计算窃听器到基站、到无人机的路径损耗；
[0011]根据无人机到窃听器的路径损耗计算窃听信道的信道容量；
[0012]根据无人机到用户的路径损耗计算主信道的信道容量；
[0013]根据无人机的实时速度与加速度计算无人机的推进功率，由于推进功率远大于发射信息功率，即总的能耗为推进功率；
[0014]根据主信道容量与窃听信道容量之差计算安全容量，并由安全容量与能耗之商计算安全能效。
[0015]进一步，所述信道的状态信息为无人机通信网络中基站与无人机及无人机与用户的通信链路的信道属性，信道属性主要为视距传播损耗；构建窃听器的信道状态信息，信道的状态信息为窃听器到基站、窃听器到无人机的通信链路的信道属性，信道属性分别为非视距传播损耗、视距传播损耗。
[0016]进一步，所述基站到无人机的信道状态信息采用如下的公式计算：
[0017][0018][0019]进一步，所述无人机到用户的信道状态信息采用如下的公式计算：
[0020][0021][0022]进一步，所述基站到窃听器的信道状态信息采用如下的公式计算：
[0023][0024][0025]进一步，所述窃听器到无人机信道状态信息采用如下的公式计算：
[0026][0027][0028]其中u表示第u个用户，共有U个地面用户；将飞行时间T以T＝Nδ划分为N个时隙，这些时隙的持续时间δ很小，n表示第n个时隙；d
SR[n]表示基站到无人机的距离，h
SR[n]表示基站到无人机的路径损耗，β0表示每一米的信道能量增益；表示无人机到用户的距离，表示无人机到用户的路径损耗；d
SE
[n]表示基站到窃听器的距离，h
SE
[n]表示基站到窃听器的路径损耗，K系统参量常数，σ
SE
[n]表示单位均值指数分布的随机变量(瑞利分布)，α是路径损耗指数，r是窃听器不确定的范围。注：由于系统假设窃听器处于地面，且窃听器到基站的信道由小尺度瑞利衰落所构建；表示无人机到窃听器的距离，h
RD
[n]表示无人机到窃听器的路径损耗；(x
s
,y
s
,0)，(x
R
(n),y
R
(n),h
R
[n])，(x
e
,y
e
,0)分别表示基站的位置，第u个用户的位置，中继无人机实时的位置，第e个窃听器的位置。
[0029]进一步，所属安全容量计算方法如下：
[0030]首先采用以下公式计算无人机到用户的信噪比与无人机到窃听器的信噪比：
[0031][0032][0033]采用以下公式计算窃听器到基站与基站到无人机信道的信噪比：
[0034][0035][0036]此时将主信道和窃听信道的信噪比带入到以下公式求出主信道容量与窃听信道容量：
[0037][0038][0039]将主信道容量与窃听信道容量相减得到一个用户的瞬时安全容量,再最小化平均安全容量表达式得到最差情况的安全速率：
[0040][0041]引入推进功率的影响：
[0042][0043][0044][0045]其中，v[n]是第n个时隙无人机相对于第u个用户的瞬时速率，a
u
[n]是第n个时隙无人机相对于第u个用户的瞬时加速度，c1、c2是常数，取决于无人机的重量、空气密度等，g是重力常数，Δk是动能常数，受速度起末位置影响；σ2是高斯白噪声的功率。
[0046]因此通信系统的安全能效为
[0047]本专利技术的有益效果是：提高了算法的鲁棒性，在考虑了多个窃听器存在的情况下，最大化能效提高了无人机使能的移动中继安全能效，保障了在基站为偏远地区的空中或是地面无人机的安全通信，同时保证了无人机的能耗管理，比较符合实际的情况，不仅如此，无人机作为移动中继具有成本低，可操作性高等优点。
附图说明
[0048]下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。
[0049]附图1为本专利技术方法采用的系统模型图；
[0050]附图2为本专利技术方法的基本流程图。
具体实施方式
[0051]下面将结合实施例的附图对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0052]附图1、2为本专利技术的一种具体实施例。该专利技术一种无人机服务多用户的鲁棒中继安全通信方法，具体包括以下步骤：
[0053]获得接入无人机网络用户、基站的位置及信道状态信息；
[0054]获得各个窃听器的位置及信道状态信息；
[0055]根据基站、用户的位置计算无人机到基站、到本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无人机服务多用户的鲁棒中继安全通信方法，其特征在于，具体包括以下步骤：获得接入无人机网络用户、基站的位置及信道状态信息；获得各个窃听器的位置及信道状态信息；根据基站、用户的位置计算无人机到基站、到接收端的路径损耗；根据窃听器的位置，计算窃听器到基站、到无人机的路径损耗；根据无人机到窃听器的路径损耗计算窃听信道的信道容量；根据无人机到用户的路径损耗计算主信道的信道容量；根据无人机的实时速度与加速度计算无人机的推进功率，由于推进功率远大于发射信息功率，即总的能耗为推进功率；根据主信道容量与窃听信道容量之差计算安全容量，并由安全容量与能耗之商计算安全能效。2.根据权利要求1所述的一种无人机服务多用户的鲁棒中继安全通信方法，其特征在于：所述信道的状态信息为无人机通信网络中基站与无人机及无人机与用户的通信链路的信道属性，信道属性主要为视距传播损耗；构建窃听器的信道状态信息，信道的状态信息为窃听器到基站、窃听器到无人机的通信链路的信道属性，信道属性分别为非视距传播损耗、视距传播损耗。3.根据权利要求1或2所述的一种无人机服务多用户的鲁棒中继安全通信方法，其特征在于：所述基站到无人机的信道状态信息采用如下的公式计算：在于：所述基站到无人机的信道状态信息采用如下的公式计算：无人机到用户的信道状态信息采用如下的公式计算：无人机到用户的信道状态信息采用如下的公式计算：基站到窃听器的信道状态信息采用如下的公式计算：基站到窃听器的信道状态信息采用如下的公式计算：窃听器到无人机信道状态信息采用如下的公式计算：窃听器到无人机信道状态信息采用如下的公式计算：其中u表示第u个用户，共有U个地面用户；将飞行时间T以T＝Nδ划分为N个时隙，这些时隙的持续时间δ很小，n表示第n个时隙；d
SR[n]
表示基站到无人机的距离，h
SR[n]
表示基站到无人机的路径损耗，β0表示每一米的信道能量增益；表示无人机到用户的距离，表
示无人机到用户的路径损耗；d
S...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宏图，李永波，
申请(专利权)人：江苏嘉华通讯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：