[发明专利]一种认知无人机中继辅助的安全传输方法及系统

说明书

本发明公开了一种认知无人机中继辅助的安全传输方法及系统，建立以无人机为中继的次级发射机到次级接收机的通信系统以及信道模型，根据次级接收机的接收信号和窃听者截取的源信息，计算次级发射机到次级接收机传输链路的保密率；构建以系统保密率为目标函数，设计无人机中继的发射功率，次级接收机发射的干扰功率，IT约束和无人机位置部署为约束条件的优化模型；在无人机位置固定的条件下，遍历次级接收机和窃听者的坐标位置，优化干扰功率分配方案，以最大化保密率；使用一种基于深度Q网络(DQN)的安全传输方案得到无人机最优部署。本发明无人机的部署灵活方便，不受复杂地形和障碍物的影响；通信适用性强、信息传输质量高。

技术领域

本发明属于无人机通信技术领域，特别涉及一种认知无人机中继辅助的安全传输方法及系统。

背景技术

目前：未来的5G网络正在急剧发展，以适应新兴技术垂直领域的各种要求，比如变得更智能，且有极高的安全性等等。认知无线电是在5G网络中实现频谱资源的智能和高效利用的关键推动因素。在认知无线电网络中，可以通过机会频谱共享实现动态频谱接入，该方法具有低能耗、低延迟和可重复部署的优点。然而，这种结配置也带来了很大的安全漏洞，包括身份验证、保密性等等。

为了扩大无线通信的应用范围，提高系统性能，将无人机技术引入到认知无线电网络中。从根本上说，无人机技术被引入到认知无线电网络中，利用其固有的机动性和灵活性优势来增强覆盖范围，同时提高系统性能，例如增加与地面用户建立视距(LoS)通信链接的可能性。无人机通常在未授权频段上作为基站和合法用户之间的半双工中继(HDR)或全双工中继(FDR)。然而，由于无线信道的开放性，无人机通信链路中的安全信息传递很容易被恶意用户窃听。在无人机辅助的认知无线电网络中，在高机动性和网络动态下的安全通信仍然是一项具有挑战性的任务。

另一方面，尽管采用无人机来增强认知无线电通信安全性的各种提议是有效的，但考虑到高机动性和网络动态性，无人机辅助认知无线电的安全通信仍然具有挑战性，传统方法可能无法有效发挥作用。对此，人工智能作为无线通信领域新兴的研究方向之一，致力于降低实现复杂度，方便设计，进一步提升通信系统的传输性能。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)无人机通常用于协助复杂多变的环境中的通信。考虑到复杂的室外环境，由于飞行环境中的不确定因素，例如：高层建筑可能会阻挡地面用户与BS之间的LOS通信链路，可能会降低无人机通信系统的可靠性，从而影响通信质量。

(2)现有的物理层安全在传统点对点的信息传输技术中，主要存在的安全问题就是通信收发两端节点被窃听。与传统的点对点信息传输技术相比，协作中继网络中将会面临更严峻的安全问题，因为经过中继节点的多路径传输过程中，信息扩散面的扩大会提高窃听者窃听保密信息的概率。

(3)现有的安全方案缺乏对实际网络潜在的不确定性的考量。

解决以上问题及缺陷的难度为：现有的安全机制基于密钥体系，物理层安全是全新的解决方案。本发明考虑的场景中，无人机中继网络采用物理层安全机制，需要对次级接收机发射的干扰信号进行合理分配。此外，设计一个深度Q网络模型提升网络性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种认知无人机中继辅助的安全传输方法及系统，以解决上述问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种认知无人机中继辅助的安全传输方法，包括以下步骤：

建立全双工无人机中继的认知无线电通信系统；

建立以无人机为中继的次级发射机到次级接收机通信系统的信道模型，根据次级接收机的接收信号和窃听者截取的源信息，计算次级发射机到次级接收机传输链路的保密率；