保密系统中基于统计时延Qos保证的跨层资源分配策略研究

发布时间：2017-09-13 23:40

  本文关键词：保密系统中基于统计时延Qos保证的跨层资源分配策略研究

  更多相关文章： 物理层安全 跨层资源分配 服务质量 统计时延 安全有效容量 凸优化 随机优化 保密系统

【摘要】：由于无线通信信道的广播特性,其信息传输的安全性问题一直备受关注。作为传统加密手段的补充,从信息论角度研究的物理层安全通信将着重点放在了信息泄露的根源上,并且依靠物理层的固有属性来确保信息的安全传输。此方法不依赖于未来计算机能力的发展,具有更高的可靠性。实时多媒体业务将是下一代无线通信网络的应用重点,这类业务对时延等服务质量(Quality-of-Service, QoS)方面有较高的要求。不仅如此,安全性也是其应该重点考虑的方面。但是,从信息论角度研究的物理层安全模型并不适用于分析此类对时延敏感的多媒体业务。因此,探讨适合于分析无线保密系统满足时延QoS要求的跨层模型是本文的首要目标。除此之外,为解决有限的无线资源与当前日益增长的网络业务需求之间的矛盾,论文研究实现业务高质量服务的同时又能高效利用无线资源的资源分配策略。论文的主要工作和创新点如下：(1)根据有效容量理论,创新性地提出适用于无线保密系统的安全有效容量概念,并根据安全有效容量理论构建了跨层模型。利用此跨层模型,以凸优化理论为数学工具,可以有效解决无线保密系统中基于统计时延QoS保证的资源分配问题。(2)对由一个发射端、一个合法接收端和一个窃听端组成的三终端无线窃听系统,论文以安全有效容量跨层模型为依据,提出满足系统安全性及统计时延要求的资源分配方案,研究最大化安全有效容量和最小化平均发射功率两种不同的优化问题。求解时,利用拉格朗日对偶方法,通过对偶问题来得到原优化问题的最优解。除此之外,论文还提出一种适用于不知晓信道CDF情况下的随机优化功率分配方案。(3)作为安全有效容量的进一步应用,考虑实际系统中应用更为广泛的多用户保密系统,提出一种兼顾系统安全性、统计时延QoS保证、用户公平性及能源高效利用的资源分配策略。首先,构建以各用户平均发射功率的效用函数为目标函数,安全有效容量为限制条件的优化问题。求解过程中,以拉格朗日对偶及对偶分解理论为依据,通过KKT条件推导出最优的时隙及功率联合分配策略,并利用子梯度迭代算法进行了有效求解,仿真结果显示所提出的资源分配方案的优越性。
【关键词】：物理层安全 跨层资源分配 服务质量 统计时延 安全有效容量 凸优化 随机优化 保密系统
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN92
【目录】：

• 中文摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第一章 绪论12-20
• 1.1 研究背景12
• 1.2 保密通信发展概述12-15
• 1.3 基于保密通信的资源分配发展现状15-16
• 1.4 基于统计时延QoS保证的资源分配研究现状16-17
• 1.5 论文架构17-20
• 第二章 保密通信中跨层资源分配研究框架20-32
• 2.1 引言20
• 2.2 安全有效容量的提出20-22
• 2.2.1 有效容量20-21
• 2.2.2 安全有效容量21-22
• 2.3 基于安全有效容量的跨层模型22-24
• 2.4 数学研究工具24-31
• 2.4.1 凸集、凸函数和凸问题24-27
• 2.4.2 朗格朗日对偶问题27-29
• 2.4.3 子梯度下降法29-31
• 2.5 本章小结31-32
• 第三章 单用户保密系统中的跨层资源分配32-45
• 3.1 引言32
• 3.2 系统模型32-33
• 3.3 基于统计时延QoS保证的资源分配策略33-39
• 3.3.1 最大化安全有效容量34-37
• 3.3.2 最小化平均发射功率37-38
• 3.3.3 随机优化资源分配38-39
• 3.4 数值仿真结果及讨论39-44
• 3.5 本章小结44-45
• 第四章 多用户TDMA保密系统中的跨层资源分配45-61
• 4.1 引言45
• 4.2 系统模型45-46
• 4.3 基于统计时延QoS保证的资源分配策略46-53
• 4.3.1 问题提出47-48
• 4.3.2 最优资源分配算法48-50
• 4.3.3 给定信道状态下的最优功率和时隙联合分配50-53
• 4.4 非时延QoS限制的资源分配策略53-56
• 4.5 数值仿真结果及讨论56-60
• 4.6 本章小结60-61
• 第五章 总结与展望61-63
• 参考文献63-69
• 致谢69-70
• 攻读学位期间的研究成果70-71
• 附件71

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本文编号：846584