[发明专利]一种保障物理层安全的协作通信联盟结构优化方法

摘要

本发明公开了一种保障物理层安全的协作通信联盟结构优化方法，涉及无线通信的物理层安全领域，本发明在无线通信物理层上，针对节点可能存在的行为变化，基于合作博弈，提出存在节点行为变化时，动态调整协作通信联盟结构的方法，本发明能够帮助无线区域内节点形成稳定可靠的联盟结构，降低协作通信联盟内节点自私和恶意攻击行为的影响，保证物理层安全传输，保障物理层安全性能最优。

主权项

一种保障物理层安全的协作通信联盟结构优化方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)初始状态：包含N个可靠节点形成初始联盟，S＝{n1,...,ni,nj,nk,...,nN}，定期计算联盟效益值；(2)找到效益值发生改变的节点，动态调整协作通信联盟结构，即a)分离某联盟内有节点效益发生变化，若满足脱离联盟边界条件，节点会脱离联盟独立存在，联盟结构发生改变；b)合并分离出来的小协作通信联盟依据帕累托阶合并成为其它的协作通信联盟结构，重复以上a)和b)步骤，直到迭代终止，形成稳定通信联盟结构；(3)动态调整联盟结构形成新协作联盟结构后，无线区域内节点按照新的协作通信结构发送信息；(4)当联盟内节点效益又发生变化时，进入动态调整联盟阶段，重复过程(2)—(3)；所述找到效益值发生改变的节点，动态调整协作通信联盟结构的步骤具体为：第一个阶段，源节点用户发送信息给初始联盟S内的中继节点R；第二个阶段，中继节点协作转发收到的信息至目的节点；当初始联盟S内中继节点j行为发生变化时，第二阶段协作转发的实际信息发送权重发生变化；由变为其中bj表征初始联盟内节点的行为变化；节点j完全可靠时bj的取值为1，bj表征初始联盟内节点的行为变化；若节点j存在程度为p的恶意攻击行为时，bj取值为‑p；若节点j存在程度为q的自私行为，bj取值为1‑q；联盟内节点行为的变化影响联盟安全性的效益，当联盟内节点满足：φi(S)-Ci,mi>0]]>节点并不会脱离联盟；当联盟内节点满足：φi(S)-Ci,mi<0]]>节点将脱离联盟；其中，φi(S)为用户i的效益，为节点单独存在时的安全容量；节点信息发送权重改变后，联盟S效益函数随之发生改变，联盟效益为：V(S)={φi(S)=(Ci,miS-ci(S))+,∀i∈S}---(1)]]>其中：φi(S)为用户i的效益，(·)+为取最大值；ci(S)为联盟安全容量损失，为用户i∈S传输信息给目的节点mi所能达到的最大安全速率，表示为：Ci,miS=12log2(α+(wnew)HRSwnewσ2)---(2)]]>这里：表示信息交换时目的节点mi的接收信噪比；为i节点用于信息交换的功率；为用户i与目的节点mi的信道系数；σ2是噪声功率；(wnew)H是wnew的转置矩阵；RS＝hShSH为用户i到目的节点的信道传输矩阵与其转置矩阵的乘积；当联盟内节点信息发送权重发生改变后，在协作发送的第二阶段窃听节点也能窃听到传输节点i发送的有用信息；窃听节点k获得的安全容量为两个阶段窃听到安全容量的总和，记为：C‾i,ke=12log2(β+(wnew)HRgkwnewσ2)---(3)]]>其中表示信息交换时窃听节点k的接收信噪比，gi,k为用户i到窃听节点k的信道系数，为用户i到窃听节点k的信道传输矩阵与其转置矩阵的乘积；信息发送权重变为wnew，第二阶段信息传输的发送功率为(wnew)Hwnew；联盟安全容量损失ci(S)定义为所有L个窃听节点获得安全容量的最大值，表示为：ci(S)=max(C‾i,1e,...,C‾i,ke,...,C‾i,Le)---(4).]]>