[发明专利]一种无人机辅助认知无线网络通信安全的控制方法

说明书

本发明涉及一种无人机辅助认知无线网络通信安全的控制方法，包括步骤S201，建立无人机对地无线通信的通信模型；步骤S203，确定所述通信模型中的各个参数；步骤S205，根据所述通信模型中的各参数建立非凸优化问题模型；步骤S207，利用松弛变量和连续凸逼近方法将非凸优化问题模型转化为凸优化问题模型；步骤S209，根据所述凸优化问题模型，确定无人机的目标飞行轨迹、目标发射功率以及次级用户接收端在最坏情况下的平均保密速率。本发明通过联合优化无人机在给定飞行时间内的飞行轨迹和发射功率，来最大化次级用户接收端在最坏情况下的平均保密速率，从而有效保障信息的安全传输。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，更具体地说，涉及一种无人机辅助认知无线网络通信安全的控制方法。

背景技术

近年来，随着技术发展和成本降低，无人机的市场需求持续增长，应用领域不断扩大。无人机辅助通信也逐渐成为无线通信领域的一大研究热点。与传统的地面通信系统相比，利用无人机的空地通信系统主要优势有：部署快速、操作成本低廉、随需应变以及具有良好的视距传输性能。然而，无线通信因其天然的开放性和广播特性，极易遭受非法用户的恶意窃听。如何保障无人机通信系统的安全性是一大挑战。传统保障信息安全传输的主要技术手段是以现代密码学为基础设计的对称加密算法。该技术依赖于算法本身的复杂度，而计算机技术的飞速发展使得密文被破解的时间大大减小，这使得该技术面临巨大的挑战。作为传统加密技术的一种有效补充，物理层安全技术不依赖于密钥和复杂算法，而是利用无线信道的随机性、时变性、互异性等物理特征来提升系统的安全性能。因此，物理层安全技术被广泛认为是保障无人机通信系统的安全性的有效技术手段。

现有的无人机保密通信研究充分利用了无人机的高可控移动性，通过联合设计无人机的飞行轨迹和通信资源来提高系统的物理层安全性能。保密速率是衡量物理层安全性能的重要指标，它被定义为：从源节点到目的节点能实现完全保密传输的最大速率，在数值上等于目的节点的数据传输速率与非法窃听节点的数据传输速率的差值。目前大部分的工作都假设无人机通信在专用频段上进行。然而，由于移动终端数量的急剧增长，频谱稀缺的问题日益严重。这使得实际上很难为无人机通信分配专用频段。针对这一问题，认知无线电技术能够提高频谱利用率和缓解频谱稀缺状况，已被广泛接受为一种极有前景的方法。因此，基于认知无线电技术，无人机可以作为次级用户发送端，通过共享主用户的授权频段来实现和地面次级用户接收端之间的通信，以此解决无人机通信中频谱资源匮乏的问题。需要注意的是，为了保障主用户的正常通信，次级用户发送端对主用户接收端产生的干扰不能超过主用户接收端可容忍的最大干扰水平，也就是干扰温度门限值。目前，致力于提高无人机辅助认知无线网络的物理层安全性能的研究仍然非常有限。当存在多个位置信息不确切的非法窃听用户时，如何在满足多个主用户接收端的干扰温度门限值的同时，最大化从作为次级用户发送端的无人机到地面次级用户接收端的最坏情况下平均保密速率，是一个尚未有研究人员涉足的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种无人机辅助认知无线网络通信安全的控制方法，在满足多个主用户接收端的干扰温度门限值的同时，最大化从无人机到地面次级用户接收端在最坏情况下的平均保密速率。

本发明提供的一种无人机辅助认知无线网络通信安全的控制方法，包括：

步骤S201，建立无人机对地无线通信的通信模型；

步骤S203，确定所述通信模型中的各个参数；

步骤S205，根据所述通信模型中的各参数建立非凸优化问题模型；

步骤S207，利用松弛变量和连续凸逼近方法将非凸优化问题模型转化为凸优化问题模型；

步骤S209，根据所述凸优化问题模型，确定无人机的目标飞行轨迹、目标发射功率以及次级用户接收端在最坏情况下的平均保密速率。