[发明专利]一种实现物理层安全的协作干扰的激励方法

说明书

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，具体涉及一种实现物理层安全的协作干扰的激励方法。

背景技术

随着无线通信技术的飞速发展，以及无线通信技术的应用越来越普遍，无线通信技术已经渗透入寻常百姓生活的方方面面，为我们带来了更多的自有和方便。但是其自身存在的一些问题也日渐凸显，尤其在信息的安全可靠保障方面的不足，越发受到人们的关注。特别是近年来，为了实现更广泛的网络覆盖以及更快的数据传输速率，协作中继通信技术被提出并被广泛应用。也正由于更多的协作中继网络中节点的引入，使得网络结构越发复杂，开放性也更强，因此，通信信息更易被窃听、截获，通信信息的安全面临更大的威胁和挑战。

1975年美国学者Wyner根据香农保密通信的理论中延伸出保密容量的概念，首次提出了物理层安全通信的概念。随后，Dabora、Dong等人将物理层安全的技术应用于协作中继系统，并提出放大转发、解码转发以及协作干扰等多种协作策略以提高系统安全性能。

当前针对中继协作网络中物理层安全技术的研究，更多的是研究在对传输节点有一定能量约束的前提下，进行最优节点选择以及协作传输信号的优化处理，以达到最大化节点间链路安全容量的目的。然而在所考虑的中继协作网络中，网络内的节点通常为能量有限的无源节点。因此各节点为了最大各自能源的最优利用，并不愿主动协助其他节点进行物理层安全通信。对于此，Han等学者提出协作节点提供的协作安全服务为有偿服务，利用博弈论的方法来激励协作节点的积极参与。Han对于放大转发、解码转发以及协作干扰等多种协作场景均予以讨论和分析，但是对于协作干扰的场景主要分析了多个合法通信用户竞争单一协作干扰节点以及两个干扰协作节点服务于一个合法通信用户的场景。然而已有的安全协作干扰的激励机制，对于协作节点能源有限以及合法通信用户间通讯质量要求较高，需要多个协作节点共同提供干扰服务的场景，没有给出确切的解决方案。

发明内容

（一）解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种实现物理层安全的协作干扰的激励方法，针对协作节点能源有限以及合法通信用户间通讯质量要求较高，需要多个协作节点共同提供干扰服务的场景，给出有效的激励策略，在满足合法通信用户间安全容量要求的同时，使得协作节点集的每一份能量都得到最大化的收益和最合理的利用。

（二）技术方案

为了达到以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种实现物理层安全的协作干扰的激励方法，该方法包括：

S1：源节点收集目的节点以及窃听节点的信道状态信息；

S2：源节点根据各协作节点对源节点的安全容量的改善效果，选择能够实现安全通信的协作节点作为备选协作节点；

S3：源节点根据自身的业务需求，初始化其所能支付的服务总报偿m，并确定其通过协作干扰过程所能获得的效益U_s；

S4：利用Stackelberg博弈方法，在源节点和协作节点集之间对服务总报偿m进行博弈，并根据源节点效益函数确定出最优的服务总报偿；

S5：利用Stackelberg博弈方法，在各协作节点之间对最优服务总报偿进行分配博弈，并确定出各协作节点所能得到的最优效益，并求得各自的服务报偿m_i及各自所需提供的协作干扰功率P_i。

优选地，所述目的节点以及窃听节点的信道状态信息包括：源节点到目的节点和窃听节点的信道状态信息分别为G_sd和G_se；以及各协作干扰节点到目的节点和窃听节点的信道状态信息分别为G_id和G_ie。

优选地，所述各协作节点对源节点的安全容量的改善效果的计算公式为：

C_{s_i}=(C_{sd_i}-C_{se_i})⁺

其中：

C_{s_i}为源节点到目的节点在某一协作节点提供干扰服务下的安全容量；

C_{sd_i}为源节点到目的节点的信道容量，表达式为：

C_{se_i}为源节点到窃听节点的信道容量，表达式为：

其中，P_s和P_i分别为源节点和协作干扰节点所采用的发射功率，而σ²则表示在窃听节点以及目的节点的热噪声功率。