[发明专利]一种抗随机窃听的多业务传输功率分配方法

说明书

本发明公开了一种抗随机窃听的多业务传输功率分配方法，在边缘计算系统中，多个终端设备接入到边缘侧，边缘计算设备Alice同时为保密服务终端Bob和公开服务终端提供服务。并且，边缘计算设备Alice利用一部分发射功率发射人工噪声信号帮助保密通信链路抵抗随机分布的窃听终端攻击。本发明在公开数据传输速率、安全传输速率的限制下，利用迭代优化算法逐步逼近边缘计算系统最优的功率分配比，满足系统保密信号和公开信号的传输要求，最小化安全中断概率，提高系统的安全性能。

技术领域

本发明属于信息技术安全领域，特别是涉及一种抗随机窃听的多业务传输功率分配方法。

背景技术

通过在靠近终端侧部署边缘计算设备，边缘计算能够实现终端或传感节点就近将自身数据传送到边缘计算设备中。边缘计算设备获取数据后进行本地处理，并提供实时控制与反馈等业务，为海量终端提供实时控制、网络规划等。然而，海量计算能力弱的终端设备的安全需求成为边缘计算面临的一个重大安全挑战。通常，边缘计算设备的计算能力远高于终端设备，利用边缘计算侧的计算能力展开物理特征安全传输方案设计是非常重要的

通常，通信系统假设物理层传输的数据是完全正确的，通过上层协议栈保护系统的安全。然而，基于计算的复杂的加密算法在频繁地密钥分发、更新和撤销需要消耗大量的系统资源。通过利用无线信道的物理特点，物理特征安全技术不仅可以保护数据安全而且可以保证数据传输的可靠性，因此引起人们广泛的关注。

在实际通信系统中很难监测到被动窃听节点的存在，由于窃听节点随机的接入距离和拓扑结构，窃听信道质量极有可能优于主信道质量。只要通信系统存在一个正的安全速率，边缘计算设备采用合适的安全编码及信号处理方法，可以保证窃听节点破解不出任何保密消息，而授权终端能够可靠译码，实现通信系统绝对安全传输。由于无线信道随机波动，不能保证安全传输链路一直维持一个平稳固定的正安全速率。正因为如此，人工噪声、安全预编码等技术相继被提出来，用来保证无线通信系统一直具有较高的正安全速率，从而促进系统安全传输。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种抗随机窃听的多业务传输功率分配方法，利用迭代优化算法逐步逼近边缘计算系统最优的功率分配比，满足系统保密信号和公开信号的传输要求，最小化安全中断概率，提高系统的安全性能。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种抗随机窃听的多业务传输功率分配方法，包括以下步骤：

S1.建立安全传输模型：

多个终端设备请求边缘计算设备为其提供服务，假设边缘计算设备Alice配置N根发射天线，位于二维笛卡尔坐标系的原点，需要分别为单天线保密信号接收终端Bob和单天线公开信号接收终端Charlie提供服务；边缘计算系统中存在多个非法终端，在没有授权的情况下，非法终端靠近边缘计算设备偷听保密信号；非法终端随机位置分布服从于二维齐次泊松点过程Φ_E，密度为λ_E；无线信道服从独立同分布瑞利衰落和大规模路径损失，其中路径损失因子表示为α,α≥2；从Alice到Bob、Charlie和第k个非法终端Eve的信道建模为和其中，h_b，h_c和h_k是相互独立的小尺度衰落信道向量，信道向量元素服从独立同分布的复随机变量d_b，d_c和d_k分别表示Alice到Bob、Charlie和第k个非法终端的距离；

S2.利用安全传输链路的信道信息边缘计算设备Alice设计保密信号的传输方向：

w_b＝h_b/||h_b||₂；

S3.为了使公开信号不影响保密通信链路Alice-Bob的性能，同时为了最大化公开信号的传输速率，边缘计算设备Alice设计的公开信号传输方向w_c满足：