CN105743926B

CN105743926B - 一种基于物理层安全的无线中继传输***

Info

Publication number: CN105743926B
Application number: CN201610254764.2A
Authority: CN
Inventors: 李美玲; 曲韵; 李丽君; 董增寿; 王钢飞; 贺文丽
Original assignee: Taiyuan University of Science and Technology
Current assignee: Xuchang fanwang Communication Technology Co.,Ltd.
Priority date: 2016-04-22
Filing date: 2016-04-22
Publication date: 2019-02-22
Anticipated expiration: 2036-04-22
Also published as: CN105743926A

Abstract

一种基于物理层安全的无线中继传输***，属于无线通信的物理层安全领域，具体涉及在无线通信***中存在多个窃听者的场景下，用于有效预防窃听保证数据传输的可靠性和有效性。该最佳中继传输***包括信源发送模块、中继传输模块、窃听模块和终端接收模块。所述中继传输模块在选择最佳中继时联合考虑信源到中继链路信道条件以及中继到终端链路信道条件；所述窃听模块含有多个窃听者相互协作窃听信号；所述终端接收模块利用分集接收技术合并接收到的信源信号和接收到的中继信号，以实现信源端到目的端安全可靠的传输。

Description

一种基于物理层安全的无线中继传输***

技术领域

本发明属于无线通信的物理层安全领域，特别涉及一种基于物理层安全的无线中继传输***。

背景技术

近年来无线安全受到广泛的关注。在现有的无线通信***中，加密技术通常被用于防止窃听者从合法用户截取信息。虽然加密技术可以提高信息传输的安全性，但它需要更多的处理资源用于加密和解密。其次由加密技术引入额外的冗余，会增加***的开销。基于上述存在的问题，利用无线物理信道的随机特性防止窃听攻击得到广泛的关注。

在现有方案中，考虑单个窃听节点存在的情况下，源节点发射信息到中继节点，中继节点利用其自身与目的节点之间最大的信道容量，通过放大转发或者解码转发的方式进一步把信息发送到目的节点。但现有的方案大都只考虑了单个窃听节点存在的情况下，中继节点到目的节点之间的信道容量，并没有考虑源节点到中继节点之间的信道容量。同时现有的方案并没有考虑实际的场景中多个窃听者相互协作窃听信号。

发明内容

本发明目的是提供了一种基于物理层安全的无线最佳中继传输***，可有效地克服现有技术存在的缺点。

本发明是这样实现的，如图1所示，它包括有：信源发送模块1、中继传输模块2、窃听模块3和终端接收模块4，其特征是信源发送模块1分别通过第一无线主链路5、第一无线窃听链路6、第二无线主链路7将信号发送给中继传输模块2、窃听模块3和终端接收模块4，中继传输模块2中的第一、第二、……第N中继节点R₁,R₂,…,R_N分别接收由信源发送模块1发出的信号，经过解码转发或放大转发的方式通过第三无线主链路8将信号输送到终端接收模块4，同时，窃听模块3中的第一、第二、……第M窃听节点E₁,E₂,…,E_M还通过第二无线窃听链路9接收中继传输模块2中的第一、第二、……第N中继节点R₁,R₂,…,R_N发出的信号，第一无线主链路5是中继传输模块2中的第一、第二、……第N中继节点R₁,R₂,…,R_N接收由信源发送模块1发出信号的链路，第二无线主链路7是由终端接收模块4接收由信源发送模块1发出信号的链路，第三无线主链路8是由终端接收模块4接收由中继传输模块2中的第一、第二、……第N中继节点R₁,R₂,…,R_N发出信号的链路，第一无线窃听链路6是窃听模块3中的第一、第二……第M窃听节点E₁,E₂,…,E_M接收由信源发送模块1发出信号的链路，第二无线窃听链路7是窃听模块3中的第一、第二……第M窃听节点E₁,E₂,…,E_M分别接收由中继传输模块2中的第一、第二、……第N中继节点R₁,R₂,…,R_N发出信号的链路，N和M都为正整数。

本发明具有以下突出特点和效果：

1、与现有技术相比，本发明考虑实际的场景中所述窃听模块含有多个窃听者相互协作窃听信源信号和中继节点转发的信号。

2、与现有技术相比，本发明具有以下优势：所述中继传输模块在选择最佳中继节点时联合考虑信源到中继节点链路信道条件以及中继节点到终端链路信道条件，选取所述两条信道条件都好的中继节点，以信源到中继节点链路容量和中继节点到终端链路容量乘积最大化选择最佳中继节点进行辅助传输。

3、所述终端接收模块接收信源信号和中继节点信号，并利用分集接收技术合并接收到的信源信号和接收到的中继节点信号，以实现信源端到目的端安全可靠的传输。

附图说明

图1为本发明的结构示意图

图中：1--信源发送模块， 2--中继传输模块，

3--窃听模块， 4--终端接收模块

5—第一无线主链路 6—第一无线窃听链路

7—第二无线主链路 8—第三无线主链路

9—第二无线窃听链路。

具体实施方式

如图1所示本发明包括有信源发送模块1、中继传输模块2、窃听模块3和终端接收模块4，实施包括步骤为：

1、信源发送模块1发送信号x,x的发送功率为P，x的发送速率为R_d；

具体实施过程中，中继传输模块2、窃听模块3和终端接收模块4都可接收信源发送模块1发送的信号。

2、中继传输模块2接收信源发送模块1发出的信号并转发到终端接收模块4，现以解码转发的方式说明：

(1)、用C_si表示信源到第i个中继节点的链路信道容量，计算得出信源到网络中所有中继节点的链路信道容量C_si,i＝1,2,...,N，N为网络中的中继节点个数；

(2)、对于所有的中继节点判断第i个中继节点是否解码成功。根据C_si与R_d的关系，当C_si＜R_d，说明所述中继节点对信源发射模块1发出的信息x解码失败，当C_si＞R_d，说明所述中继节点对信源发出的信号解码成功，用D_n表示成功解码集；

(3)、用C_id表示第i个成功解码中继到终端链路信道容量，计算第i个成功解码中继到终端链路信道容量C_id，i＝1,2,...,N,N为网络中的中继节点个数；

(4)、联合考虑信源到第i个成功解码中继节点链路信道容量C_si以及第i个成功解码中继节点到终端链路信道容量C_id，以信源到第i个成功解码中继节点链路信道容量C_si和第i个成功解码中继节点到终端链路信道容量C_id乘积最大化选择最佳中继节点，所选最佳中继节点通过解码转发的方式进行辅助传输。

3、窃听模块3接收信源信号和中继传输信号；

窃听模块3包括第一，第二,…,第M个窃听节点E₁,E₂,…,E_M相互协作窃听信源发送模块1发出的信号和中继传输模块2转发的信号。用C_e表示窃听模块可获得的总容量，计算窃听模块可获得的总容量C_e。

4、终端接收模块4接收信源信号和中继信号，并利用分集接收技术合并接收到的信源信号和接收到的中继节点信号，用C_d表示终端模块最终可获得的总容量，计算终端模块最终可获得的总容量C_d，当C_d>C_e时，说明信源端到目的接收端的信道链路相对可靠，可实现信源端到目的端安全可靠的传输。

Claims

1.一种基于物理层安全的无线最佳中继传输***，它包括有：信源发送模块、中继传输模块、窃听模块和终端接收模块，其特征是信源发送模块分别通过第一无线主链路，第一无线窃听链路，第二无线主链路将信号发送给中继传输模块、窃听模块和终端接收模块，中继传输模块中的第一，第二,...,第N中继节点R₁,R₂,...,R_N分别接收由信源发送模块发出的信号，经过解码转发或放大转发的方式通过第三无线主链路将信号输送到终端接收模块，同时，窃听模块中的第一，第二,...,第M窃听节点E₁,E₂,...,E_M还通过第二无线窃听链路接收中继节点发出的信号，第一无线主链路是中继传输模块中的第一，第二,...,第N中继节点R₁,R₂,...,R_N接收由信源发送模块发出信号的链路，第二无线主链路是由终端接收模块接收由信源发送模块发出信号的链路，第三无线主链路是由终端接收模块接收由中继传输模块中的第一，第二,...,第N中继节点R₁,R₂,...,R_N发出信号的链路，第一无线窃听链路是窃听模块中的第一，第二,...,第M窃听节点E₁,E₂,...,E_M接收由信源发送模块发出信号的链路，第二无线窃听链路是窃听模块中的第一，第二,...,第M窃听节点E₁,E₂,...,E_M分别接收由中继传输模块中的第一，第二,...,第N中继节点R₁,R₂,...,R_N发出信号的链路，N和M都为正整数；其中所述中继传输模块选择第一，第二,...,第N中继节点R₁,R₂,...,R_N中的最佳中继节点，所选最佳中继节点通过解码转发的方式进行辅助传输，所述窃听模块中的第一，第二,...,第M窃听节点E₁,E₂,...,E_M相互协作窃听所述信源发送模块发出的信号和所述中继传输模块转发的信号，所述终端接收模块接收信源发送模块发出的信号和所述中继传输模块转发的信号；并且其中所述中继传输模块在选择最佳中继节点时联合考虑信源发送模块到中继节点的链路信道条件以及中继节点到终端接收模块的链路信道条件，以信源发送模块到中继节点的链路容量和中继节点到终端接收模块的链路容量乘积最大化来选择所述最佳中继节点。