CN104936251A - 一种基于最优功率分配的安全协作中继选择方法和*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于最优功率分配的安全协作中继选择方法和***，包括步骤S1，将安全协作通信***中能成功译码源节点信号的中继节点纳入中继节点集合Θ；步骤S2，测量并计算中继节点集合Θ中的中继节点i到所述目的节点的链路在Nakagami-m信道下的波形参数中继节点i到每个所述窃听节点的链路在Nakagami-m信道下的波形参数中继节点i到所述目的节点的链路的信噪比均值中继节点i到每个所述窃听节点的链路在Nakagami-m信道下的平均功率参数以及每个所述窃听节点处的噪声功率步骤S3，计算并选取数据转发中继节点k；本发明设计了基于最优用户功率分配的安全协作中继选择方法，具有创新和应用价值，适用于信道不稳定情况下的通信场景，并且适用于多种衰落信道。

Description

一种基于最优功率分配的安全协作中继选择方法和***

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，尤其涉及一种基于最优功率分配的安全协作中继选择方法和***。

背景技术

虽然中继协作技术给人类通信带来了很多便利，但由于其传播信道的开放性使得安全传输问题也变得越来越突出。传统保密手段以现代密码学为理论基础,通过密钥和加密算法对信息进行加密。但加密算法并不是完全不可破解的，只要窃听者获取足够多的明文，就可以采用穷举攻击的方法来破译密码，另外秘钥也可能会被泄露，所以这种保密方式遇到了很大的挑战。与此相比，物理层信息安全技术完全依靠物理层的固有特性，如信道的衰落特性和噪声，来实现保密通信，具有更高的可靠性。

基于物理层安全技术的中继选择方案的研究近年来渐渐吸引了学术界的关注，已有相关算法和方案被设计和提出。比如在带有保密限制的条件下利用窃听信道的即时信息或者平均信息建立起来的机会中继选择方案，该种方案选择合法链路与窃听链路的即时信噪比之比最大，或者合法链路的即时信噪比与窃听链路的信噪比方差的比最大的那个中继来转发信息。或者一种带有干扰节点的中继选择方案，该方案在选择中继节点来转发源节点信息的同时，还选择一个干扰节点来专门发送人为的干扰，以降低窃听链路的通信质量。相关的方法还有不少，虽然这些方案已经考虑到了物理层安全的问题，但是它们都没有考虑功率受限下情况下功率分配对中继选择的影响。因此，研究最优功率分配下的安全协作中继选择是非常必要的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，提供一种基于最优功率分配的安全协作中继选择方法和***。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于最优功率分配的安全协作中继选择方法，包括以下步骤：

步骤S1，将安全协作通信***中能成功译码源节点信号的中继节点纳入中继节点集合Θ；所述安全协作通信***包括一个源节点、一个目的节点、N个中继节点和R个窃听节点，所述安全协作通信***采用Nakagami-m信道，假设能成功译码来自源节点信号的中继节点为M个，则M≤N，M、N和R均为大于零的整数；

步骤S2，测量并计算所需参数，所需参数包括所述中继节点集合Θ中的中继节点i到所述目的节点的链路在Nakagami-m信道下的波形参数中继节点i到窃听节点j的链路在Nakagami-m信道下的波形参数中继节点i到所述目的节点的链路的信噪比均值中继节点i到窃听节点j的链路在Nakagami-m信道下的平均功率参数以及窃听节点j处的噪声功率其中所述中继节点i表示中继节点集合Θ中第i个中继节点，且i≤M，窃听节点j表示第j个窃听节点，且j≤R，i和j均为大于零的整数；

步骤S3，根据步骤S2的计算结果，计算并选取数据转发中继节点k，所述数据转发中继节点k为进行数据中继转发的中继节点k，且所述中继节点k表示中继节点集合Θ中第k个中继节点，k为大于零的整数且k≤M。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步地，步骤S1中，所述窃听节点为除所述源节点、所述中继节点和所述目的节点之外的其他节点，所述窃听节点接收不到来自所述源节点的直接链路信号，所述窃听节点只能窃听到来自所述中继节点的信号，所述源节点、所述目的节点、所述中继节点和所述窃听节点均配置导频信道。

进一步地，步骤S3中，计算每个所述窃听节点对应的待选择中继节点k_j，k_j表示第j个窃听节点对应的待选择中继节点；其中

$k_j=\underset{i\&Element;\mathrm{\&Theta;}}{\arg }\mathrm{Max}\left\{C_s^{(i,j)}\right\},$ 且 $C_s^{(i,j)}=<C_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}>-<C_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}>;$

$\begin{array}{c}<C_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}>=B{\&Integral;}_0^{+\&Proportional;}{\&Integral;}_0^{+\&infin;}\frac{m_{\mathrm{RD}}^{{\left(i\right)}^{m_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}}{m}_{\mathrm{RE}}^{{(i,j)}^{m_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}}}{\left({\mathrm{\&sigma;}}_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}\right)}^{{2m}_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}}{\left({\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}\right)}^{m_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}-1}}{\mathrm{\&Gamma;}\left(m_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}\right)\mathrm{\&Gamma;}\left(m_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}\right){\left({\mathrm{\&Omega;}}_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}\right)}^{m_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}}{\left(\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}\right)}^{m_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}\stackrel{\&OverBar;}{P_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}}{\left(\frac{1}{P_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}\right)}^{m_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}}{(\frac{1}{{\mathrm{\&gamma;}}_o^{(i,\mathrm{RD})}}-\frac{P_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}{\stackrel{\&OverBar;}{P_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}})}^{{-m}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}-1}\\ \&times;\exp (-\frac{m_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}{\left({\mathrm{\&sigma;}}_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}\right)}^2{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}}{{\mathrm{\&Omega;}}_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}{P}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}-\frac{m_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}{\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}}\frac{{\mathrm{\&gamma;}}_o^{(i,\mathrm{RD})}\stackrel{\&OverBar;}{P_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}}{\stackrel{\&OverBar;}{P_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}-{\mathrm{\&gamma;}}_o^{(i,\mathrm{RD})}{P}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}){\log }_2(1+{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}){\mathrm{d\&gamma;}}_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}{\mathrm{dP}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)};\\ <C_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}>=B{\&Integral;}_0^{+\&Proportional;}\left(\frac{m_{\mathrm{RD}}^{{\left(i\right)}^{m_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}}}{\mathrm{\&Gamma;}\left(m_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}\right){\left(\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}\right)}^{m_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}}\right){\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{{\left(i\right)}^{m_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}-1}}{e}^{-\frac{m_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}{\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}}{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}{\log }_2(1+{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}){\mathrm{d\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)};\end{array}$

为对应第j个窃听节点的中继节点i的安全容量，为中继节点i到目的节点的链路的容量均值；为中继节点i到窃听节点j的链路的容量均值；B为安全协作通信***的带宽；Γ()为伽马函数；为中继节点i到目的节点的链路在Nakagami-m信道下的波形参数；为中继节点i到窃听节点j的链路在Nakagami-m信道下的波形参数；为中继节点i到窃听节点j的链路在Nakagami-m信道下的平均功率参数；为中继节点i到目的节点的链路的信噪比；为中继节点i到窃听节点j的链路的信噪比；为中继节点i到目的节点的链路的信噪比均值；为中继节点i到目的节点的链路的发射功率；为中继节点i到目的节点的链路的平均功率限制；为中继节点i到窃听节点j的链路在窃听节点j处的噪声功率；为中继节点i到目的节点的链路的中断门限；由 ${\&Integral;}_{{\mathrm{\&gamma;}}_o^{(i,\mathrm{RD})}}^{+\&infin;}(\frac{1}{{\mathrm{\&gamma;}}_o^{(i,\mathrm{RD})}}-\frac{1}{{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}})f_{{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}\left({\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}\right){\mathrm{d\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}=1$ 确定；为Nakagami-m信道下的概率密度函数；

当所述窃听节点为一个时，此时R＝1，j＝1，计算得出的该窃听节点对应的待选择中继节点k₁即为所述数据转发中继节点k。

进一步地，当所述窃听节点为多个时，即R≥2时，计算每个所述窃听节点对应的待选择中继节点k_j；

当计算出的所有窃听节点对应的待选择中继节点相同时，则所有窃听节点对应的待选择中继节点即为所述数据转发中继节点k；

当计算出的所有窃听节点对应的待选择中继节点各不相同时，选择待选择中继节点中安全容量最大的中继节点为所述数据转发中继节点k；

当计算出的所有窃听节点对应的待选择中继节点中有部分相同的待选择中继节点时，求相同待选择中继节点的安全容量的和值以及剩余不相同待选择中继节点的安全容量，选择所述安全容量的和值或者安全容量值最大的待选择中继节点为所述数据转发中继节点k。

进一步地，步骤S3中，当中继节点i到目的节点的链路的信噪比值低于中断门限时，中继节点i停止传输数据。

本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：一种基于最优功率分配的安全协作中继选择***，包括中继节点集合构建模块、参数计算模块以及数据转发中继节点计算模块；

所述中继节点集合构建模块用于将安全协作通信***中能成功译码源节点信号的中继节点纳入中继节点集合Θ；所述安全协作通信***包括一个源节点、一个目的节点、N个中继节点和R个窃听节点，所述安全协作通信***采用Nakagami-m信道，假设能成功译码来自源节点信号的中继节点为M个，则M≤N，M、N和R均为大于零的整数；

所述参数计算模块用于测量并计算所需参数，所需参数包括所述中继节点集合Θ中的中继节点i到所述目的节点的链路在Nakagami-m信道下的波形参数中继节点i到窃听节点j的链路在Nakagami-m信道下的波形参数中继节点i到所述目的节点的链路的信噪比均值中继节点i到窃听节点j的链路在Nakagami-m信道下的平均功率参数以及窃听节点j处的噪声功率其中所述中继节点i表示中继节点集合Θ中第i个中继节点，且i≤M，窃听节点j表示第j个窃听节点，且j≤R，i和j均为大于零的整数；

所述数据转发中继节点计算模块用于根据所述参数计算模块的计算结果，计算并选取数据转发中继节点k，所述数据转发中继节点k为进行数据中继转发的中继节点k，且所述中继节点k表示中继节点集合Θ中第k个中继节点，k为大于零的整数且k≤M。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步地，所述窃听节点为除所述源节点、所述中继节点和所述目的节点之外的其他节点，所述窃听节点接收不到来自所述源节点的直接链路信号，所述窃听节点只能窃听到来自所述中继节点的信号，所述源节点、所述目的节点、所述中继节点和所述窃听节点均配置导频信道。

进一步地，计算每个所述窃听节点对应的待选择中继节点k_j，k_j表示第j个窃听节点对应的待选择中继节点；其中

$k_j=\underset{i\&Element;\mathrm{\&Theta;}}{\arg }\mathrm{Max}\left\{C_s^{(i,j)}\right\},$ 且 $C_s^{(i,j)}=<C_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}>-<C_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}>;$

$\begin{array}{c}<C_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}>=B{\&Integral;}_0^{+\&Proportional;}{\&Integral;}_0^{+\&infin;}\frac{m_{\mathrm{RD}}^{{\left(i\right)}^{m_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}}{m}_{\mathrm{RE}}^{{(i,j)}^{m_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}}}{\left({\mathrm{\&sigma;}}_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}\right)}^{{2m}_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}}{\left({\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}\right)}^{m_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}-1}}{\mathrm{\&Gamma;}\left(m_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}\right)\mathrm{\&Gamma;}\left(m_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}\right){\left({\mathrm{\&Omega;}}_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}\right)}^{m_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}}{\left(\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}\right)}^{m_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}\stackrel{\&OverBar;}{P_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}}{\left(\frac{1}{P_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}\right)}^{m_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}}{(\frac{1}{{\mathrm{\&gamma;}}_o^{(i,\mathrm{RD})}}-\frac{P_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}{\stackrel{\&OverBar;}{P_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}})}^{{-m}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}-1}\\ \&times;\exp (-\frac{m_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}{\left({\mathrm{\&sigma;}}_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}\right)}^2{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}}{{\mathrm{\&Omega;}}_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}{P}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}-\frac{m_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}{\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}}\frac{{\mathrm{\&gamma;}}_o^{(i,\mathrm{RD})}\stackrel{\&OverBar;}{P_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}}{\stackrel{\&OverBar;}{P_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}-{\mathrm{\&gamma;}}_o^{(i,\mathrm{RD})}{P}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}){\log }_2(1+{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}){\mathrm{d\&gamma;}}_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}{\mathrm{dP}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)};\\ <C_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}>=B{\&Integral;}_0^{+\&Proportional;}\left(\frac{m_{\mathrm{RD}}^{{\left(i\right)}^{m_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}}}{\mathrm{\&Gamma;}\left(m_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}\right){\left(\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}\right)}^{m_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}}\right){\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{{\left(i\right)}^{m_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}-1}}{e}^{-\frac{m_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}{\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}}{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}{\log }_2(1+{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}){\mathrm{d\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)};\end{array}$

为对应第j个窃听节点的中继节点i的安全容量，为中继节点i到目的节点的链路的容量均值；为中继节点i到窃听节点j的链路的容量均值；B为安全协作通信***的带宽；Γ()为伽马函数；为中继节点i到目的节点的链路在Nakagami-m信道下的波形参数；为中继节点i到窃听节点j的链路在Nakagami-m信道下的波形参数；为中继节点i到窃听节点j的链路在Nakagami-m信道下的平均功率参数；为中继节点i到目的节点的链路的信噪比；为中继节点i到窃听节点j的链路的信噪比；为中继节点i到目的节点的链路的信噪比均值；为中继节点i到目的节点的链路的发射功率；为中继节点i到目的节点的链路的平均功率限制；为中继节点i到窃听节点j的链路在窃听节点处的噪声功率；为中继节点i到目的节点的链路的中断门限；由 ${\&Integral;}_{{\mathrm{\&gamma;}}_o^{(i,\mathrm{RD})}}^{+\&infin;}(\frac{1}{{\mathrm{\&gamma;}}_o^{(i,\mathrm{RD})}}-\frac{1}{{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}})f_{{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}\left({\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}\right){\mathrm{d\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}=1$ 确定；为Nakagami-m信道下的概率密度函数；

当所述窃听节点为一个时，此时R＝1，j＝1，计算得出的该窃听节点对应的待选择中继节点k₁即为所述数据转发中继节点k。

进一步地，当所述窃听节点为多个时，即R≥2时，计算每个所述窃听节点对应的待选择中继节点k_j；

当计算出的所有窃听节点对应的待选择中继节点相同时，则所有窃听节点对应的待选择中继节点即为所述数据转发中继节点k；

当计算出的所有窃听节点对应的待选择中继节点各不相同时，选择待选择中继节点中安全容量最大的中继节点为所述数据转发中继节点k；

当计算出的所有窃听节点对应的待选择中继节点中有部分相同的待选择中继节点时，求相同待选择中继节点的安全容量的和值以及剩余不相同待选择中继节点的安全容量，选择所述安全容量的和值或者安全容量值最大的待选择中继节点为所述数据转发中继节点k。

进一步地，当中继节点i到目的节点的链路的信噪比值低于中断门限时，中继节点i停止传输数据。

本发明的有益效果是：(1)本发明方法考虑了功率受限这一实际***应用中的关键因素，设计了基于最优用户功率分配的安全协作中继选择方法，具有创新和应用价值；(2)本发明采用容量均值作为计算安全容量的依据，降低了中继切换的频度和***实现复杂度，尤其适用于信道不稳定情况下的通信场景；(3)本发明的主要思路不仅适用于Nakagami-m衰落信道，同样适用于其它衰落信道。

附图说明

图1为本发明所述基于最优功率分配的安全协作中继选择方法的流程图；

图2为本发明所述基于最优功率分配的安全协作中继选择***的结构图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，一种基于最优功率分配的安全协作中继选择方法，包括以下步骤：

步骤S1，将安全协作通信***中能成功译码源节点信号的中继节点纳入中继节点集合Θ；所述安全协作通信***包括一个源节点、一个目的节点、N个中继节点和R个窃听节点，其中窃听节点为除源节点、中继节点、目的节点之外的任何节点，采用Nakagami-m信道，假设窃听节点接收不到来自源节点的直接链路信号，窃听节点只能窃听到来自中继节点的信号，其中源节点、目的节点、中继节点和窃听节点均配置导频信道。假设能成功译码来自源节点信号的中继节点为M个，则M≤N，M、N和R均为大于零的整数。

步骤S2，测量并计算所需参数，所需参数包括所述中继节点集合Θ中的中继节点i到所述目的节点的链路在Nakagami-m信道下的波形参数中继节点i到窃听节点j的链路在Nakagami-m信道下的波形参数中继节点i到所述目的节点的链路的信噪比均值中继节点i到窃听节点j的链路在Nakagami-m信道下的平均功率参数以及窃听节点j处的噪声功率其中所述中继节点i表示中继节点集合Θ中第i个中继节点，且i≤M，窃听节点j表示第j个窃听节点，且j≤R，i和j均为大于零的整数。以上参数的测量计算方法为已有成果，不再赘述。

步骤S3，根据步骤S2的计算结果，计算并选取数据转发中继节点k，所述数据转发中继节点k为进行数据中继转发的中继节点k，且所述中继节点k表示中继节点集合Θ中第k个中继节点，k≤M。

计算每个所述窃听节点对应的待选择中继节点k_j，其中j表示第j个窃听节点，假设所述窃听节点为R个，R为大于零的整数，则j≤R，k_j表示第j个窃听节点对应的待选择中继节点；其中

$k_j=\underset{i\&Element;\mathrm{\&Theta;}}{\arg }\mathrm{Max}\left\{C_s^{(i,j)}\right\},$ 且 $C_s^{(i,j)}=<C_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}>-<C_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}>;$

$\begin{array}{c}<C_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}>=B{\&Integral;}_0^{+\&Proportional;}{\&Integral;}_0^{+\&infin;}\frac{m_{\mathrm{RD}}^{{\left(i\right)}^{m_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}}{m}_{\mathrm{RE}}^{{(i,j)}^{m_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}}}{\left({\mathrm{\&sigma;}}_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}\right)}^{{2m}_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}}{\left({\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}\right)}^{m_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}-1}}{\mathrm{\&Gamma;}\left(m_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}\right)\mathrm{\&Gamma;}\left(m_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}\right){\left({\mathrm{\&Omega;}}_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}\right)}^{m_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}}{\left(\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}\right)}^{m_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}\stackrel{\&OverBar;}{P_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}}{\left(\frac{1}{P_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}\right)}^{m_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}}{(\frac{1}{{\mathrm{\&gamma;}}_o^{(i,\mathrm{RD})}}-\frac{P_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}{\stackrel{\&OverBar;}{P_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}})}^{{-m}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}-1}\\ \&times;\exp (-\frac{m_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}{\left({\mathrm{\&sigma;}}_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}\right)}^2{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}}{{\mathrm{\&Omega;}}_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}{P}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}-\frac{m_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}{\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}}\frac{{\mathrm{\&gamma;}}_o^{(i,\mathrm{RD})}\stackrel{\&OverBar;}{P_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}}{\stackrel{\&OverBar;}{P_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}-{\mathrm{\&gamma;}}_o^{(i,\mathrm{RD})}{P}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}){\log }_2(1+{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}){\mathrm{d\&gamma;}}_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}{\mathrm{dP}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)};\\ <C_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}>=B{\&Integral;}_0^{+\&Proportional;}\left(\frac{m_{\mathrm{RD}}^{{\left(i\right)}^{m_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}}}{\mathrm{\&Gamma;}\left(m_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}\right){\left(\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}\right)}^{m_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}}\right){\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{{\left(i\right)}^{m_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}-1}}{e}^{-\frac{m_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}{\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}}{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}{\log }_2(1+{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}){\mathrm{d\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)};\end{array}$

为对应第j个窃听节点的中继节点i的安全容量，为中继节点i到目的节点的链路的容量均值；为中继节点i到窃听节点j的链路的容量均值；B为安全协作通信***的带宽；Γ()为伽马函数；为中继节点i到目的节点的链路在Nakagami-m信道下的波形参数；为中继节点i到窃听节点j的链路在Nakagami-m信道下的波形参数；为中继节点i到窃听节点j的链路在Nakagami-m信道下的平均功率参数；为中继节点i到目的节点的链路的信噪比；为中继节点i到窃听节点j的链路的信噪比；为中继节点i到目的节点的链路的信噪比均值；为中继节点i到目的节点的链路的发射功率；为中继节点i到目的节点的链路的平均功率限制；为中继节点i到窃听节点j的链路在窃听节点j处的噪声功率；为中继节点i到目的节点的链路的中断门限；当中继节点i到目的节点的链路的信噪比值低于中断门限时，中继节点i停止传输数据；由 ${\&Integral;}_{{\mathrm{\&gamma;}}_o^{(i,\mathrm{RD})}}^{+\&infin;}(\frac{1}{{\mathrm{\&gamma;}}_o^{(i,\mathrm{RD})}}-\frac{1}{{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}})f_{{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}\left({\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}\right){\mathrm{d\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}=1$ 确定；为Nakagami-m信道下的概率密度函数；已经有研究成果可供利用，不再赘述。

需要指出的是，当时，中继节点i到目的节点的链路的Nakagami-m信道蜕变为瑞利信道，因此本发明方法同样适用于瑞利信道。

当所述窃听节点为一个时，此时R＝1，j＝1，计算得出的该窃听节点对应的待选择中继节点k₁即为所述数据转发中继节点k。

当所述窃听节点为多个时，即R≥2时，计算每个所述窃听节点对应的待选择中继节点k_j；

当计算出的所有窃听节点对应的待选择中继节点相同时，则所有窃听节点对应的待选择中继节点即为所述数据转发中继节点k；

当计算出的所有窃听节点对应的待选择中继节点各不相同时，选择待选择中继节点中安全容量最大的中继节点为所述数据转发中继节点k；

当计算出的所有窃听节点对应的待选择中继节点中有部分相同的待选择中继节点时，求相同待选择中继节点的安全容量的和值以及剩余不相同待选择中继节点的安全容量，选择所述安全容量的和值或者安全容量值最大的待选择中继节点为所述数据转发中继节点k。

在没有做限定修饰的情况下，本发明方法中的“信噪比”均指“即时信噪比”。

本发明的主要思路不仅适用于Nakagami-m衰落信道，同样适用于其它衰落信道，区别在于不同信道的参数有所区别，推导得到的公式形式有所区别，但是推导过程是相同的。

下面给出具体实施例用以说明本发明的应用效果。

本实施例的安全协作通信***由1个源节点、3个中继节点、1个目的节点和1个窃听节点(j＝1)构成，窃听节点和目的节点远离源节点，窃听节点只能窃听来自中继节点的信息；采用Nakagami-m信道，***带宽为2MHz。

(1)经检测发现，中继节点1、中继节点2、中继节点3均能成功译码来自源节点的信号，因此3个中继节点构成中继节点集合Θ；

(2)中继节点集合Θ中的各中继节点分别测量来自目的节点和窃听节点的导频信号，计算得到： $m_{\mathrm{RD}}^{\left(1\right)}=2.5,m_{\mathrm{RE}}^{\left(\mathrm{1,1}\right)}=1.0;m_{\mathrm{RD}}^{\left(2\right)}=2.0,m_{\mathrm{RE}}^{\left(\mathrm{2,1}\right)}=1.5;m_{\mathrm{RD}}^{\left(3\right)}=1.5,$ $m_{\mathrm{RE}}^{\left(\mathrm{3,1}\right)}=2.0;{\mathrm{\&Omega;}}_{\mathrm{RE}}^{\left(\mathrm{1,1}\right)}=2.8\&times;{10}^{-11},{\mathrm{\&Omega;}}_{\mathrm{RE}}^{\left(\mathrm{2,1}\right)}=2.6\&times;{10}^{-11},{\mathrm{\&Omega;}}_{\mathrm{RE}}^{\left(\mathrm{3,1}\right)}=2.3\&times;{10}^{-11};\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(1\right)}}={10}^{1.8},\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(2\right)}}={10}^{1.3},$ $\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(3\right)}}=10;\stackrel{\&OverBar;}{P_{\mathrm{RD}}^{\left(1\right)}}=\stackrel{\&OverBar;}{P_{\mathrm{RD}}^{\left(2\right)}}=\stackrel{\&OverBar;}{P_{\mathrm{RD}}^{\left(3\right)}}=1;{\left({\mathrm{\&sigma;}}_{\mathrm{RE}}^{\left(\mathrm{1,1}\right)}\right)}^2={\left({\mathrm{\&sigma;}}_{\mathrm{RE}}^{\left(\mathrm{2,1}\right)}\right)}^2={\left({\mathrm{\&sigma;}}_{\mathrm{RE}}^{\left(\mathrm{3,1}\right)}\right)}^2={10}^{-14}.$ 并由 ${\&Integral;}_{{\mathrm{\&gamma;}}_o^{(i,\mathrm{RD})}}^{+\&infin;}(\frac{1}{{\mathrm{\&gamma;}}_o^{(i,\mathrm{RD})}}-\frac{1}{{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}})f_{{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}\left({\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}\right){\mathrm{d\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}=1$ 计算得到 ${\mathrm{\&gamma;}}_o^{(1,\mathrm{RD})}=0.97,{\mathrm{\&gamma;}}_o^{(2,\mathrm{RD})}=0.96,{\mathrm{\&gamma;}}_o^{(3,\mathrm{RD})}=0.91.$

(3)根据以下公式：

$<C_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}>=B{\&Integral;}_0^{+\&Proportional;}{\&Integral;}_0^{+\&infin;}\frac{m_{\mathrm{RD}}^{{\left(i\right)}^{m_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}}{m}_{\mathrm{RE}}^{{(i,j)}^{m_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}}}{\left({\mathrm{\&sigma;}}_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}\right)}^{{2m}_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}}{\left({\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}\right)}^{m_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}-1}}{\mathrm{\&Gamma;}\left(m_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}\right)\mathrm{\&Gamma;}\left(m_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}\right){\left({\mathrm{\&Omega;}}_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}\right)}^{m_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}}{\left(\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}\right)}^{m_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}\stackrel{\&OverBar;}{P_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}}{\left(\frac{1}{P_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}\right)}^{m_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}}{(\frac{1}{{\mathrm{\&gamma;}}_o^{(i,\mathrm{RD})}}-\frac{P_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}{\stackrel{\&OverBar;}{P_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}})}^{-m_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}-1}$

$\begin{array}{c}\&times;\exp (-\frac{m_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}{\left({\mathrm{\&sigma;}}_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}\right)}^2{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}}{{\mathrm{\&Omega;}}_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}{P}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}-\frac{m_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}{\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}}\frac{{\mathrm{\&gamma;}}_o^{(i,\mathrm{RD})}\stackrel{\&OverBar;}{P_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}}{\stackrel{\&OverBar;}{P_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}-{\mathrm{\&gamma;}}_o^{(i,\mathrm{RD})}{P}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}){\log }_2(1+{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}){\mathrm{d\&gamma;}}_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}{\mathrm{dP}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)};\\ <C_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}>=B{\&Integral;}_0^{+\&Proportional;}\left(\frac{m_{\mathrm{RD}}^{{\left(i\right)}^{m_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}}}{\mathrm{\&Gamma;}\left(m_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}\right){\left(\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}\right)}^{m_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}}\right){\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{{\left(i\right)}^{m_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}-1}}{e}^{-\frac{m_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}{\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}}{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}{\log }_2(1+{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}){\mathrm{d\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)};\end{array}$

分别计算得到 $<C_{\mathrm{RE}}^{\left(\mathrm{1,1}\right)}>=10.49\mathrm{Mbit}/s,<C_{\mathrm{RE}}^{\left(\mathrm{2,1}\right)}>=6.32\mathrm{Mbit}/s,<C_{\mathrm{RE}}^{\left(\mathrm{3,1}\right)}>=3.44\mathrm{Mbit}/s,$ $<C_{\mathrm{RD}}^{\left(1\right)}>=11.42\mathrm{Mbit}/s,<C_{\mathrm{RD}}^{\left(2\right)}>=8.11\mathrm{Mbit}/s,<C_{\mathrm{RD}}^{\left(3\right)}>=6.15\mathrm{Mbit}/s.$ 于是，根据计算得到k₁＝3，应该选择中继节点3进行数据转发。

通过上述基于最优功率分配的安全协作中继选择的方法，相应的构建了一种基于最优功率分配的安全协作中继选择***，如图2所示，一种基于最优功率分配的安全协作中继选择***，包括中继节点集合构建模块、参数计算模块以及数据转发中继节点计算模块；

所述中继节点集合构建模块用于将安全协作通信***中能成功译码源节点信号的中继节点纳入中继节点集合Θ；所述安全协作通信***包括一个源节点、一个目的节点、N个中继节点和R个窃听节点，所述安全协作通信***采用Nakagami-m信道，假设能成功译码来自源节点信号的中继节点为M个，则M≤N，M、N和R均为大于零的整数；

所述参数计算模块用于测量并计算所需参数，所需参数包括所述中继节点集合Θ中的中继节点i到所述目的节点的链路在Nakagami-m信道下的波形参数中继节点i到窃听节点j的链路在Nakagami-m信道下的波形参数中继节点i到所述目的节点的链路的信噪比均值中继节点i到窃听节点j的链路在Nakagami-m信道下的平均功率参数以及窃听节点j处的噪声功率其中所述中继节点i表示中继节点集合Θ中第i个中继节点，且i≤M，窃听节点j表示第j个窃听节点，且j≤R，i和j均为大于零的整数；

所述数据转发中继节点计算模块用于根据所述参数计算模块的计算结果，计算并选取数据转发中继节点k，所述数据转发中继节点k为进行数据中继转发的中继节点k，且所述中继节点k表示中继节点集合Θ中第k个中继节点，k为大于零的整数且k≤M。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于最优功率分配的安全协作中继选择方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，将安全协作通信***中能成功译码源节点信号的中继节点纳入中继节点集合Θ；所述安全协作通信***包括一个源节点、一个目的节点、N个中继节点和R个窃听节点，所述安全协作通信***采用Nakagami-m信道，假设能成功译码来自源节点信号的中继节点为M个，则M≤N，M、N和R均为大于零的整数；

步骤S2，测量并计算所需参数，所需参数包括所述中继节点集合Θ中的中继节点i到所述目的节点的链路在Nakagami-m信道下的波形参数中继节点i到窃听节点j的链路在Nakagami-m信道下的波形参数中继节点i到所述目的节点的链路的信噪比均值中继节点i到窃听节点j的链路在Nakagami-m信道下的平均功率参数以及窃听节点j处的噪声功率其中所述中继节点i表示中继节点集合Θ中第i个中继节点，且i≤M，窃听节点j表示第j个窃听节点，且j≤R，i和j均为大于零的整数；

步骤S3，根据步骤S2的计算结果，计算并选取数据转发中继节点k，所述数据转发中继节点k为进行数据中继转发的中继节点k，且所述中继节点k表示中继节点集合Θ中第k个中继节点，k为大于零的整数且k≤M。

2.根据权利要求1所述的基于最优功率分配的安全协作中继选择方法，其特征在于，步骤S1中，所述窃听节点为除所述源节点、所述中继节点和所述目的节点之外的其他节点，所述窃听节点接收不到来自所述源节点的直接链路信号，所述窃听节点只能窃听到来自所述中继节点的信号，所述源节点、所述目的节点、所述中继节点和所述窃听节点均配置导频信道。

3.根据权利要求1所述的基于最优功率分配的安全协作中继选择方法，其特征在于，步骤S3中，计算每个所述窃听节点对应的待选择中继节点k_j，k_j表示第j个窃听节点对应的待选择中继节点；其中

$k_j=\underset{i\&Element;\mathrm{\&Theta;}}{\arg }\mathrm{Max}\left\{C_x^{(i,j)}\right\},$ 且 $C_s^{(i,j)}=\&lang;C_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}\&rang;-\&lang;C_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}\&rang;;$

$\begin{array}{c}\&lang;C_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}\&rang;=B{\&Integral;}_0^{+\&infin;}{\&Integral;}_0^{+\&infin;}\frac{m_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)m_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}{m}_{\mathrm{RE}}^{(i,j)m_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}}{\left({\mathrm{\&sigma;}}_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}\right)}^{2m_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}}{\left({\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}\right)}^{m_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}-1}}{\mathrm{\&Gamma;}\left(m_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}\right)\mathrm{\&Gamma;}\left(m_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}\right){\left({\mathrm{\&Omega;}}_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}\right)}^{m_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}}{\left(\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}\right)}^{m_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}\stackrel{\&OverBar;}{P_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}}{\left(\frac{1}{P_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}\right)}^{m_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}}{(\frac{1}{{\mathrm{\&gamma;}}_o^{(i,\mathrm{RD})}}-\frac{P_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}{P_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}})}^{-m_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}-1}\\ \&times;\exp (-\frac{m_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}{\left({\mathrm{\&sigma;}}_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}\right)}^2{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}}{{\mathrm{\&Omega;}}_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}{P}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}-\frac{m_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}{{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}\frac{{\mathrm{\&gamma;}}_o^{(i,\mathrm{RD})}\stackrel{\&OverBar;}{P_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}}{\stackrel{\&OverBar;}{P_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}-{\mathrm{\&gamma;}}_o^{(i,\mathrm{RD})}{P}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}){\log }_2(1+{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RE}}^{(i,j)})d{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}{\mathrm{dP}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)};\\ \&lang;C_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}\&rang;=B{\&Integral;}_0^{+\&infin;}\left(\frac{m_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)m_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}}{\mathrm{\&Gamma;}\left(m_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}\right){\left(\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}\right)}^{m_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}}\right){\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)m_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}-1}{e}^{-\frac{m_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}{{\mathrm{\&gamma;}}_{\text{RD}}^{\left(i\right)}}{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}{\log }_2(1+{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)})d{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)};\end{array}$

为对应第j个窃听节点的中继节点i的安全容量，为中继节点i到目的节点的链路的容量均值；为中继节点i到窃听节点j的链路的容量均值；B为安全协作通信***的带宽；Γ()为伽马函数；为中继节点i到目的节点的链路在Nakagami-m信道下的波形参数；为中继节点i到窃听节点j的链路在Nakagami-m信道下的波形参数；为中继节点i到窃听节点j的链路在Nakagami-m信道下的平均功率参数；为中继节点i到目的节点的链路的信噪比；为中继节点i到窃听节点j的链路的信噪比；为中继节点i到目的节点的链路的信噪比均值；为中继节点i到目的节点的链路的发射功率；为中继节点i到目的节点的链路的平均功率限制；为中继节点i到窃听节点j的链路在窃听节点j处的噪声功率；为中继节点i到目的节点的链路的中断门限；由 ${\&Integral;}_{{\mathrm{\&gamma;}}_o^{(i,\mathrm{RD})}}^{+\&infin;}(\frac{1}{{\mathrm{\&gamma;}}_o^{(i,\mathrm{RD})}}-\frac{1}{{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}})f_{{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}\left({\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}\right)d{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}=1$ 确定；为Nakagami-m信道下的概率密度函数；

当所述窃听节点为一个时，此时R＝1，j＝1，计算得出的该窃听节点对应的待选择中继节点k₁即为所述数据转发中继节点k。

4.根据权利要求3所述的基于最优功率分配的安全协作中继选择方法，其特征在于，当所述窃听节点为多个时，即R≥2时，计算每个所述窃听节点对应的待选择中继节点k_j；

当计算出的所有窃听节点对应的待选择中继节点相同时，则所有窃听节点对应的待选择中继节点即为所述数据转发中继节点k；

当计算出的所有窃听节点对应的待选择中继节点各不相同时，选择待选择中继节点中安全容量最大的中继节点为所述数据转发中继节点k；

当计算出的所有窃听节点对应的待选择中继节点中有部分相同的待选择中继节点时，求相同待选择中继节点的安全容量的和值以及剩余不相同待选择中继节点的安全容量，选择所述安全容量的和值或者安全容量值最大的待选择中继节点为所述数据转发中继节点k。

5.根据权利要求2所述的基于最优功率分配的安全协作中继选择方法，其特征在于，步骤S3中，当中继节点i到目的节点的链路的信噪比值低于中断门限时，中继节点i停止传输数据。

6.一种基于最优功率分配的安全协作中继选择***，其特征在于，包括中继节点集合构建模块、参数计算模块以及数据转发中继节点计算模块；

所述中继节点集合构建模块用于将安全协作通信***中能成功译码源节点信号的中继节点纳入中继节点集合Θ；所述安全协作通信***包括一个源节点、一个目的节点、N个中继节点和R个窃听节点，所述安全协作通信***采用Nakagami-m信道，假设能成功译码来自源节点信号的中继节点为M个，则M≤N，M、N和R均为大于零的整数；

所述参数计算模块用于测量并计算所需参数，所需参数包括所述中继节点集合Θ中的中继节点i到所述目的节点的链路在Nakagami-m信道下的波形参数中继节点i到窃听节点j的链路在Nakagami-m信道下的波形参数中继节点i到所述目的节点的链路的信噪比均值中继节点i到窃听节点j的链路在Nakagami-m信道下的平均功率参数以及窃听节点j处的噪声功率其中所述中继节点i表示中继节点集合Θ中第i个中继节点，且i≤M，窃听节点j表示第j个窃听节点，且j≤R，i和j均为大于零的整数；

所述数据转发中继节点计算模块用于根据所述参数计算模块的计算结果，计算并选取数据转发中继节点k，所述数据转发中继节点k为进行数据中继转发的中继节点k，且所述中继节点k表示中继节点集合Θ中第k个中继节点，k为大于零的整数且k≤M。

7.根据权利要求6所述的基于最优功率分配的安全协作中继选择***，其特征在于，所述窃听节点为除所述源节点、所述中继节点和所述目的节点之外的其他节点，所述窃听节点接收不到来自所述源节点的直接链路信号，所述窃听节点只能窃听到来自所述中继节点的信号，所述源节点、所述目的节点、所述中继节点和所述窃听节点均配置导频信道。

8.根据权利要求6所述的基于最优功率分配的安全协作中继选择***，其特征在于，计算每个所述窃听节点对应的待选择中继节点k_j，k_j表示第j个窃听节点对应的待选择中继节点；其中

$k_j=\underset{i\&Element;\mathrm{\&Theta;}}{\arg }\mathrm{Max}\left\{C_x^{(i,j)}\right\},$ 且 $C_s^{(i,j)}=\&lang;C_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}\&rang;-\&lang;C_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}\&rang;;$

$\begin{array}{c}\&lang;C_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}\&rang;=B{\&Integral;}_0^{+\&infin;}{\&Integral;}_0^{+\&infin;}\frac{m_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)m_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}{m}_{\mathrm{RE}}^{(i,j)m_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}}{\left({\mathrm{\&sigma;}}_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}\right)}^{2m_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}}{\left({\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}\right)}^{m_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}-1}}{\mathrm{\&Gamma;}\left(m_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}\right)\mathrm{\&Gamma;}\left(m_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}\right){\left({\mathrm{\&Omega;}}_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}\right)}^{m_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}}{\left(\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}\right)}^{m_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}\stackrel{\&OverBar;}{P_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}}{\left(\frac{1}{P_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}\right)}^{m_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}}{(\frac{1}{{\mathrm{\&gamma;}}_o^{(i,\mathrm{RD})}}-\frac{P_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}{P_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}})}^{-m_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}-1}\\ \&times;\exp (-\frac{m_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}{\left({\mathrm{\&sigma;}}_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}\right)}^2{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}}{{\mathrm{\&Omega;}}_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}{P}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}-\frac{m_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}{{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}\frac{{\mathrm{\&gamma;}}_o^{(i,\mathrm{RD})}\stackrel{\&OverBar;}{P_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}}{\stackrel{\&OverBar;}{P_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}-{\mathrm{\&gamma;}}_o^{(i,\mathrm{RD})}{P}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}){\log }_2(1+{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RE}}^{(i,j)})d{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RE}}^{(i,j)}{\mathrm{dP}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)};\\ \&lang;C_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}\&rang;=B{\&Integral;}_0^{+\&infin;}\left(\frac{m_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)m_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}}{\mathrm{\&Gamma;}\left(m_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}\right){\left(\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}\right)}^{m_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}}\right){\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)m_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}-1}{e}^{-\frac{m_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}{{\mathrm{\&gamma;}}_{\text{RD}}^{\left(i\right)}}{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}{\log }_2(1+{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)})d{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)};\end{array}$

为对应第j个窃听节点的中继节点i的安全容量，为中继节点i到目的节点的链路的容量均值；为中继节点i到窃听节点j的链路的容量均值；B为安全协作通信***的带宽；Γ()为伽马函数；为中继节点i到目的节点的链路在Nakagami-m信道下的波形参数；为中继节点i到窃听节点j的链路在Nakagami-m信道下的波形参数；为中继节点i到窃听节点j的链路在Nakagami-m信道下的平均功率参数；为中继节点i到目的节点的链路的信噪比；为中继节点i到窃听节点j的链路的信噪比；为中继节点i到目的节点的链路的信噪比均值；为中继节点i到目的节点的链路的发射功率；为中继节点i到目的节点的链路的平均功率限制；为中继节点i到窃听节点j的链路在窃听节点处的噪声功率；为中继节点i到目的节点的链路的中断门限；由 ${\&Integral;}_{{\mathrm{\&gamma;}}_o^{(i,\mathrm{RD})}}^{+\&infin;}(\frac{1}{{\mathrm{\&gamma;}}_o^{(i,\mathrm{RD})}}-\frac{1}{{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}})f_{{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}}\left({\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}\right)d{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{RD}}^{\left(i\right)}=1$ 确定；为Nakagami-m信道下的概率密度函数；

当所述窃听节点为一个时，此时R＝1，j＝1，计算得出的该窃听节点对应的待选择中继节点k₁即为所述数据转发中继节点k。

9.根据权利要求8所述的基于最优功率分配的安全协作中继选择***，其特征在于，当所述窃听节点为多个时，即R≥2时，计算每个所述窃听节点对应的待选择中继节点k_j；

当计算出的所有窃听节点对应的待选择中继节点相同时，则所有窃听节点对应的待选择中继节点即为所述数据转发中继节点k；

当计算出的所有窃听节点对应的待选择中继节点各不相同时，选择待选择中继节点中安全容量最大的中继节点为所述数据转发中继节点k；

当计算出的所有窃听节点对应的待选择中继节点中有部分相同的待选择中继节点时，求相同待选择中继节点的安全容量的和值以及剩余不相同待选择中继节点的安全容量，选择所述安全容量的和值或者安全容量值最大的待选择中继节点为所述数据转发中继节点k。

10.根据权利要求8所述的基于最优功率分配的安全协作中继选择***，其特征在于，当中继节点i到目的节点的链路的信噪比值低于中断门限时，中继节点i停止传输数据。