[发明专利]基于信道预测和用户QoS的安全接入方法

说明书

本发明公开了一种基于信道预测和用户QoS的安全接入方法，采用人工神经网络(ANN)对信道预测，确定系统容量是否有冗余，在满足统计时延QoS的情况下实现物理层安全传输。其中发送端、接收端和窃听者都采用多天线，信号经过安全编码、信道编码由发送端发送，接收端接收信号后先做信道解码再做安全解码，在发射端Alice做信道预测，在满足时延QoS条件下决定是否采用安全编码；本发明能够在证时延QoS下选择最优物理层安全情况下提供最大安全传输容量。

技术领域

本发明涉及一种通信系统的安全接入方法，尤其涉及一种基于信道预测和用户QoS的安全接入方法。

背景技术

人工神经网络(ArtificialNeuralNetwork，ANN)是人类基于人脑神经系统构建的一种数学模型。神经网络理论在无线通信领域中应用于无线通信中的信道模型构建、信道均衡、信道估计及编码、解码和纠错码等方面，人工神经网络还能用于快变衰落信道的信道预测。

网络服务质量(QualityofService，QoS)是网络中给用户的服务模型的一种测量。传统网络中的服务质量，是指网络在传输数据时要满足的一系列服务请求，具体可以量化为带宽、延时、吞吐量、抖动和丢失率等性能指标。而在时延敏感的无线网络环境下，时延QoS是无线网络的重要性能指标。由于衰落信道的时变性，严格的时延约束难以讨论。

未来的无线通信(5G)提出了高速传输、快速接入、可靠和高安全通信的需求。然而无线信道的开放性、广播特性，终端的移动性、网络拓扑结构的多样性及无线传输不稳定性等因素使得移动通信网络面临更多的安全威胁。5G移动系统在网络安全性能方面亟待新技术适应其高安全性的需求，并满足它的高速、高效接入。“无条件”安全传输利用无线信道特性的多变和随机特征，实现物理层的“加密”，其充分利用无线信道唯一特性，实现“一次一密”的强安全特性，同时其将可靠与安全联合考虑，可以同时实现高可靠与高安全。物理层加密传输可以在相同的安全强度下，极大地减少密钥长度，甚至不需要密钥，尤其适用需要快速接入的系统。但是物理安全传输技术以牺牲传输容量为代价的，5G系统将面对多种业务、多种级别的安全需求，物理层安全传输适合高安全需求、信道容量有冗余的通信场景。因此，不同业务、不同级别安全需求的场景选用什么物理层安全接入方法将是一个技术难点。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于信道预测和用户QoS的安全接入方法，对通过信道预测和时延QoS指标对物理层安全接入方法进行设计，对快变时延信道是否采用物理层安全编码进行了具体化的阐述，有效的解决了物理层安全编码带来的信道容量的损失与时延QoS需求的冲突。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

基于信道预测和用户QoS的安全接入方法，包括以下步骤：

S01：采用人工神经网络(ANN)对接收端Bob合法信道和窃听者Eve信道进行估计和预测，获取合法者和窃听者信道矩阵H_b、H_e，计算信干噪比SINR_b，SINR_e；

S02：计算合法用户Bob最大安全传输速率R_s：

R_s＝[log(1+SINR_b)-log(1+SINR_e)]⁺ (1)

S03：计算满足统计时延QoS需求下的安全有效容量需求，安全有效容量是定义在给定时延参数的条件下，系统可以获得的最大安全传输的速率,安全有效容量E_s(θ)为：