[发明专利]基于物理层安全的中继系统功率分配方法

说明书

本发明公开了一种基于物理层安全的中继系统功率分配方法，主要解决现有技术没有考虑中继节点的可再生和功率分配方法是次优而不能满足绿色通信需求的问题。其实现的步骤是：1.分别计算中继节点的信道容量，目的节点的信道容量，窃听节点接收信源信息的信道容量，窃听节点的信道容量；2.根据中继节点的信道容量，目的节点的信道容量，窃听节点接收信源信息的信道容量和窃听节点的信道容量，计算系统中断概率；3.计算系统中断概率在中继节点信源信息的检测值进行能量吸收的分配比值约束条件下的最小值，得到中继节点信源信息的检测值进行能量吸收的最优分配比值。本发明能有效降低能耗，节约资源，可用于无线中继传感网络系统。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，特别是一种中继系统数据传输功率的分配方法，可应用于无线中继传感器网络系统。

背景技术

随着无线技术的飞速发展和应用领域不断扩张，无线中继传感器网络对能源的消耗也在显著增长。由于各种无线设备的大量应用，将带来更多的能源消耗，所以无线通信中节能减排的责任重大。传统的无线设备均是由电池进行供电。当这些电池出现问题或电量完全耗尽以后，想要完成对放置在空间中的无线设备进行电池的更换是非常困难的，不仅需要耗费大量的人力、物力、财力，而且对于资源也是一种极度的浪费。近年来，人们开始考虑可再生能源为无线通信设备供能，比如无线信息与能量协作传输SWIPT技术。该技术正好契合了可再生能源应用于无线传感器网络的动机，能够有效的提高系统的生存时间，具备绿色环保、部署灵活和维护便利等在绿色通信系统应具有的诸多优点，并且避免了传统无线设备需要更换电池或者电力供应的缺点。因此，无线信息与能量协作传输SWIPT技术在无线中继传感器网络中的应用受到了国内外学者的广泛关注。

现有的大部分关于无线中继传感器网络系统中的功率分配问题的解决方法都是通过最优化系统功率分配方法来降低系统的总能耗，即就是上述的传统的无线设备。对于近年来人们提出的无线信息与能量协作传输SWIPT技术的研究大部分也都是应用在非再生中继无线通信系统中，即不考虑中继节点的重复利用。L.Q.Zhong，Z.Qi,and Q.J.Yin等人在其发表的论文“Secure Relay Beamforming for Simultaneous Wireless Informationand Power Transfer in Nonregenerative Relay Networks”(IEEE Transactions onVehicle Technology,vol.63,no.5,pp.2462-2467,Jun.2014.)中提出了一种基于SWIPT技术的安全式非再生中继网络的功率分配方法，该方法中，在中继节点传输功率和吸收能量受限的条件下，为了达到更高的安全率，实现较低的系统复杂度，提出了非再生中继无线通信系统中传输功率的分配方式。这种方法由于没有考虑中继节点的可再生，且得到的功率分配方法是次优的，因而不能更好地满足绿色通信的需求。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种基于物理层安全的中继系统功率分配方法，以减小资源浪费。

实现本发明的技术思路是：在点到点的无线中继传感器网络中，将信源发送的数据信息通过无线信道发送给中继节点，中继节点通过功率分割机制将接收到的部分信源信息转换成吸收能量，以对剩余源发送信息进行放大并通过无线信道发送到目的节点。考虑到无线信息传输的安全性问题，窃听节点通过信源发送信息和中继节点的接收信息去窃听信息。在保证系统中断概率最小的条件下，实现中继节点信源信息的检测值进行能量吸收的最优分配。具体实现步骤包括如下：

(1)在点到点的无线中继通信系统模型中，分别计算中继节点信源信息检测值的瞬时信噪比ρ_sr、目的节点信源信息检测值的瞬时信噪比ρ_d、窃听节点接收信源信息的瞬时信噪比ρ_se和窃听节点接收中继信息的瞬时信噪比ρ_re；

(2)根据中继节点信源信息检测值的瞬时信噪比ρ_sr，计算中继节点的信道容量C_sr：