协作认知无线网络中的物理层安全通信研究
发布时间：2021-07-11 11:04
认知无线电技术作为解决频谱资源短缺的有效手段之一,现已成为无线通信的研究热点。由于传输信道本身所具有的广播特性,无线通信所面临的安全威胁在认知网络中更加严峻。利用无线信道的衰落和叠加等特性,通过信道编码和信号处理等技术,从物理层实现信息安全传输的物理层安全已被认为是一种能够实现绝对安全通信的有效通信手段。协作转发和协作干扰技术能够很好地抵抗窃听节点对信号的窃取,提升无线系统的安全性能。为此,本文针对协作认知无线网络,基于协作转发和协作干扰技术研究了系统的安全传输性能。首先,介绍了物理层安全的基本理论,并进一步说明物理层安全的几个性能指标,最后对物理层安全中的协作转发和协作干扰技术进行了介绍。其次,把非正交多址接入技术（Non-orthogonal Multiple Access,NOMA）应用到认知无线网络中,提出基于中继协作转发的底层认知NOMA系统模型。在瑞利衰落信道下,考虑一个两跳的通信网络,认知中继同时接收来自主网络源节点和次网络源节点发射的信号,并采用串行干扰消除技术解码转发接收到的信号。次级网络通过为主网络提供中继解码转发服务,获得接入授权频谱的机会;主网络通过贡献出授权频...
【文章来源】：华侨大学福建省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
计算机网络IOS模型
华侨大学硕士学位论文12图2.1窃听信道模型在高斯窃听信道中，安全容量SC等于合法链路（AliceBob）和窃听链路（AliceEve）的香农容量之差，即：BElog1SNRlog1SNR,CS(2.2)式中max,0xx，BSNR和ESNR分别是Bob和Eve节点处的信噪比（Signal-to-NoiseRatio，SNR）。根据公式(2.2)，只要合法链路的信道质量优于窃听链路，就可以实现无密钥安全通信。因此，文献[11]为物理层安全技术的研究奠定了基矗但是，自Wyner以来的很长一段时间内，物理层安全技术一直没有引起太多关注。这归因于以下原因：首先，安全容量的可实现性依赖于随机编码的使用。然而，构造具有可负担复杂性的实用随机码是非常困难的。其次，为了达到正的安全容量，合法用户接收到的信噪比必须严格高于窃听者，这在无线通信环境中是很难保证的。在提出安全容量的概念不久后，Diffie和Hellman设计了公钥密码技术，该技术依赖于数学函数的计算，并且自出现以来就一直主导着安全性能的研究。由于上述原因，物理层安全技术的研究在20世纪70~80年代处于低谷。在此期间，物理层安全领域的代表性成果主要包括[42]，[43]。文献[42]分析了退化高斯窃听信道的安全容量，[43]将Wyner的理论结果推广到广播频道。自十九世纪九十年代以来，随着无线通信技术的广泛应用和无线用户设备的迅猛增长，无线通信网络的安全问题越来越重要，这重新点燃了信息理论安全的研究兴趣。在此背景下，信息理论安全研究取得了重大进展，主要包括各种网络模型的安全容量分析。文献[44]建立了高斯广播信道的保密容量理论，文献[45]和[46]分析了多天线信道的保密能力，文献[47]讨论了准静态衰落信道的
华侨大学硕士学位论文16码设计的重要意义。文献[59]综述了多个无线发射机共存时的信息理论安全性。文献[60]重点研究了改进物理层安全的各种协作干扰技术。文献[61]阐述了协作转发技术在对抗衰落、路径损耗、阴影等方面的应用。2.3.1基于协作转发的安全通信技术在网络中部署中继节点可以获得很多好处。通过在小区边缘附近部署中继，可以显著提高用户的吞吐量。在低信号水平地区部署中继网络，可以为周围用户带来更高的信噪比，从而提高其可实现的数据速率。当一组用户设备在移动的场景下(如在火车中)，中继可以为该组用户提供更好的移动性能。在半双工传输模式中，协作转发分成两个阶段进行。在第1阶段，机密信息由源节点向目的节点广播；在第2阶段，中继节点使用某种协议将信息转发给目的节点。在广播阶段和转发阶段窃听节点可以窃听机密信息，然后对两个阶段接收到的信号进行解码以提取原始信息。1.转发协议当信源具有非零安全容量时，中继节点有效地增加系统的安全容量。为了实现协作分集增益和频谱效率的提升，有很多协作传输方案，比如放大转发（Amplify-and-Forward，AF）、解码转发（Decode-and-Forward，DF）、压缩转发（Compress-and-Forward，CF）、选择转发（SelectionRelaying，SR）、机会式转发（IncrementalRelaying,IR）和混合解码放大转发（HybridDecodeAmplifyForward，HDAF）等。为了阐述几个不同的协作转发传输，考虑一个简单的协作转发系统模型如图2.2所示。图2.2协作转发系统模型
【参考文献】：
期刊论文
[1]针对NOMA和CR网络的功率分配方法[J]. 时安谊,杨震. 信号处理. 2019(07)
本文编号：3277980
【文章来源】：华侨大学福建省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
计算机网络IOS模型
华侨大学硕士学位论文12图2.1窃听信道模型在高斯窃听信道中，安全容量SC等于合法链路（AliceBob）和窃听链路（AliceEve）的香农容量之差，即：BElog1SNRlog1SNR,CS(2.2)式中max,0xx，BSNR和ESNR分别是Bob和Eve节点处的信噪比（Signal-to-NoiseRatio，SNR）。根据公式(2.2)，只要合法链路的信道质量优于窃听链路，就可以实现无密钥安全通信。因此，文献[11]为物理层安全技术的研究奠定了基矗但是，自Wyner以来的很长一段时间内，物理层安全技术一直没有引起太多关注。这归因于以下原因：首先，安全容量的可实现性依赖于随机编码的使用。然而，构造具有可负担复杂性的实用随机码是非常困难的。其次，为了达到正的安全容量，合法用户接收到的信噪比必须严格高于窃听者，这在无线通信环境中是很难保证的。在提出安全容量的概念不久后，Diffie和Hellman设计了公钥密码技术，该技术依赖于数学函数的计算，并且自出现以来就一直主导着安全性能的研究。由于上述原因，物理层安全技术的研究在20世纪70~80年代处于低谷。在此期间，物理层安全领域的代表性成果主要包括[42]，[43]。文献[42]分析了退化高斯窃听信道的安全容量，[43]将Wyner的理论结果推广到广播频道。自十九世纪九十年代以来，随着无线通信技术的广泛应用和无线用户设备的迅猛增长，无线通信网络的安全问题越来越重要，这重新点燃了信息理论安全的研究兴趣。在此背景下，信息理论安全研究取得了重大进展，主要包括各种网络模型的安全容量分析。文献[44]建立了高斯广播信道的保密容量理论，文献[45]和[46]分析了多天线信道的保密能力，文献[47]讨论了准静态衰落信道的
华侨大学硕士学位论文16码设计的重要意义。文献[59]综述了多个无线发射机共存时的信息理论安全性。文献[60]重点研究了改进物理层安全的各种协作干扰技术。文献[61]阐述了协作转发技术在对抗衰落、路径损耗、阴影等方面的应用。2.3.1基于协作转发的安全通信技术在网络中部署中继节点可以获得很多好处。通过在小区边缘附近部署中继，可以显著提高用户的吞吐量。在低信号水平地区部署中继网络，可以为周围用户带来更高的信噪比，从而提高其可实现的数据速率。当一组用户设备在移动的场景下(如在火车中)，中继可以为该组用户提供更好的移动性能。在半双工传输模式中，协作转发分成两个阶段进行。在第1阶段，机密信息由源节点向目的节点广播；在第2阶段，中继节点使用某种协议将信息转发给目的节点。在广播阶段和转发阶段窃听节点可以窃听机密信息，然后对两个阶段接收到的信号进行解码以提取原始信息。1.转发协议当信源具有非零安全容量时，中继节点有效地增加系统的安全容量。为了实现协作分集增益和频谱效率的提升，有很多协作传输方案，比如放大转发（Amplify-and-Forward，AF）、解码转发（Decode-and-Forward，DF）、压缩转发（Compress-and-Forward，CF）、选择转发（SelectionRelaying，SR）、机会式转发（IncrementalRelaying,IR）和混合解码放大转发（HybridDecodeAmplifyForward，HDAF）等。为了阐述几个不同的协作转发传输，考虑一个简单的协作转发系统模型如图2.2所示。图2.2协作转发系统模型
【参考文献】：
期刊论文
[1]针对NOMA和CR网络的功率分配方法[J]. 时安谊,杨震. 信号处理. 2019(07)
本文编号：3277980
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/xinxigongchenglunwen/3277980.html
