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】:

基于随机几何方法的无线网络安全


图1-1未来异构无线网络??

拓扑图,蜂窝,拓扑图,与非


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??

模型图,模型,容量,可达区域


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

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