【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及网络安全，特别涉及一种主动窃听下star-ris网络安全性能预测方法、系统、设备及介质。
技术介绍
1、智能反射面(reconfigurable intelligent surface，ris)具有高频谱和能量效率，被认为是第六代移动通信系统的关键技术之一。传统ris只有反射功能，不能服务位于ris背面的用户，只能达到半覆盖，为此，一种可同时透射和反射(simultaneoustransmitting and reflecting，star)的ris被提出，star-ris可通过透射来服务位于ris背面的用户，从而达到全覆盖。
2、为提升网络安全性，star-ris被引入无线网络中，star-ris网络中可能会有窃听者的存在，影响到star-ris网络的安全性能。然而，目前的star-ris网络中仅考虑被动窃听者情形，在实际网络中，常常有主动窃听者的存在。不同于被动窃听者只能被动地窃听信息，主动窃听者在窃听信息的同时，还会主动发送干扰信息来破坏合法通信，其安全威胁更大。因此，对star-ris网络在主动窃听下的安全性能进行预测显得尤为重要。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种主动窃听下star-ris网络安全性能预测方法、系统、设备及介质，以实现star-ris网络在主动窃听下的安全性能预测。
2、为解决上述技术问题，本专利技术的实施例提供了一种主动窃听下star-ris网络安全性能预测方法，所述主动窃听下的star-ris网络包括
3、其中，合法用户用于通过star-ris设备接收基站发送的合法信号，主动窃听用户用于窃听并干扰基站向合法用户发送合法信号，star-ris设备用于增强合法用户接收合法信号的合法信道，并削弱主动窃听用户窃听合法信号的窃听信道；
4、所述方法包括：
5、分别获取主动窃听下的star-ris网络中，合法用户接收到的第一合法信号以及主动窃听用户窃听到的第二合法信号，并通过star-ris中透射单元和反射单元的相位，分别确定第一合法信号和第二合法信号的信噪比；
6、根据第一合法信号和第二合法信号的信噪比，采用伽马分布，获取合法信道和窃听信道的等效信道增益的概率密度函数；
7、根据合法信道与窃听信道的等效信道增益的概率密度函数，以及信噪比与等效信道增益之间的关系，分别获取第一合法信号和第二合法信号的信噪比的概率密度函数；
8、根据第一合法信号和第二合法信号的信噪比的概率密度函数，获取主动窃听下的star-ris网络安全中断概率的封闭表达式，以通过star-ris网络安全中断概率的封闭表达式预测主动窃听下的star-ris网络的安全性能。
9、在一些可选的实施例中，所述合法用户接收到的第一合法信号为：
10、
11、所述主动窃听用户窃听到的第二合法信号为：
12、
13、式中，pa和pj分别表示基站和主动窃听用户的发射功率，xa表示基站发送的合法信号，xj是主动窃听用户发送的干扰信号，xa和xj为预设的能量归一化信号，han、hnb、hne和hae分别表示a→rn链路、rn→b链路、rn→e链路和a→e链路的复信道系数，a表示基站，b表示合法用户，e表示主动窃听用户，rn表示star-ris设备中的第n个反射单元/透射单元，n表示star-ris反射和透射单元的总数，复信道系数han、hnb、hne和hae均服从形状因子和扩展因子分别为(mar,ωar)、(mrb,ωrb)、(mre,ωre)和(mae,ωae)的nakagami-m随机分布，j2＝-1表示虚数，θt,n∈[0,2π)和θr,n∈[0,2π)分别表示第n个透射单元和反射单元的相位，nt和nr分别表示透射单元和反射单元的数量，且nt+nr＝n，η∈[0,1]表示主动窃听用户采用全双工通信所造成对自身干扰的干扰功率与主动窃听用户发射功率pj的比值，nb和ne分别表示合法用户接收合法信号和主动窃听用户窃听合法信号时的噪声，nb和ne的噪声功率均为n0。
14、在一些可选的实施例中，所述star-ris设备中透射单元的相位为：
15、
16、所述star-ris设备中反射单元的相位为：
17、
18、所述第一合法信号的信噪比为：
19、
20、所述第二合法信号的信噪比为：
21、
22、式中，∠han、∠hnb、∠hne和∠hae分别表示复信道系数han、hnb、hne和hae的相位，|han|、|hnb|、|hne|和|hae|分别表示复信道系数han、hnb、hne和hae的幅度，γ＝pa/n0表示基站的平均信噪比，γj＝pj/n0表示主动窃听用户的平均干扰噪声比，为合法信道的等效信道增益，为主动窃听用户对合法用户干扰时干扰信道的等效信道增益，为窃听信道的等效信道增益，y服从指数分布，y的概率密度函数为
23、在一些可选的实施例中，所述合法信道的等效信道增益的概率密度函数为：
24、
25、所述窃听信道的等效信道增益z的概率密度函数为：
26、
27、式中，表示伽马函数，为x的逆尺度参数，为x的形状参数，为z的逆尺度参数，为z的形状参数，μx(k)表示x的k阶矩，μz(k)表示z的k阶矩；
28、μx(k)和μz(k)分别表示为：
29、
30、式中，
31、在一些可选的实施例中，所述第一合法信号的信噪比γb的概率密度函数为：
32、
33、所述第二合法信号的信噪比γe的概率密度函数为：
34、
35、式中，
36、在一些可选的实施例中，所述主动窃听下的star-ris网络安全中断概率通过star-ris网络的安全速率cs低于预定安全速率r的概率来表示；
37、star-ris网络的安全速率为：
38、cs(γb,γe)＝(log2(1+γb)-log2(1+γe))+；
39、式中，(x)+＝max(x,0)表示取x与0中的最大值；
40、主动窃听下的star-ris网络的安全中断概率近似表示为：
41、
42、式中，pr[·]表示安全中断概率，δ＝2r为安全中断的预设门限值；
43、将γb和γe的概率密度函数代入其中，对γb求积分，得：
44、
45、作变量代换后，主动窃听下的star-ris网络安全中断概率为：
46、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种主动窃听下STAR-RIS网络安全性能预测方法，其特征在于，所述主动窃听下的STAR-RIS网络包括：基站、合法用户、主动窃听用户以及具有多个透射单元和多个反射单元的STAR-RIS设备；主动窃听用户与基站位于STAR-RIS设备的同一侧，主动窃听用户与基站直接连接，合法用户位于STAR-RIS设备的另一侧，合法用户与基站通过STAR-RIS设备连接；
2.根据权利要求1所述的主动窃听下STAR-RIS网络安全性能预测方法，其特征在于，所述合法用户接收到的第一合法信号为：
3.根据权利要求2所述的主动窃听下的STAR-RIS网络安全性能预测方法，其特征在于，所述STAR-RIS设备中透射单元的相位为：
4.根据权利要求3所述的主动窃听下STAR-RIS网络安全性能预测方法，其特征在于，所述合法信道的等效信道增益X的概率密度函数为：
5.根据权利要求4所述的主动窃听下STAR-RIS网络安全性能预测方法，其特征在于，所述第一合法信号的信噪比γb的概率密度函数为：
6.根据权利要求5所述的主动窃听下STAR-RIS网
7.一种主动窃听下STAR-RIS网络安全性能预测系统，其特征在于，所述主动窃听下的STAR-RIS网络包括：基站、合法用户、主动窃听用户以及具有多个透射单元和多个反射单元的STAR-RIS设备；主动窃听用户与基站位于STAR-RIS设备的同一侧，主动窃听用户与基站直接连接，合法用户位于STAR-RIS的另一侧，合法用户与基站通过STAR-RIS设备连接；
8.一种计算机设备，其特征在于，包括：至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如权利要求1至6中任一项所述的主动窃听下STAR-RIS网络安全性能预测方法。
9.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1至6中任一项所述的主动窃听下STAR-RIS网络安全性能预测方法。
...【技术特征摘要】
1.一种主动窃听下star-ris网络安全性能预测方法，其特征在于，所述主动窃听下的star-ris网络包括：基站、合法用户、主动窃听用户以及具有多个透射单元和多个反射单元的star-ris设备；主动窃听用户与基站位于star-ris设备的同一侧，主动窃听用户与基站直接连接，合法用户位于star-ris设备的另一侧，合法用户与基站通过star-ris设备连接；
2.根据权利要求1所述的主动窃听下star-ris网络安全性能预测方法，其特征在于，所述合法用户接收到的第一合法信号为：
3.根据权利要求2所述的主动窃听下的star-ris网络安全性能预测方法，其特征在于，所述star-ris设备中透射单元的相位为：
4.根据权利要求3所述的主动窃听下star-ris网络安全性能预测方法，其特征在于，所述合法信道的等效信道增益x的概率密度函数为：
5.根据权利要求4所述的主动窃听下star-ris网络安全性能预测方法，其特征在于，所述第一合法信号的信噪比γb的概率密度函数为：
6.根据权利要求5所述的主动窃听下star-ris网络安全性能预...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨平，邝伟潮，钟增培，刘畅，王善进，
申请(专利权)人：东莞理工学院，
类型：发明
国别省市：
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