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无线通信网络中基于合作干扰的物理层安全

发布时间:2018-01-22 17:00

  本文关键词: MIMO-OFDM 天线分配 防窃听 物理层安全 CSA准则 双重检查 机制 人工噪声 出处:《北京交通大学》2017年硕士论文 论文类型:学位论文


【摘要】:随着无线通信网络的发展,人们对无线网络的依赖逐渐加深,对于无线通信的安全问题日益受到人们的重视。传统的高层加密发展至今,需要强大的计算能力作为支撑,这对于计算能力较弱的无线节点而言颇为吃力。因此,研究者们开始寻求高层加密以外的方式确保安全,物理层安全成为了研究者们寻求新的解决方案的方向之一。研究者的研究方向,从一开始的单输入单输出(SISO)到后来的多输入多输出(MIMO)经历了由浅至深的过程,其网络模型和假设也更加接近现实世界的通信环境。然而,在MIMO环境下物理层安全研究进行的如火如荼时,MIMO-OFDM环境的物理层安全却少有人问津。OFDM对于频率性深衰落具有良好的抵抗性,与MIMO技术相结合,可以得到更加稳定的无线信道。而在物理层方面,也因为OFDM的引入,使得攻击者们可以更容易破坏正常通信。至此,大多数研究者把精力放在防止信道失同步等研究方向上,而忽略了窃听者对物理层安全的影响。并没有研究证明OFDM可以防止窃听者窃听信息,因此忽视MIMO-OFDM环境下的防窃听方案是没有充分理由的。另外,由于OFDM的特性加入到MIMO之中,也不能简单套用MIMO环境下的防窃听方案。因此,需要一种全新的防窃听方案来填补MIMO-OFDM环境下的研究空白,并且针对网络环境的特点设计相应的方案内容。基于以上前提,本文提出两种基于MIMO-OFDM环境下的防窃听方案。在第三章,本文提出一种自协作的防窃听方案,即发送方充当协作者的角色。通过子载波间和子载波内的天线分配以及凸优化,可以取得该模型下最优的安全容量。同时,为了同时评价MIMO和OFDM两种网络各自的特性,还提出了一种全新的评价标准。第四章中,本文提出了一种有协作者的防窃听方案。方案对未知窃听者CSI和已知窃听者CSI的两种情况都进行了天线分配设计。在窃听者CSI未知的情况下,通过全新的双重检查机制可以排除出隐藏在协作者中的窃听者。最后通过遗传算法可以得出安全容量的次优解。第三章和第四章分别给出了各自的仿真结果并对结果进行了分析。仿真结果有力地支持了两种防窃听方案的有效性。第五章对对整篇文章做了总结,并对未来的研究方向进行了展望。
[Abstract]:With the development of wireless communication network, people rely more and more on wireless network. People pay more attention to the security of wireless communication. Strong computing power is needed, which is difficult for wireless nodes with weak computing power. Therefore, researchers have begun to look beyond high-level encryption to ensure security. Physical layer security has become one of the directions for researchers to seek new solutions. From the beginning of single input single output (SISO) to the later multiple input / multiple output (MIMOO) process, its network model and assumptions are closer to the real world communication environment. The physical layer security of MIMO-OFDM environment is in full swing in the MIMO environment, but few people are interested in the physical layer security of MIMO-OFDM environment. OFDM has a good resistance to the frequency of deep fading. Combined with MIMO technology, more stable wireless channels can be obtained. In physical layer, because of the introduction of OFDM, attackers can easily destroy normal communication. Most researchers focus on preventing channel missynchronization and ignore the influence of eavesdroppers on physical layer security. There is no evidence that OFDM can prevent eavesdroppers from eavesdropping information. Therefore, there is no good reason to ignore the anti-eavesdropping scheme in MIMO-OFDM environment. In addition, because the characteristics of OFDM are added to MIMO. Therefore, we need a new anti-eavesdropping scheme to fill the research blank in MIMO-OFDM environment. And according to the characteristics of the network environment to design the corresponding program content. Based on the above premise, this paper proposes two anti-eavesdropping schemes based on the MIMO-OFDM environment. In the third chapter. In this paper, a self-cooperative anti-eavesdropping scheme is proposed, in which the sender acts as a collaborator, and the optimal security capacity under the model can be obtained through antenna allocation and convex optimization between subcarriers and subcarriers. In order to evaluate the characteristics of MIMO and OFDM at the same time, a new evaluation standard is put forward in Chapter 4th. An anti-eavesdropping scheme with collaborators is proposed in this paper. The antenna allocation scheme is designed for both the unknown eavesdropper CSI and the known eavesdropper CSI. When the eavesdropper CSI is unknown. Through the new double check mechanism, the eavesdroppers hidden in the collaborators can be excluded. Finally, the sub-optimal solution of the security capacity can be obtained by genetic algorithm. Chapter 3 and chapter 4th give their respective simulation results and compare. The results are analyzed. The simulation results support the effectiveness of the two anti-eavesdropping schemes. Chapter 5th summarizes the whole article. The future research direction is prospected.
【学位授予单位】:北京交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN92

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本文编号:1455232

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