基于复合窃听信道的物理层安全问题的研究

发布时间：2017-03-31 05:11

  本文关键词：基于复合窃听信道的物理层安全问题的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：由于无线信道的广播特性,无线传输过程中更容易受到噪声、窃听等因素的影响,因而无线安全通信成为国内外专家学者广泛关注的问题。传统的通信安全,在物理层以上使用秘钥体制来保证安全,这是建立在物理层能够进行无差错传输的假设之上。由于这种假设在无线场景下并不一定成立,同时,随着密码破译者使用计算能力越来越强的计算机,传统的秘钥体制正受到挑战。面对这样的情况,物理层安全利用信息论的理论基础,来解决通信安全的问题。这个问题中的经典模型是窃听信道模型,由一个发送者,一个合法接收者和一个窃听者组成。模型的目标是在保证发送者与接收者可以正常通信的同时,利用合法信道和窃听信道的相关信息,来设定信息传输的速率,从信息论的角度上使窃听者无法窃取信息,从而保证“保密传输”。在充分研究分析国内外文献的基础上,本文基于经典窃听信道模型,建立并深入研究了两种新的复合窃听信道模型。第一种模型,假设无线信道经历Nakagami-m衰落,这是一种比对数正太分布、瑞利、莱斯三种衰落更一般的情况,并且当其衰减系数取特殊值时,可以表示上述特殊衰落。在这种条件下,考虑了多个接收者和多个窃听者的情况,同时,还探究了对应实际情况中的共谋窃听者场景。在第一种模型的基础上,本文进一步建立了第二种模型,考虑了过时信道状态信息和多发射天线两种情况。对于第一种模型,本文求解了安全中断概率和平均信道安全容量两个参数,推导出了这两种性能参数的解析性能表达以及渐近性能。性能参数的仿真结果表明减少接收者或者发送者的数量,增大衰减系数,以及让窃听者之间无法共谋,可以提升系统的安全性能。同时,在非共谋条件下,接收者个数对系统的影响是大于窃听者个数的;而在共谋条件下,情况则相反,即窃听者的数量有更大的影响。在第二种模型的条件下,研究了安全中断概率,分析了其解析性能和渐近特性。对安全中断概率的仿真发现,更高的过时相关系数和更多的发射天线数量,会使得系统的安全性上升。另外,仿真结果表明,二者对于系统安全的影响是一个非线性变化的过程,同时,系统参数的设定是一个权衡整体性能的过程,要综合考虑各个参数的取值情况。
【关键词】：物理层安全 窃听信道 Nakagami-m衰落 安全中断概率 平均信道安全容量
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN918
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-20
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义9-10
• 1.2 基于窃听信道的物理层安全问题的发展概况10-18
• 1.2.1 基于窃听信道的物理层安全问题的研究背景10-11
• 1.2.2 基于窃听信道的物理层安全问题的研究现状11-17
• 1.2.3 物理层安全的研究方面存在的主要问题17-18
• 1.3 本文的主要研究内容及结构安排18-20
• 第2章 基于窃听信道的物理层安全问题的基本理论20-26
• 2.1 引言20
• 2.2 熵、互信息和信道容量20-22
• 2.2.1 熵20-21
• 2.2.2 互信息21-22
• 2.2.3 信道容量22
• 2.3 信道安全容量22-23
• 2.4 安全中断概率23-25
• 2.5 平均信道安全容量25
• 2.6 本章小结25-26
• 第3章 多接收者与多窃听者窃听信道的安全问题26-46
• 3.1 引言26
• 3.2 多接收者多窃听者复合窃听信道模型及相关定义26-28
• 3.3 多接收者与多窃听者窃听信道的安全中断概率28-34
• 3.3.1 多接收者与多窃听者对应的瞬时SNR的分布29-30
• 3.3.2 非共谋窃听者的安全中断概率30-31
• 3.3.3 共谋窃听者的安全中断概率31-32
• 3.3.4 安全中断概率的渐近特性32-34
• 3.4 多接收者与多窃听者窃听信道的平均信道安全容量34-38
• 3.4.1 非共谋窃听者的平均信道安全容量34-35
• 3.4.2 共谋窃听者的平均信道安全容量35-36
• 3.4.3 平均信道安全容量的渐近特性36-38
• 3.5 多接收者与多窃听者模型对应仿真结果38-45
• 3.6 本章小结45-46
• 第4章 过时信道状态信息的窃听信道的安全问题46-62
• 4.1 引言46
• 4.2 过时CSI复合窃听信道模型及相关定义46-48
• 4.3 过时CSI复合窃听信道的安全中断概率48-55
• 4.3.1 延时的反馈情况下主信道的PDF和CDF48-50
• 4.3.2 过时CSI非共谋窃听者的安全中断概率50-52
• 4.3.3 过时CSI共谋窃听者的安全中断概率52
• 4.3.4 过时CSI模型对应安全中断概率的渐近特性52-55
• 4.4 过时CSI模型对应的仿真结果55-60
• 4.5 本章小结60-62
• 结论62-63
• 参考文献63-68
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文68-70
• 致谢70

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 张君毅;杨义先;;无线射频注入的物理层分析[J];无线电工程;2009年02期

2 李宁;蔺念;;HART协议物理层的实现[J];科技信息;2011年14期

3 龙航;袁广翔;王静;刘元安;;物理层安全技术研究现状与展望[J];电信科学;2011年09期

4 陈永健;通信物理层基本概念(一)[J];信息系统工程;1998年01期

5 李锦辉,孙小菡,张明德,丁东;多媒体光纤工业专用网中物理层数据流的研究[J];应用科学学报;2002年04期

6 张蕊;李波;;无线网络物理层精确建模与仿真方法研究[J];微型电脑应用;2010年06期

7 刘丰;;无线物理层信息安全探析[J];计算机光盘软件与应用;2012年03期

8 潘翔;欧阳红升;高泽华;高峰;;IEEE 802.11 5GHz标准物理层研究[J];数据通信;2013年01期

9 肖宛阳;黄开枝;罗兴国;洪颖;;基于博弈论的物理层安全建模及现状分析[J];信息工程大学学报;2013年04期

10 张金宝;郑洪明;谈振辉;;基于平均互信息量的物理层抽象算法[J];高技术通讯;2009年06期

中国重要会议论文全文数据库 前6条

1 文琪;李乐民;;3GPP LTE物理层关键技术[A];四川省通信学会2007年学术年会论文集[C];2007年

2 黄一平;;一种基于TD-SCDMA系统物理层原理的仿真实现[A];2009年研究生学术交流会通信与信息技术论文集[C];2009年

3 任焱锋;;基于多天线的802．16e物理层仿真[A];2007北京地区高校研究生学术交流会通信与信息技术会议论文集（下册）[C];2008年

4 芮鹤龄;;高速环境对TD—SCDMA系统物理层影响研究[A];2008年中国通信学会无线及移动通信委员会学术年会论文集[C];2008年

5 陈宇;唐勇;李雷;蒋建锋;饶敏;张明德;孙小菡;;考虑了物理层传输特性的IP-WDM光网络业务分级模型[A];全国第十一次光纤通信暨第十二届集成光学学术会议（OFCIO’2003）论文集[C];2003年

6 王月珍;;1xEV-DO Rev A与Rev 0的技术比较[A];广东省通信学会2006年度学术论文集[C];2007年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 汤铭;泛达推出统一物理层基础设施策略[N];计算机世界;2008年

2 周;泛达推出统一物理层基础设施策略[N];电脑商报;2008年

3 张彤;UPI统一物理层基础设施[N];网络世界;2008年

4 ;泰克为SATA修订版3.0物理层测试提供测试文档[N];电子报;2008年

5 ;TI推出物理层/链路控制方案[N];中国电子报;2001年

6 刘喜喜;欲引领未来布线技术走向 泛达发布UPI策略[N];中国计算机报;2008年

7 罗德与施瓦茨中国有限公司产品支持经理 安毅;破解WiMAX物理层测试瓶颈[N];通信产业报;2007年

8 本版编译 周青;MBOA为UWB网络定义新MAC[N];计算机世界;2004年

9 ;IEEE 802.11系列标准巡礼[N];人民邮电;2002年

10 清水 编译;802.11n助力下一代无线局域网[N];计算机世界;2006年

中国博士学位论文全文数据库 前7条

1 李娜;多用户系统的物理层安全性能研究[D];北京邮电大学;2015年

2 陈涛;无线网络的物理层安全问题研究[D];华南理工大学;2013年

3 周敏;基于能效的物理层网络编码技术研究[D];北京邮电大学;2012年

4 高晖;无线协作通信系统中的物理层网络编码理论与关键技术研究[D];北京邮电大学;2012年

5 杜柏生;无线物理层多播中的预编码技术研究[D];中国科学技术大学;2014年

6 王晓炜;多用户无线系统中的物理层保密通信研究[D];上海交通大学;2014年

7 杨云川;面向物理层安全的预编码技术研究[D];北京邮电大学;2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 陈晓彬;协作通信中的物理层安全策略研究[D];华南理工大学;2015年

2 祁伟强;基于MIPI协议的LCD驱动接口数字集成电路设计[D];复旦大学;2014年

3 卢冰冰;协作波束成形与多中继物理层安全[D];山东大学;2015年

4 张倩倩;OFDM双向中继网中基于物理层网络编码的资源分配研究[D];燕山大学;2015年

5 吴亚峰;协同中继网络物理层安全研究与性能分析[D];华侨大学;2015年

6 程英杰;基于IEEE802.11物理层的工业无线通信协议栈设计与实现[D];华中科技大学;2015年

7 许毅珠;基于协作干扰的无线物理层安全传输策略研究[D];南昌大学;2015年

8 陈璐;基于多种调制方式的物理层网络编码策略研究[D];北京理工大学;2015年

9 喻帆;川庆公司智能化物理层网络管理系统的设计与实现[D];电子科技大学;2014年

10 黄凯凯;物理层保密无线通信技术研究[D];大连理工大学;2015年

  本文关键词：基于复合窃听信道的物理层安全问题的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：278968