[发明专利]一种窃听环境下协作通信网络的机会中继选择方法

说明书

技术领域

本发明属于通信领域，涉及一种机会中继选择方法，具体涉及一种窃听环境下协作通信网络的机会中继选择方法。

背景技术

随着无线通信技术在各个领域的广泛应用，无线传输的安全性与私密性日益受到重视。而无线传输的广播特性决定了其数据交换极易遭受非法用户的窃听和攻击等。因此，如何确保数据传输的安全性与私密性成为无线通信领域非常重要的研究课题。也就是说，在数据传输的过程中我们既要保证合法用户能够正确地接收信息，又要保证窃听用户对传输信息无法正确解码。

传统无线通信是通过高层的加密机制来确保信息安全交换的。然而秘钥的产生和交互无疑会给系统带来计算复杂度的增加和额外的信令开销，而且对于某些节点较为简单的无线通信网络，如无线Ad Hoc网络、无线传感器网络等，由于节点能量和计算复杂度的限制等，传统的高层加密机制难于实现。

物理层安全技术通过利用无线信道的唯一性、保密性和互易性等特征来保证数据的安全传输，近年来受到广泛关注，被视为增强无线通信安全性的未来技术。物理层安全技术的研究指出，当合法用户的信道条件优于窃听用户的信道时，无需使用秘钥也可能保证数据传输的安全性。然而，安全传输速率受信道条件的影响极大，当合法用户的信道条件与窃听用户的信道条件相仿时，安全传输速率可能很低，甚至为0。

为了在各种信道条件下都能保证信息传输的安全性，可以采用多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)技术或协作通信技术等增强合法用户的信息传输。对于存在多个中继节点的协作网络而言，选择合适的中继节点进行信息传输至关重要。传统协作通信网络的中继选择方法仅依据合法用户的信道条件选择最佳中继进行信息转发，该类方法在存在窃听用户的环境中往往无法保证信息传输的安全性与私密性。

因此，在存在窃听用户的网络环境中，有必要设计一种实用的机会中继选择方法，综合考虑合法用户和窃听用户的信道条件，及其对最佳中继节点选择造成的影响，以期获得比现有方法更优的安全性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种窃听环境下协作通信网络的机会中继选择方法，该方法综合考虑合法用户和窃听用户的信道状态信息，中继选择和功率分配方法简单，易于实现。

本发明所采用的技术方案是，一种窃听环境下协作通信网络的机会中继选择方法，建立无线协作通信网络，该无线协作通信网络包含一个源节点S，一个目的节点D，M个备选中继节点R₁,R₂,…,R_M，以及一个窃听用户E；传输过程采用解码转发协议进行信息传输，整个传输过程分为两个阶段：第一阶段，源节点S向备选中继节点广播信息；第二阶段，进行最佳中继选择和功率分配，被选择的“最佳”中继节点向目的节点D转发信息。

本发明的特点还在于，

第二阶段包括最佳中继选择和功率分配的过程，具体包括如下两个步骤：

第一步：最佳中继的选择

假设中继R_i(i＝1,2,…,M)到目的节点和窃听用户的信道衰落系数分别为h_id和h_ie，则所选择的最佳中继为

第二步：源与最佳中继节点间的功率分配

设系统总发射功率P_t一定，令功率分配因子为ζ，ζ∈(0,1)，则功率分配因子由下式计算：

其中h_si表示源节点到中继R_i的信道衰落系数，因此源节点的发射功率表示为：

P_s＝ζP_t(3)

中继节点的发射功率表示为

P_r＝(1-ζ)P_t(4)

本发明的有益效果是，本发明窃听环境下协作通信网络的机会中继选择方法，中继选择和功率分配方法简单，易于实现；本发明方法综合考虑了合法用户以及窃听用户的信道状态信息，能够获得较好的安全中断概率性能，具有较高的实用价值。

附图说明

图1是本发明中存在窃听用户的协作通信网络模型图；

图2是本发明与其他中继选择方法安全中断概率的仿真比较图；

图3是不同备选中继个数的安全中断概率的仿真图；

图4是不同中继个数各中继选择方法的安全中断概率仿真图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。