[发明专利]一种缓存蜂窝网络物理层安全数据传输方法及系统

说明书

本发明提供了一种缓存蜂窝网络物理层安全数据传输方法，方法包括：基站发送数据至多个中继节点，多个中继节点将数据转发至用户节点，窃听节点窃听中继节点转发至用户节点的数据；根据中继节点和用户节点之间的链路以及中继节点和窃听节点之间的链路，计算各个中继节点到用户节点的安全中断概率；根据安全中断概率对所述多个中继节点进行分簇，形成中继簇；根据中继簇的安全中断概率设计混合缓存策略；通过安全中断概率函数或平均安全容量函数对所述混合缓存策略进行优化，获得最优混合缓存策略；该方法能够有效提高物理层传输的可靠性和安全性。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种缓存蜂窝网络物理层安全数据传输方法及系统。

背景技术

随着通信技术和密码学不断发展，无线安全通信已经成为人类广泛关注的问题。传统的安全通信，更多的是在应用层利用加密技术来保证信息传输安全，但这是建立在物理层能够无差错传输的假设上。由于这种假设在无线传输场景下并不一定成立，且随着计算机的计算能力和密码破译能力越来越强，传统的安全通信体制正在不断地受到挑战。因此如何在物理层实现和提高安全传输成为了国内外学者的一大探究热点。

发明内容

本发明的目的在于针对如何在物理层实现和提高安全传输的问题，提出了一种缓存蜂窝网络物理层安全数据传输方法及系统，能够有效提高物理层传输的可靠性和安全性。

一种缓存蜂窝网络物理层安全数据传输方法，包括：

基站发送数据至多个中继节点，所述多个中继节点将数据转发至用户节点，窃听节点窃听中继节点转发至用户节点的数据；

根据中继节点和用户节点之间的链路以及中继节点和窃听节点之间的链路，计算各个中继节点到用户节点的安全中断概率；

根据所述安全中断概率对所述多个中继节点进行分簇，形成中继簇；

根据所述中继簇的安全中断概率设计混合缓存策略；

通过安全中断概率函数或平均安全容量函数对所述混合缓存策略进行优化，获得最优混合缓存策略。

进一步地，所述安全中断概率通过以下公式进行计算：

其中，为安全中断概率，p_r为中继节点的传输功率，为中继节点和用户节点之间的链路，为中继节点和窃听节点之间的链路，τ为系统安全传输速率。

进一步地，根据所述安全中断概率对所述多个中继节点进行分簇，形成中继簇，包括：

将各个中继节点的安全中断概率按照升序排列；

将各个中继节点的安全中断概率与预设无缓存传输系统安全中断概率进行比较，根据比较结果将所述多个中继节点分成第一集合和第二集合，其中第一集合中的中继节点的安全中断概率小于所述预设无缓存传输系统安全中断概率，第二集合的中继节点的安全中断概率大于所述预设无缓存传输系统安全中断概率；

所述第一集合中的每个中继节点先设置为一个单独的簇；

将第二集合中的中继节点采用逆向添加法组合进行协同传输，直到所有的中继组合的安全中断概率小于所述预设无缓存传输系统安全中断概率，如果最后剩下的中继组合大于所述预设无缓存传输系统安全中断概率，则将最后剩下的的中继组合和第一集合中的最后一个中继节点组合成为一个簇。

进一步地，所述混合缓存策略包括第一缓存策略、第二缓存策略以及第三缓存策略；

所述第一缓存策略为所有中继节点存储相同的文件；

所述第二缓存策略为不同的中继簇缓存不同的文件；

所述第三缓存策略为基站缓存所有的文件。