[发明专利]一种可穿戴设备数据安全传输智能调度方法

说明书

一种可穿戴设备数据安全传输智能调度方法，属于无线通信和信息安全领域。采取跨层设计结合了应用层加密技术和物理层功率控制，应用深度强化学习算法来动态优化可穿戴设备的发射功率和加密密钥长度而无需预测窃听信道模型和干扰模型。采用深度强化学习算法，通过观测数据包优先级、信道状态、接收干扰功率和误码率BER来动态优化可穿戴设备的发射功率和加密密钥长度，以达到抗主动窃听的目的。实现了跨层设计，有效提升系统的保密速率并且降低可穿戴设备的能耗。

技术领域

本发明属于无线通信和信息安全领域，具体是涉及一种可穿戴设备数据安全传输智能调度方法。

背景技术

在无线体域网中，可穿戴设备与协调器之间的数据传输易受到窃听攻击，尤其是主动窃听攻击，全双工的主动窃听者可以在窃听的同时对协调器进行干扰来获取更多的用户健康数据。通过这些数据，窃听者可以得知用户的健康状况甚至推断出用户的身份等重要的信息，所以可穿戴设备数据传输抗窃听技术对于用户隐私保护尤为重要。

加密作为传统的抗窃听技术，能够有效的抵抗窃听攻击，例如公开号为CN104507085A的中国专利提出一种基于心电信号特征的数据加密算法。该算法通过估计信道的幅度和相位作为加密密钥来降低加密时延和运算的复杂度。[K.Biswas,V.Muthukkumarasamy,and K.Singh,“An encryptionscheme using chaotic map andgenetic operations for wireless sensornetworks,”IEEE Sensors J.,vol.15,no.5,pp.2801–2809,May 2015.]提出一种轻量级加密方案。该方案采用椭圆曲线加密算法和混沌映射来加密用户的健康数据，以达到提升加密效率的目的。

此外，物理层安全技术也可以有效地抵抗窃听攻击。如公开号为CN109412750A的中国专利提出一种基于喷泉编码的安全传输方案。该方案通过数据包重要性和信道质量调整喷泉编码的结构，从而实现数据安全传输。[J.E.Barcelo-Llado,A.Morell,and G.Seco-Granados,“Amplify-and-forwardcompressed sensing as a physical-layer secrecysolution inwireless sensor networks,”IEEE Trans.Inf.Forensics Security,vol.9,no.5,pp.839–850,May 2014.]提出一种基于物理层安全的抗窃听方案。该方案利用压缩感知技术来减少窃听者的获得的信息，以达到无线传感网安全传输的目的。[N.Zhao,F.R.Yu,M.Li,and V.C.M.Leung,“Anti-eavesdroppingschemes for interference alignment(IA)-based wireless networks,”IEEETrans.Wireless Commun.,vol.15,no.8,pp.5719–5732,Aug.2016.]提出一种基于人工噪声的安全传输方案。该方案由发射机生成并发射出人工噪声干扰窃听者，在不影响合法传输的前提下提升了系统的保密性能。

发明内容

本发明的目的是利用强化学习算法动态优化可穿戴设备的发射功率和加密密钥长度，以适应用户身体移动和肢体动作造成的无线信道状态变化，解决无线体域网中主动窃听攻击，实现可穿戴设备和协调器间保密通信的一种可穿戴设备数据安全传输智能调度方法。

本发明包括以下步骤：

1)设定一个可穿戴设备通过无线网络与一个协调器相连；

2)构建深度网络；

3)协调器接收到可穿戴设备发来的传输请求消息，估计信道状态，然后估计接收到的干扰功率；

4)协调器构建当前系统观测状态s^(k)；

5)协调器将发射功率和加密密钥长度方案发送给可穿戴设备；