[发明专利]一种物理层安全通信中的资源分配方法

说明书

本发明公开了一种物理层安全通信中的资源分配方法，基于改进的模拟退火方法，该方法在模拟退火的等温过程中采用了自适应扰动的方法更新实时解，使得随机变异的概率随实时温度动态变化，实时温度越低，随机变异概率越小，有利于解的快速收敛；并且添加了记忆功能，通过增加存储环节，将实时最优解记忆下来，避免搜索过程中由于执行接受新解环节而遗失实时最优解。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种物理层安全通信中的资源分配方法。

背景技术

当今社会，随着人们对无线通信数据传输安全性的要求不断提高，信息安全开始成为关键性问题。传统加密技术使用秘钥对数据进行加密，密钥的分配与管理困难，并且被暴力破解的风险随当今计算能力的飞速提升而越来越高。物理层安全技术利用无线信道的不确定性，在发端通过人工添加噪声等方法对发送信息进行处理，使得窃听者所截获的信息量趋于零，从而实现保密通信。物理层安全通信技术是一种无密钥底层安全通信方案，克服了传统网络层密钥加密技术存在的不足，在没有高层加密或者密钥被窃取的情况下仍然能提供有效的保密通信，对提升无线信息传输的安全具有重要意义。

在物理层安全通信中，目前已经有大量的关于资源分配的方法的研究提出，但现有的资源分配方法大都针对简单的通信场景，且分配资源单一、计算复杂、效率低下。公开号CN106535342A，公开日为2017年03月22日的发明专利“用于全双工蜂窝网络物理层安全场景的资源分配方法”，提出了一种基于二部图匹配的资源分配方法，但该方法针对单天线收发信号的通信场景，不适用于MIMO通信场景。公开号为CN102752840A，公开日为2012年10月24日的发明专利“一种广播信道发送功率分配方法”，提供了一种根据每个信道的增益信噪比和每个接收端的权值为各接收端分配发射功率的方法，但是该发明仅针对多信道之间的功率分配，不能用于实现多资源分配。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种物理层安全通信中的资源分配方法，采用自适应扰动的设计方案，以最大化有效安全吞吐量为优化目标，同时对发端有效信息传输率与天线上的功率分配进行优化，旨在为MIMO通信网络提供高效、科学合理的资源分配方案，达到最大限度实现信息安全传输的目的。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种物理层安全通信中的资源分配方法，通信场景中，发送者具备M根天线，合法接收者具备N根天线，窃听者具备K根天线，包括以下步骤：

步骤1，控制参数的设置：设置初始温度T₀、结束温度T_end、Metropolis链长L和降温速率q；

步骤2，定义代价函数其中Φ＝{φ₁,φ₂,...φ_M}，φ_m为第m根发送天线上的功率分配系数，m＝1,...,M，为Φ的二进制表示形式；R为有效信息传输率，C_B为合法信道的信道容量，B_R由式确定，l_R为B_R的比特位长度，O(B_Φ,B_R)为安全中断概率,g(B_R)为B_R的十进制表示形式；代价函数f(B_Φ,B_R)的实时解记作实时最优解记作

步骤3，对实时解S_curr、实时最优解S_opt、实时温度T进行初始化：设定初始实时解初始实时最优解初始实时温度T＝T₀；

步骤4，等温过程计数变量l置零，开始等温过程；所述的等温过程，具体包含以下步骤：

步骤4.1，根据实时温度T与实时解自适应扰动产生一个新的解