基于凸优化方法的认知无线电网络物理层安全研究

发布时间：2017-04-12 07:03

  本文关键词：基于凸优化方法的认知无线电网络物理层安全研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：安全问题是无线网络的核心研究点,是普及应用无线网络的基础条件。目前无线网络的用户数量持续增长、应用环境不断恶化,使得无线网络安全面临着越来越严峻的挑战。密钥加密是传统的无线网络安全技术。使用各种各样的加密算法在网络协议栈的上层对信息进行加密,以实现通信安全。虽然这种技术能够确保信息安全,但是计算特别复杂,并且算法也面临被破译的风险。物理层安全与从网络协议层出发的密钥加密技术不同,它对无线网络的通信安全问题采用完全不同的角度来考虑。由于无线网络的信道是开放的,受到衰落、多径等的影响,让无线网络的安全技术更有难度。不过,我们却可以把这些不利的信道特性利用起来。无线网络物理层安全以信息论为理论基础,对无线信道的特性进行利用,在物理层上来解决通信过程中的保密问题。本文针对不同的无线网络物理层安全问题进行了研究,并提出了提高其安全性的方案。主要工作为:1)对MISO认知无线电网络在加入人工噪声后的的物理层安全性能进行了研究。联合优化发送端的人工噪声协方差矩阵和发送波束成形向量,通过使用半定松弛技术,转化成半定规划问题,得到最优发射方案。此外,如果信道状态信息不能被次用户发送者准确得到的话,对发射端进行鲁棒性设计时我们使用的是最差性能最优的方法。2)对MISO认知无线电网络在加入协作节点后的的物理层安全性能进行了研究。在该网络中,添加一个多天线的干扰节点,干扰窃听用户以提高安全性。把次用户的安全速率当作优化问题的目标函数时,不容易求出最优解。这里我们提出了POP算法和COP算法来解决该问题,原理就是把复杂的问题分开来解。通过仿真结果可以看出,次用户的安全性能通过这两种次优算法都得到提升。3)对具有能量收集功能的MISO认知无线电网络物理层安全问题进行了研究。在MISO认知无线电网络中,次用户目的接受端和空闲次用户接收端能够从接受信号中收集能量。在保证次用户服务质量及主用户干扰温度小于在预定值前提下,设计发送端发射总功率最小化的最优资源分配策略。
【关键词】：无线网络 物理层安全 安全速率 认知无线电 凸优化
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN925
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 无线网络概述10-14
• 1.2.1 无线网络及其特点10-11
• 1.2.2 无线网络的分类11-14
• 1.3 无线网络安全威胁14-15
• 1.4 无线网络物理层安全及研究的意义15-16
• 1.5 论文的组织结构16-17
• 第二章 物理层安全的理论基础及研究现状17-29
• 2.1 引言17
• 2.2 物理层安全的信息论基础17-20
• 2.2.1 完美安全性17-18
• 2.2.2 有噪信道的安全性18-19
• 2.2.3 安全信道的信道编码19-20
• 2.3 凸优化理论基础20-24
• 2.3.1 基本概念与定义20-21
• 2.3.2 凸优化问题21-22
• 2.3.3 拉格朗日对偶22-23
• 2.3.4 KKT最优性条件23-24
• 2.4 物理层安全的研究现状24-28
• 2.4.1 单天线窃听信道24-25
• 2.4.2 多天线窃听信道25-26
• 2.4.3 中继窃听信道26-27
• 2.4.4 多用户窃听信道27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第三章 基于人工噪声的认知无线电网络物理层安全29-42
• 3.1 引言29
• 3.2 认知无线电网络29-33
• 3.2.1 认知无线电的概念29-31
• 3.2.2 认知无线电的关键技术31-33
• 3.2.3 认知无线电网络的物理层安全33
• 3.3 系统模型及问题描述33-35
• 3.4 发射端优化设计35-38
• 3.4.1 理想信道状态信息的情况35-36
• 3.4.2 非理想信道状态信息的情况36-38
• 3.5 仿真及性能分析38-41
• 3.5.1 理想信道状态信息的情况38-40
• 3.5.2 非理想信道状态信息的情况40-41
• 3.6 本章小结41-42
• 第四章 基于干扰协作的认知无线电网络物理层安全42-51
• 4.1 系统模型及问题描述42-43
• 4.2 发射端优化设计43-47
• 4.2.1 COP算法43-46
• 4.2.2 POP算法46-47
• 4.3 仿真及性能分析47-50
• 4.4 本章小结50-51
• 第五章 有能量收集功能的认知无线电网络物理层安全51-64
• 5.1 系统模型及问题描述51-53
• 5.1.1 系统模型51-52
• 5.1.2 混合接收器52
• 5.1.3 信道信息52
• 5.1.4 人工噪声和能量信号52-53
• 5.2 资源分配算法设计53-56
• 5.2.1 系统容量和安全容量53-55
• 5.2.2 优化问题的表示55-56
• 5.3 求解优化问题56-58
• 5.4 仿真结果及性能分析58-63
• 5.5 总结63-64
• 第六章 总结与展望64-66
• 研究结论64
• 后续工作展望64-66
• 参考文献66-69
• 附录1 攻读硕士学位期间申请的专利69-70
• 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8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 朱斌;多用户无线网络中的干扰对齐和物理层安全研究[D];西安电子科技大学;2014年

3 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

4 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

5 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

6 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

7 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

8 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：基于凸优化方法的认知无线电网络物理层安全研究，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：300931