基于随机几何方法的无线网络安全

发布时间：2022-01-11 08:43

　　由于完全开放的无线信道,网络安全是无线网络演变过程中面临的核心问题之一。基于香农信息论的物理层安全被认为可以提供不依赖破译复杂度的“绝对安全”成为保障未来无线网络信息安全传输的一种有效途径。目前物理层安全已成为无线通信领域的研究热点。尤其对于节点位置随机分布、节点信道信息无法准确获取的随机网络,其安全容量分析更是研究难点。针对此,基于随机几何方法理论,本文研究了随机网络典型场景下的安全连接,提出了提升其安全性能的方法,在进行深入分析和研究的过程中,取得了以下研究成果：（1）针对单小区单天线随机网络（基站、合法用户和窃听用户均配置单根天线）安全连接,建立了表征合法节点、窃听节点空间位置的泊松模型,推导了瑞利衰落信道下,窃听者非合谋场景下任意位置合法用户的安全连接概率闭式表达式；针对窃听者合谋场景,推导了Nakagami-m衰落信道下任意位置合法用户安全连接概率的闭式表达式；提出了一种合法用户间合作方法来对抗窃听者合谋,相比非协作场景,可使安全中断概率降低33%。（2）针对MIMO随机无线网络（基站、合法用户和窃听用户均配置多根天线）的安全连接,研究了发送-接收分集技术（Transmit-... 

【文章来源】：北京邮电大学北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：126 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１－１未来异构无线网络??

未来网络将呈现多种广域覆盖蜂窝网（如宏蜂窝（Ｍａｃｒｏｃｅｌｌ）、微小区??（Ｍｉｃｒｏｃｅｌｌ）、微微蜂窝（Ｐｉｃｏｃｅｌｌ）、毫微微蜂窝（Ｆｅｍｔｏｃｅｌｌ）等）与热点（ｓｍａｌｌ??ｃｅｌｌ、ＷＬＡＮ，６０ＧＨｚ等）异构融合部署特性，如图１－１所示。??—?ｉ?—?Ｍａｃｒｏ?Ｃｅｌｌ??、．、、ＭｉｃｒｏＣｅＨ＇??Ｐｒｃｏ／Ｅｅｍｔｏ?Ｃｅｌｌ?一一－－’＇?????——一一■??图１－１未来异构无线网络??从拓扑结构来看，非均勾部署将取代传统蜂窝无线网络的均匀部署，成为未??来５Ｇ无线网络的重要特征ＩＭＩ，如图１－２所示：（ａ）为传统蜂窝均匀部署模型，??采用经典的二维六边形对无线网络建模，小区由正六形构成，１＾获取最优的网络??部署；（ｂ）为非均匀部署模型，采用泊松点过程（Ｐｏｉｓｓｏｎ化ｉｎｔＰｒｏｃｅｓｓ，ＰＰＰ）对??无线网络建模，小区由Ｖｏｒｏｎｏｉ图构成，称该类网络为随机网络。??（ａ）?（ｂ）??图１－２传统蜂窝均匀部署与非均匀部署拓扑图??３??

物理层安全的本质是，在窃听者存在下的无线信道中，无需复杂的加??密方法，即可实现合法节点间信息的安全传输。??图１－４给出了安全容量可达区域。图中纵坐标ｄ为窃听者Ｅｖｅ对信息不确定??性的度量，最大值为／／ｓ，横坐标为主信道的信息传输速率，最大值为主信道容??量Ｃｍ。当主信道的数据传输速率大于安全容量Ｑ，不管是否大于主信道容量??Ｃｍ，?Ａｌｉｃｅ与Ｂｏｂ链路间的信息传输必存在一定的安全损失。而当传输速率小??于时，才有可能使得Ｅｖｅ对信息的疑义度达到最大，即Ｅｖｅ窃取不到任何保＾??密信息。??ｄ??个??。．－…―－Ｋ??１?Ｉ??Ｉ?Ｉ??Ｉ?Ｉ??Ｉ?Ｉ??＊?＊?ｉ?＞?巧??Ｃｓ?Ｃ乂??图１－４安全容量可达区域??Ｌｅｕｎｇ－Ｙａｎ－Ｃｈｅｏｎｇ等人将Ｗｙｎｅｒ窃听模型扩展到高斯窃听信道模型ＷＷ，如??图１－５所示。合法信道的噪声和窃听信道噪声为独立的高斯噪声，该模型下的安??５??

【参考文献】：
期刊论文
[1]多天线中继系统中人工噪声辅助的安全波束成形[J]. 张立健,金梁,刘璐,罗文宇.  通信学报. 2014(11)

博士论文
[1]无线网络的物理层安全问题研究[D]. 陈涛.华南理工大学 2013



本文编号：3582480