[发明专利]一种面向无人机中继网络的安全传输增强方法

权利要求书

1.一种面向无人机中继网络的安全传输增强方法，其特征在于，所述面向无人机中继网络的安全传输增强方法包括：

建立无人机中继通信系统，其目标为联合优化干扰功率与无人机中继位置使系统的私密速率达到最大；

建立以无人机为中继的地面源节点到目的节点通信系统的信道模型以及在两个时隙-半双工模式下，根据无人机接收信号以及目的节点的接收信号，计算源节点到目的节点传输链路的私密速率；

构建以私密速率达到最大时为目标函数，设计干扰功率，无人机位置约束条件的优化模型；

在无人机位置固定的条件下，遍历目的节点D，窃听者E的坐标位置，利用二分搜索算法，优化干扰功率分配方案，以最大化私密速率；

在最优干扰功率的条件下，使用穷举搜索法得到无人机最优位置，生成数据集，构建并训练DNN模型，应用于测试集，利用DNN的高计算效率，找到无人机的最佳位置，以最大化私密速率，实现安全传输；

所述面向无人机中继网络的安全传输增强方法建立以无人机为中继的地面源节点到目的节点通信系统的信道模型以及在两个时隙-半双工模式下，根据无人机接收信号以及目的节点的接收信号，计算源节点到目的节点传输链路的私密速率；地面源节点到目的节点通信系统的信道模型：

其中c是光速，α_G是地面通信链路的路径损耗指数，f_c是载波频率，d_eg是窃听者与地面用户之间的距离，σ_G是信道的阴影衰落变量；

与无人机相关的信道包含视距LoS组和非视距NLoS组，地面用户与无人机之间具有LOS连接的概率：

其中A和B是取决于环境的常数，(x_u,y_u)表示无人机在水平维度上的位置，h表示无人机的高度，(x_g,y_g)表示地面用户的位置，NLoS的概率为P_NLoS＝1-P_LoS，LoS和NLoS链路的路径损耗模型分别是：

其中d是传输距离，α_L和α_N是LoS和NLoS信道的路径损耗指数，η_LoS和η_NLoS分别是LoS和NLoS的平均额外损失；概率平均路径损耗是在LoS和NLoS条件下平均得出：

h_ij＝P_LoSL_LoS+P_NLoSL_NLoS，i∈{R,D}，j∈{R,E,D}；

在第一时隙，S将其信号传输到无人机中继R，该信号也被窃听者E窃听；同时，D发出人为噪声，使窃听者感到困惑；在第二时隙，S处于静默状态，无人机中继将接收到的信号放大并发送到D，D也被窃听者窃听，用z_S和z_J表示来自S和D的机密信号和协作干扰信号，z_S和z_J均为归一化幂，即|z_S|²＝1和|z_J|²＝1，其中|·|表示绝对值，在第一时隙，UAV和E处接收的信号为：

其中P_S和P_D分别是来自S和D的发射功率，n_R和是R和D处的复杂加性白高斯噪声AWGN，遵循均值为零且方差为的复高斯分布；

在第二时隙，R放大并以放大倍数β将接收到的信号转发到D，P_R为R的发射功率，β表示为：

那么，D、E处接收到的信号为：

其中n_D和是D和E处的复杂加性高斯白噪声，D有效地去除干扰信号项，并且得到D处的接收信号为：

计算源节点到目的节点传输链路的私密速率，重新定义了信道噪声比：

第一时隙，窃听链路的信干噪比SINR为：

D和E的瞬时SINR为：

窃听者采用最大比例合并MRC方法，窃听节点E处的信干噪比SINR为：

在基于物理层安全的中继系统中，得到私密速率如下：

所述面向无人机中继网络的安全传输增强方法构建以私密速率达到最大时为目标函数，设计干扰功率，无人机位置约束条件的优化模型：

(x_u,y_u)∈Α；

其中(x_u,y_u)表示无人机在考虑区域Α中的水平位置；

所述面向无人机中继网络的安全传输增强方法确定在无人机位置固定的条件下，遍历目的节点D，窃听者E的坐标位置，利用二分搜索算法，优化干扰功率分配方案，以最大化私密速率：在固定无人机放置的情况下，干扰功率的优化问题如下：

所述面向无人机中继网络的安全传输增强方法利用二分搜索算法求解所得的功率即当前固定无人机位置的功率分配方案，最优干扰功率为

步骤一：初始化：设置P_D的最小值和最大值，给定为P_min和P_max，其中P_min＝0；定义足够小的阈值ε；

步骤二：令R_S由第二步给出，如果则P_max＝P^*，否则P_min＝P^*；

步骤三：若|P_max-P_min|＜ε，得到最优的干扰功率P^*，完成无人机中继通信系统的功率分配策略；否则重复进行步骤二。