基于保密速率最大化的认知无线电网络物理层安全算法

发布时间：2017-04-04 21:08

  本文关键词：基于保密速率最大化的认知无线电网络物理层安全算法，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：认知无线电(CR)技术是提高频谱分配效率的有效手段,而认知无线电网络独有的特点使得它相较于传统无线网络具有更多的安全威胁,窃听则是其中一个最主要问题。传统的防窃听手段主要是高层密钥加密技术,而计算技术的发展突显其缺陷,为此,物理层安全作为一个补充手段得到高度重视。本文以系统保密速率(Secrecy Rate)最大化为目标,结合多天线和协作中继技术,开展认知无线电网络(CRN)中物理层安全研究。主要工作如下:针对具有多个多天线窃听者的认知无线电网络物理层安全需要,本文把对主用户的干扰设计成为一个约束条件,通过对次用户发送端传输协方差矩阵的优化设计来提高频谱共享下物理层安全性能。为了使系统保密速率达到最大,首先,我们讨论了保密速率受限(SRC)的情况,在此基础上,利用矩阵性质和Charnes-Cooper变换,将其转化为一个半定规划(SDP)问题,并采用SDP方法设计出次用户的最优传输协方差矩阵;最后,得到多个窃听用户认知网络物理层安全的优化方案,并进行了复杂度分析。仿真结果表明,相对于现有二次优化传输策略,该方案能够使系统的保密速率更大,并在复杂度方面具有优势。为了更好窃听信息,多个窃听者可以相互勾结窃听,这在认知无线电中继网络中更具有隐蔽性,安全威胁更大。针对多中继认知无线电网络中存在多个相互勾结窃听节点的场景,本文提出一种零空间人工噪声和放大转发(AF)的中继波束赋形的物理层安全传输方案。首先,对系统进行建模,并将其设计为一个保密速率最大化问题;其次,通过引入一个松弛变量,并从理论上证明了该保密速率最大化问题可以转化为紧松弛问题;进一步,利用半定规划的方法,对中继波束赋形加权矩阵和人工噪声协方差矩阵进行联合优化求解;最后,利用MATLAB仿真验证分析该设计能够很大程度上提高系统保密速率。
【关键词】：认知无线电网络 保密速率 半定规划 多窃听者 多中继
【学位授予单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN925
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 符号标注9-10
• 注释表10-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 选题背景与意义11-15
• 1.2 国内外研究现状15-18
• 1.3 论文的主要工作及章节安排18-19
• 第2章 认知无线电物理层安全技术简介19-31
• 2.1 认知无线电物理层安全问题19-22
• 2.1.1 认知无线电特有安全问题19-20
• 2.1.2 基于窃听的认知无线电网络物理层安全20-22
• 2.1.3 安全性能指标22
• 2.2 波束赋形方法22-24
• 2.3 协作干扰技术24-26
• 2.4 凸优化简介26-30
• 2.4.1 线性规划28-29
• 2.4.2 半定规划29-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第3章 基于半定规划方法的多个窃听用户认知网络物理层安全优化设计31-46
• 3.1 引言31-33
• 3.2 系统模型33-35
• 3.3 基于SDP方法的保密速率最大化问题求解35-38
• 3.3.1 保密速率受限(SRC)的情况35-37
• 3.3.2 保密速率最大(SRM)的情况37-38
• 3.4 基于SDP的保密速率最大化问题求解算法38-39
• 3.5 复杂度分析39-40
• 3.6 仿真及性能分析40-45
• 3.7 本章小结45-46
• 第4章 认知无线电网络中具有多勾结窃听的中继安全传输方案46-61
• 4.1 引言46-49
• 4.2 系统模型49-51
• 4.3 模型转化和优化思路51-53
• 4.4 具有多勾结窃听的中继安全传输优化53-57
• 4.4.1 保密速率最大化问题设计53-56
• 4.4.2 多中继天线与噪声的协方差求解56-57
• 4.5 仿真结果及分析57-60
• 4.6 本章小结60-61
• 第5章 总结与展望61-63
• 5.1 本文工作总结61
• 5.2 后续研究工作61-63
• 参考文献63-69
• 致谢69-70
• 攻读硕士学位期间从事的科研工作及取得的成果70

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 谢显中;张秀娟;雷维嘉;;能量收集型高斯窃听信道安全速率的优化[J];电子与信息学报;2015年11期

2 谢显中;谢成静;雷维嘉;战美慧;;基于半定规划方法的多个窃听用户认知网络物理层安全优化设计[J];电子与信息学报;2015年10期

3 Xie Xianzhong;Zhang Xiujuan;Lei Weijia;Ma Bin;;Two security transmission realization schemes for MIMO Gaussian wiretap channel with one helper[J];The Journal of China Universities of Posts and Telecommunications;2015年04期

4 Biao He;Xiangyun Zhou;Thushara D.Abhayapala;;Wireless Physical Layer Security with Imperfect Channel State Information: A Survey[J];ZTE Communications;2013年03期

5 王莉;马鑫;马跃;滕颖蕾;张勇;;认知无线电网络中基于协作中继的安全传输策略(英文)[J];中国通信;2013年08期

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本文编号：285907