无线供能协作中继系统物理层安全技术研究
发布时间：2022-02-21 13:22
随着未来移动数据流量的爆炸式增长,人们多样化、差异化的通信服务需求对信息安全和用户隐私保护都提出了更为严峻的挑战。一方面,在未来超密集复杂异构的新型网络架构下,多网共存和网络密集化部署,这使得网络更加开放,由无线信道固有的广播特性带来的信息泄露问题尤为突出。另一方面,随着大数据时代的到来,通信节点计算能力和学习能力不断增强,传统依赖于通信协议高层的加密技术所设计的安全机制受到严重冲击,超密集异构网络部署使得用户间密钥分发管理难以实施。物理层安全技术作为通信网络高层加密技术的重要补充,其可以利用无线信道固有的随机特性实现信息的高安全传输,被公认为是未来无线通信的关键技术之一。协作中继技术作为物理层安全技术的重要使能技术,其可扩展通信范围、降低信息泄露以及提高信息传输安全性。但协作中继技术面临以下问题:首先,半双工中继模式带来严重的频谱效率损失。虽然全双工技术可以提高频谱效率,但其会引入额外的回路干扰,干扰合法信息传输,导致系统安全性能的降低。其次,电池供电的移动用户可能因为自身能量存储有限而不能作为中继节点协助通信。第三,移动终端持有者为具有社会属性的人,人与人之间的社交关系能否指导协作...
【文章来源】：山东大学山东省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：150 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
缩略语表
数学符号表
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 无线供能安全协作系统相关技术简介
1.2.1 协作中继技术
1.2.1.1 放大转发协议
1.2.1.2 解码转发协议
1.2.1.3 协作干扰协议
1.2.2 全双工技术
1.2.2.1 全双工中继
1.2.2.2 回路干扰
1.2.3 无线信息与能量同传
1.2.3.1 基本原理
1.2.3.2 无线供能协作中继系统
1.2.4 社交网络模型
1.3 国内外研究现状
1.4 研究内容与组织结构
1.4.1 关键科学问题
1.4.2 研究内容与总体思路
1.4.3 论文组织结构
第2章 无线供能全双工中继系统物理层安全传输方案设计
2.1 系统模型
2.2 保密率最大化问题建模
2.3 波束矢量与时间切换因子联合优化设计
2.3.1 能量波束设计
2.3.2 信息波束设计
2.3.3 时间切换因子优化设计
2.3.4 算法描述
2.3.5 算法收敛性分析
2.4 仿真分析
2.4.1 时间切换因子对安全性能影响
2.4.2 收敛性能
2.4.3 保密率性能
2.5 本章小结
第3章 自能量回收利用协作中继系统鲁棒安全传输方案设计
3.1 自能量回收利用协作中继系统
3.1.1 系统模型
3.1.2 问题建模
3.2 最差情况保密率优化方案设计
3.2.1 信息安全传输条件
3.2.2 功率分配方案设计
3.2.3 信源信息波束和中继接收矢量设计
3.2.4 中继发送波束设计
3.2.4.1 部分收割能量用于信息传输
3.2.4.2 全部收割能量用于信息传输
3.2.5 WCSR优化算法描述
3.2.6 算法复杂度分析
3.3 基于时间切换能量收割协议的鲁棒中继方案
3.3.1 系统模型
3.3.2 鲁棒中继方案设计
3.4 仿真结果与分析
3.4.1 ECSI不确定性信道误差对安全性能影响
3.4.2 功率分配性能分析
3.4.3 最差保密率性能
3.5 本章小结
第4章 基于社交关系感知的物理层安全传输方案设计
4.1 系统模型
4.1.1 社交信任度
4.1.2 信号模型
4.1.2.1 直连链路传输
4.1.2.2 协作传输
4.2 保密率优化问题建模
4.3 基于机会能量收割的协作干扰方案设计
4.3.1 干扰波束设计
4.3.2 基于上/下界的时间切换方案
4.3.3 干扰节点选择
4.3.4 社交关系感知的协作安全方案描述
4.4 仿真与分析
4.4.1 中继存储能量对机会能量收割方案的影响
4.4.2 期望保密率性能
4.5 本章小结
第5章 结论与展望
5.1 论文总结
5.2 论文不足与研究展望
附录A 第2章中命题、引理证明
A.1 引理2.1证明
A.2 命题2.2证明
A.3 保密率与时间切换因子函数关系分析
附录B 第3章中命题证明
B.1 命题3.2证明
B.2 命题3.3证明
附录C 第4章中命题证明
C.1 命题4.2证明
C.1.1 基于上界的时间切换因子优化算法
C.1.2 基于下界的时间切换因子优化算法
C.2 保密率上界与时间切换因子的函数关系分析
参考文献
致谢
攻读博士学位期间的成果列表
英文论文
附件
本文编号：3637339
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第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 无线供能安全协作系统相关技术简介
1.2.1 协作中继技术
1.2.1.1 放大转发协议
1.2.1.2 解码转发协议
1.2.1.3 协作干扰协议
1.2.2 全双工技术
1.2.2.1 全双工中继
1.2.2.2 回路干扰
1.2.3 无线信息与能量同传
1.2.3.1 基本原理
1.2.3.2 无线供能协作中继系统
1.2.4 社交网络模型
1.3 国内外研究现状
1.4 研究内容与组织结构
1.4.1 关键科学问题
1.4.2 研究内容与总体思路
1.4.3 论文组织结构
第2章 无线供能全双工中继系统物理层安全传输方案设计
2.1 系统模型
2.2 保密率最大化问题建模
2.3 波束矢量与时间切换因子联合优化设计
2.3.1 能量波束设计
2.3.2 信息波束设计
2.3.3 时间切换因子优化设计
2.3.4 算法描述
2.3.5 算法收敛性分析
2.4 仿真分析
2.4.1 时间切换因子对安全性能影响
2.4.2 收敛性能
2.4.3 保密率性能
2.5 本章小结
第3章 自能量回收利用协作中继系统鲁棒安全传输方案设计
3.1 自能量回收利用协作中继系统
3.1.1 系统模型
3.1.2 问题建模
3.2 最差情况保密率优化方案设计
3.2.1 信息安全传输条件
3.2.2 功率分配方案设计
3.2.3 信源信息波束和中继接收矢量设计
3.2.4 中继发送波束设计
3.2.4.1 部分收割能量用于信息传输
3.2.4.2 全部收割能量用于信息传输
3.2.5 WCSR优化算法描述
3.2.6 算法复杂度分析
3.3 基于时间切换能量收割协议的鲁棒中继方案
3.3.1 系统模型
3.3.2 鲁棒中继方案设计
3.4 仿真结果与分析
3.4.1 ECSI不确定性信道误差对安全性能影响
3.4.2 功率分配性能分析
3.4.3 最差保密率性能
3.5 本章小结
第4章 基于社交关系感知的物理层安全传输方案设计
4.1 系统模型
4.1.1 社交信任度
4.1.2 信号模型
4.1.2.1 直连链路传输
4.1.2.2 协作传输
4.2 保密率优化问题建模
4.3 基于机会能量收割的协作干扰方案设计
4.3.1 干扰波束设计
4.3.2 基于上/下界的时间切换方案
4.3.3 干扰节点选择
4.3.4 社交关系感知的协作安全方案描述
4.4 仿真与分析
4.4.1 中继存储能量对机会能量收割方案的影响
4.4.2 期望保密率性能
4.5 本章小结
第5章 结论与展望
5.1 论文总结
5.2 论文不足与研究展望
附录A 第2章中命题、引理证明
A.1 引理2.1证明
A.2 命题2.2证明
A.3 保密率与时间切换因子函数关系分析
附录B 第3章中命题证明
B.1 命题3.2证明
B.2 命题3.3证明
附录C 第4章中命题证明
C.1 命题4.2证明
C.1.1 基于上界的时间切换因子优化算法
C.1.2 基于下界的时间切换因子优化算法
C.2 保密率上界与时间切换因子的函数关系分析
参考文献
致谢
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