基于分段导频发送和人工噪声的物理层安全传输方案

在一个三节点MIMO窃听网络中,针对窃听方发送恶意导频干扰,提出了一种基于分段导频发送和人工噪声的物理层安全传输方案。首先将导频发送长度分为n段,合法接收方只选取其中的m段发送导频信号。发送方利用n-m段接收信号获取窃听信道的近似估计,并用其消除m段信道估计中的窃听信道部分。然后,发送方设计预编码矩阵并同时发送信号和人工噪声,实现信号的安全传输。仿真表明,当干扰功率为100 mW时,所提方案下的安全速率平均提高了1.34 bit/s/Hz。

存在恶意干扰者时一种基于连续零和博弈的物理层安全传输方法

在存在恶意干扰者的四节点网络中,恶意干扰者通过发送相关干扰破坏合法通信。针对该安全问题,本文提出了一种源信号和结构性噪声联合发送的安全传输方法,其中,结构性噪声是指合法通信双方共享的结构性码字,它只干扰非合作节点,从而提高系统安全性能。具体步骤为,首先建立发送方和恶意干扰者之间以安全速率为目标函数的连续零和博弈模型;然后根据信道状态确定各自的策略集,并分析策略集对应的纳什均衡;最后利用均衡解指导发送方合理分配源信号和结构性噪声的功率。数值仿真表明所提方法下的安全速率比原有方案的要高。

恶意导频干扰对采用人工噪声方案系统的安全性能影响分析

针对窃听方发送恶意导频干扰破坏系统安全性能的问题,本文将研究场景扩展到三节点MIMO(Multple-Input Multiple-Output)网络,首先分析存在恶意导频干扰时最小二乘和最小均方误差准则下的信道估计结果,并推导基于人工噪声的系统安全速率公式,得出当窃听方到达发送方的导频干扰功率大于合法接收方达到的功率时,安全速率值只能为零.然后,进一步分别研究半双工窃听方和全双工窃听方场景下的最优功率分配方案.最后,通过数值仿真分析窃听者位置、窃听者类型和干扰功率等因素对安全性能的影响.

瑞利衰落信道下基于平均速率安全性能分析

针对现有的物理层安全技术缺乏以瑞利衰落信道为研究背景的安全性能分析,建立瑞利衰落信道下的窃听模型,首先分别用平均解码速率和平均发送速率来衡量传输系统的有效性和安全性,并推导其解析表达式。然后,将传输系统有效性和安全性的折中问题建模为多目标优化问题,通过线性加权和法进一步将其转化为单目标优化问题,并给出基于梯度下降法的最优发送速率求解算法。最后,通过数值仿真分析信号发送速率、窃听者位置、循环迭代次数等因素对系统安全性能的影响。

MIMO异构网络中一种基于人工噪声的抗主动窃听者的鲁棒安全传输方案

为保证MIMO异构网络面临多天线主动窃听时的安全性,该文提出一种基于人工噪声的抗主动窃听者的鲁棒安全传输方案。首先,考虑窃听者发送上行导频干扰的情形,研究了其发送的上行导频干扰对合法用户信道估计的影响。随后,基于信道估计结果对宏基站、微基站的下行数据与噪声信号的预编码矩阵进行设计,并推导了此种情形下系统安全速率的表达式。然后,以系统安全速率最大化为目标对基站的下行数据与噪声信号的发送功率进行优化设计,并提出一种基于1维线性搜索的求解方法。进一步地,考虑窃听者在发送上行导频干扰后,继而发送噪声干扰用户下行通信的情形,提出一种基于离散零和博弈方法来获取最优的发送功率设计。仿真结果验证了所提方案的安全性和鲁棒性。

一种基于两次报价博弈机制的安全中继选择方法

无线网络中,中继转发数据需要消耗自身的能量和计算资源,具有自私性。针对中继自私性导致数据发送中断、源节点安全速率降低的问题,提出了一种基于两次报价博弈机制的无线网络安全中继选择方法。该方法引入虚拟货币的形式鼓励和规范不同节点间的转发关系,并提出基于虚拟货币衡量的两次报价竞争博弈机制,中继根据转发数据所需消耗的能量等成本决定其报价,所有中继将提供的安全速率进行标价,并且中继两次报价的占优策略均为上报真实成本才能获得源节点支付的报酬,源节点根据中继所提供的安全速率和报价的多少选择使其安全速率增益最大的中继。仿真和分析表明,发送功率为15mW的功率条件下,相比传统方法,文章方法的安全速率提高40%。

基于演化博弈机制的物理层安全协作方法

在无线网络中,当利用经典博弈机制研究物理层安全时,能量受限的发送端为了最大化自身安全速率,趋向于选择非协作策略,造成网络的安全速率降低。针对这一问题,该文提出一种基于演化博弈机制的物理层安全协作方法。首先,根据演化博弈机制定义策略(发送人工噪声或信号)和收益(不同策略组合下的安全速率);然后,发送端根据当前网络状态以及协作收益与平均期望收益的差值,不断进行策略调整以最大化收益;最后,通过求解获得使发送端达到协作稳定策略的条件,使网络从不稳定状态向协作稳定状态演化,从而提高了系统的安全速率。仿真和分析结果表明,在高斯信道条件下,相比经典博弈方法,该方法的发送端策略稳定在协作状态,网络安全速率可提高1 bit/(s?Hz)。

一种基于博弈的联盟组网方法

针对缺乏有效联盟收益分配机制,导致发送端拒绝协作,同时发送信号,造成接收端信号重叠,该文提出一种基于博弈的安全联盟组网方法。首先,将协作博弈机制中的收益分摊机制引入安全联盟组网自适应形成方法,建立发送端联盟组网模型。然后,为实现联盟方式组网,基于博弈方法将联盟组网相比非联盟时增加的总安全速率作为可转移的收益函数,平均分配给组网内各个发送端;之后,发送端遍历所有可能形成的联盟组网,得到均摊收益最大的联盟组网方式;最后,发送端自适应形成该联盟组网,无需发送信号或相同需求下窃听信道条件最坏的发送端发信号,其余所有发送端通过发送人工噪声进行协作。仿真分析验证了该方法的公平性和有效性,当发送端功率等于20 m W时,高斯信道下的网络平均安全速率相比初始状态提高1.8 bit/(s?Hz)。