[发明专利]一种无线供能通信网络的信号功率优化方法

说明书

一种无线供能通信网络中利用干扰信号防窃听的信号功率优化方法，针对无线供能网络中存在一个潜在的窃听节点窃听一个特定的传感器节点的场景，本发明提出其它节点发送干扰功率使得窃听节点的窃听吞吐量低于阈值，并优化其它节点的干扰功率使得系统数据传输吞吐量最大化的方案。本发明保障了无线供能通信网络中的数据安全传输，在网络拓扑确定的情况下，通过本发明的方法能够求节点干扰功率的最优解来得出无线供能通信网络中节点数据传输的最大吞吐量。

技术领域

本发明涉及一种无线供能通信网络中利用干扰信号防窃听的信号功率优化方法，该方法适用于传感器节点能够捕获射频能量并且存在一个潜在窃听节点的无线供能通信网络。

背景技术

传统用电池供电的传感器网络存在诸多问题，有些场景下更换电池是不方便，比如应用在人体的某些测量生理特征的传感器。随着技术的发展，具有捕获环境能量的无线传感网络即将取代传统的传感器网络。在该类新型网络中，节点可以在工作的同时从周围环境吸收能量(比如太阳能、射频能量等)，从而克服传统传感器节点能源耗尽需要及时更换等的能源约束。

在该类新型无线供能通信网络中往往会存在潜在的窃听节点来对数据安全传输造成挑战。本发明考虑节点先捕获能量后根据时分复用的方式进行数据传输，网络中的潜在窃听节点在某一个节点进行数据传输的同时对该节点进行窃听，同时该网络中的其它传感器节点利用捕获到的能量对该潜在窃听节点发送干扰信号使窃听节点的窃听吞吐量低于阈值。在保证数据安全传输的前提下优化其它节点的干扰功率使得网络吞吐量最大化是一个值得研究的问题。

发明内容

为了克服现有的能量捕获无线传感网络中很少考虑安全传输的不足，本发明提供一种保障安全传输的无线供能通信网络的信号功率优化方法。

为了解决上述技术问题本发明采用如下的技术方案：

一种无线供能通信网络的信号功率优化方法，所述的优化方法包括以下步骤：

1)无线供能通信网络中包括可捕获射频能量的K个传感器节点，一个窃听节点和一个可以发射射频信号并接受传感器节点信息的混合基站，网络系统安排的时长以T为周期，分为K+1个时隙，τ₀,τ₁,τ₂,…,τ_k，在时隙τ₀，混合基站以发送功率p₀来广播射频信号，K个传感器节点先捕获能量；

2)在时隙τ₁内，节点1向混合基站传输数据，窃听节点对节点1进行窃听，节点2到节点K利用捕获到的能量以各自的干扰功率对窃听节点进行干扰，使其窃听吞吐量低于阈值R_th，以实现网络的安全通信；

所述干扰功率的取值确定过程如下：

2.1)：对于所部署的K个能量捕获传感器节点按1,2,…,K进行随机标号，分别表示为N₁,N₂,…,N_i,…,N_K，设置窃听吞吐量阈值R_th，初始化网络系统安排时长T，混合基站广播时长τ₀，时隙τ₀后节点顺序向混合基站传输信息，在时隙τ_i中，节点N_i向混合基站传输信息；

2.2)：任意传感器节点N_i，i＝1,2,…,K，在时隙τ₀捕获的能量E_i根据公式(1)计算得出；

E_i＝ξh_ip₀τ₀,i＝1,2,...,K, (1)

其中，ξ是节点N_i能量捕获效率，h_i是混合基站到节点N_i的下行链路信道增益，p₀是混合基站的发送功率；