[发明专利]一种基于无人机的IOT网络安全传输方法

说明书

本发明涉及一种基于无人机的IOT网络安全传输方法，用于对抗被动窃听的多无人机协同辅助的IoT网络，包含一个无人机源节点S₁、一个无人机干扰节点S₂、多个合法目的节点和多个被动的窃听节点，采用正交时分复用接入技术，其中，考虑到窃听节点会截取私密信息，利用多个无人机协同合作，在发送私密信息的同时另一无人机发送人工干扰，并且通过无人机的轨迹设计、用户调度、on‑off机制、以及人工干扰，有效提高系统可靠性和传输的安全性，整个方案设计复杂度低，操作简单，易于实现。

技术领域

本发明涉及一种基于无人机的IOT网络安全传输方法，属于对抗被动窃听的无人机辅助IoT网络无线通信技术领域。

背景技术

无人机因其成本低、移动灵活和可控性强等优点成为近年来研究的热点，其在战场侦查、森林火灾探测、灾后应急等方面都有着广泛的应用。数据需求的爆炸性增长的和移动终端的动态不平衡分布给无线网络带来了诸多挑战。对于传统移动通信网络，当移动终端移动到偏远区域或者信道受到障碍物严重阻挡时，地面通信性能通常很差。与现有的地面通信系统相比，无人机辅助无线网络有利于克服由于地形特征造成的传播限制，增强信号覆盖范围并降低运营成本。近年来，无人机通信正以不可抵挡的势头渗透到各行各业，目前业界已开始了无人机通信在各种场景的应用研究，如无人机中继通信、无人机辅助IoT网络等。在传统的中继系统模型中都采用静态的中继，即中继的部署位置是固定的。在无人机不断发展的推动下，人们越来越关注将协同中继扩展到采用无人机辅助移动中继的场景。在无人机辅助的中继网络中，无人机可以充当移动中继为无可靠直达链路的多个用户或用户组之间提供无线连接，扩大覆盖范围。在无人机辅助IoT网络中，如物联网监视系统，其设备(例如摄像机，传感器和雷达)分布在广阔的区域，无人机可以在3D空间中自由移动，实现无处不在的覆盖和按需数据分发/收集，以处理系统参数重新配置、软件更新、数据上传等。

在无人机通信中，由于无人机的高度，无人机到地面的视距(LoS)链路通常占主导地位。因此，UAV仅仅利用位置信息便可获得地面节点的信道增益。此外，为了进一步应对基础设施成本的不断增长同时实现性能的提升，可以利用无人机移动性。通过合理调整无人机飞行轨迹，可以显著地缩短无人机与地面用户之间的传输距离。目前，已有一些文献提出将无人机用来辅助IoT网络，如，文献“Low-Altitude Unmanned Aerial Vehicles-BasedInternet of Things Services:Comprehensive Survey and Future Perspectives,IEEEInternet of Things Journal,vol.3,no.6,pp.899–922,2016”对基于低空无人机的物联网服务面临的主要挑战和未来展望进行了综合调查。文献“Mobile Unmanned AerialVehicles(UAVs)for Energy-Efficient Internet of Things Communications,IEEETransactions on Wireless Communications,vol.16,no.11,pp.7574-7589,2017”研究了无人机辅助的IoT网络能量效率优化问题，结果表明无人机的移动性能大大提高系统的能量效率。目前无人机辅助的IoT网络已经引起了广泛关注，但是对其面临的安全问题研究还处于起步阶段。

由于无线信号的广播特性，使得通过开放的无线链路传输的大量敏感和私密信息可能被非法节点窃听，存在极大安全威胁。因此安全性能应该作为无人机通信网络在设计和实现过程中需要考虑的首要问题之一。物理层安全技术利用无线衰落信道的时变特性而不是依靠传统的密钥系统来保护私密信息不被窃听，既降低了设计复杂度又解决了窃听节点计算能力日益提升带来的威胁，已经引起了广泛关注。