无线携能通信网络的物理层安全研究

发布时间：2020-05-21 02:48

【摘要】：当今世界,无线通信技术飞速发展,不断地改变着人们获取和发送信息的方式以及世界范围内信息的传递方式。但由于无线信道的开放特性,信息在传输的过程中极易受到非法用户的干扰或窃听,从而导致保密信息泄露。物理层安全技术利用无线信道的物理特征进行协议设计从而达到保密传输的目的,可以有效提高通信系统的整体安全性能。与此同时,组成无线通信网络的各类终端设备功能更强,工作强度更大,耗费的电量更多,能量不足成为网络服务质量提升的阻碍。无线携能通信网络通过能量采集技术向无线设备补充能量,可以有效延长无线网络的寿命。将物理层安全技术与无线携能网络相结合,既可以增强无线信息传输的安全性又可以缓解网络设备能量不足的问题,因此本文对无线携能通信网络的物理层安全性能展开研究,具体工作包括以下两个方面:研究了不同物理层安全策略对无线携能通信网络安全性能的影响。首先,在无线携能通信网络中加入干扰节点,分析了人工噪声对系统安全性能的影响。理论分析和仿真结果表明,干扰节点的加入可以有效提高系统的安全性能。其次,考虑了源节点与窃听节点之间存在直传链路的场景,中继节点采用随机转发协议转发保密信息。分析表明,通过合理的协议设计,可以降低窃听节点译码成功的几率。最后,针对存在多个中间节点的无线携能通信网络,提出了一种中继与干扰节点的选择策略。本文推导得出了系统安全中断概率的闭式表达式,并通过仿真对理论结果进行了验证。仿真结果表明合理选择中继与干扰节点可以获得更好的安全性能。针对包含多个供电基站和多个中间节点的无线携能通信网络,提出了一种联合中继与干扰节点选择的安全传输策略。首先,根据供电基站-中间节点之间的信道增益选择最优的供电基站。其次,通过综合考量供电基站-中间节点、中间节点-目的节点以及中间节点-窃听节点的信道增益选择出最佳的中继与干扰节点。最后,分析了系统的安全中断性能,推导得到了系统安全中断概率的闭式表达式,并通过仿真对理论结果进行了验证。仿真结果表明了本文提出的中继与干扰节点联合选择策略优于现有节点选择方案,并与穷举法获得的最佳策略性能接近。
【图文】：

模型图,模型,信道容量,接收端

图 2-1 窃听信道模型Fig.2-1 Wiretap Channel Model证明了当窃听信道的信道条件比合法信道差时，，总可以找到被窃听。在这种情况下，合法接收端存在着最大可达的信息sC[72]。安全容量在数值上等于合法信道的信道容量减去窃 sMEC CC— 合法信道的信道容量；— 窃听信道的信道容量；— max[x ,0]。的通信场景中，由于受 CSI 等因素的影响，系统并不是总小于目标传输速率时，就会发生接收端不能正确解码或者是，这时信息传输已经不安全，系统发生中断。将这类事件发

策略,功率,分割系数,分割策略

图 2-3 TS 策略Fig.2-3 TS Scheme了功率分割策略 PS 中能量采集和信息传输的分配方案。时段内利用一部分功率 P向中继节点 R 传输能量，点R 发送信息，其中，表示功率分割系数，0 1。在的节点D转发信息。图 2-4 PS 策略Fig.2-4 PS Scheme器的工作模式一个无线传感器网络中节点进行射频能量采集的工作模
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN92

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