[发明专利]一种面向多用户的VLC/RF混合网络安全增强方法

说明书

本发明公开了一种面向多用户的VLC/RF混合网络安全增强方法，该方法针对多合法用户单窃听者构成的VLC/RF混合网络，通过联合设计用户的安全接入点选择和接入点的功率分配，来增强混合网络的物理层安全性能，形成了一个接入点功率受限、用户安全接入点选择约束条件下的多用户和安全速率最大化问题。该优化问题是一个混合整数规划问题，可分解为接入点功率分配与用户安全接入点选择两个子问题，并分别通过功率分配优化算法、基于序列形成联盟的博弈算法求解。仿真实验证实了基于序列形成联盟的博弈算法相较于接入点随机选择算法的优越性。该方法为增强多用户情况下VLC/RF混合网络的物理层安全研究提供理论依据。

技术领域

本发明涉及可见光通信和射频通信技术领域，具体是一种面向多用户的VLC/RF混合网络安全增强方法。

背景技术

目前5G已经商用，然而移动终端数量的急剧增加，高速的数据传输以及海量的APP应用使得现有射频(Radio Frequency，RF)通信的频谱资源非常紧张。作为未来6G关键技术之一的可见光通信(Visible Light Communication，VLC)可有效缓解该问题。VLC拥有无需授权的频谱资源、实现简单、部署成本低等优势，在照明的同时实现高速数据通信。然而，VLC的传输损耗与传输距离成正比，适用于短距离视距传输，通信的覆盖范围小。VLC/RF混合网络，综合利用RF的泛在覆盖特性和VLC的高速传输特性来提升系统的整体性能，目前受到了国内外研究学者的广泛关注。

另一方面，6G技术的服务愿景，不仅包括实现全覆盖、提供更多的可用频谱、引入人工智能等，重点还包括提供更好的网络安全性。因此，研究VLC/RF混合网络的安全是十分必要的。VLC/RF混合网络的通信属于无线通信，具有广播特性，所以合法用户的信息存在被窃听者窃取的情况。近几年，物理层安全逐渐成为研究的热门方向，使用波束成形、人工干扰、极化安全编码等技术来增强无线传输过程中的通信安全，不仅提供了防御窃听攻击的第一道防线，而且是传统加密技术的一个有效补充。

目前，有关VLC/RF混合网络物理层安全的研究，大多集中于单用户在不同场景下的安全问题。已有的面向多用户的VLC/RF混合网络物理层安全研究，则主要关注了多用户在协作非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access，NOMA)工作方式下VLC、RF双跳通信时的安全。

然而，在多用户通信时，用户的安全接入点选择以及接入点的功率分配对VLC/RF混合网络的安全性能提升起着非常重要的作用。一方面，如果用户处于VLC网络覆盖范围外，则只能选择RF网络进行通信；如果用户处于VLC网络和RF网络覆盖范围内，因VLC网络相较于RF网络而言提供的可达安全速率更高，所以此时用户应选择VLC网络；如果用户处于两个VLC网络重叠范围内，则应选择可达安全速率更高的VLC网络进行接入。可见，面向多用户的VLC/RF混合网络安全性能提升与用户的安全接入点选择紧密相连。另一方面，多个用户接入同一接入点时，接入点通过合理分配功率给其所关联用户，可进一步提升多用户VLC/RF混合网络的物理层安全性能。综上所述，通过联合设计用户的接入点选择和接入点的功率分配方法，来增强多用户VLC/RF混合网络的物理层安全性能，具有非常重要的研究意义。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种面向多用户的VLC/RF混合网络安全增强方法。

实现本发明目的的技术方案是：

一种面向多用户的VLC/RF混合网络安全增强方法，包括如下步骤：

1)建立VLC/RF混合网络的安全通信模型：设VLC/RF混合网络中包含多个VLC接入点和一个RF接入点，多个合法用户及一个窃听者；各个VLC接入点工作在不同频段以避免光小区间干扰；VLC接入点与RF接入点因工作频段不同而彼此之间无干扰；每个接入点具有多个发射天线；合法用户和窃听者均具有单个RF接收天线和单个光电探测器PD，以接收或检测信号；假设合法用户的位置已知而窃听者处于被动窃听状态，则每个接入点可获得合法用户的信道状态信息CSI，而只能获得窃听信道CSI的估计值；