[发明专利]一种无线缓存网络下基于喷泉码的多播安全传输方法

说明书

本发明一种无线缓存网络下基于喷泉码的多播安全传输方法，包括：首先由基站根据服务器选择策略选择传输服务器，然后在每个时隙内，基站根据合法用户的当前译码状态矩阵设计喷泉编码方案，并将编码信息通知服务器，然后服务器进行编码并通过基站广播校验包，此时位于基站覆盖范围内的窃听用户可以窃听到基站当前发送的校验包。当合法用户成功收到校验包后，向基站反馈ACK信号，基站根据反馈信息更新当前译码状态矩阵；重复上述步骤直到服务器上存储的K个数据包全部传输完毕；基站判断此时各个用户的译码信息包集合中的元素是否都为L，并决定是否停止编码并结束传输。本发明能够显著提高传输效率，并实现多播模式下的数据安全可靠传输。

技术领域

本发明属于无线通信领域，具体涉及一种无线缓存网络下基于喷泉码的多播安全传输方法。

背景技术

随着无线终端数量的飞速增长，以及大量新型无线服务应用的涌现，无线数据流量急剧增加。为了满足海量用户日益增长的无线业务需求，5G时代的通信模式将逐渐从以链接为核心的通信向以内容为核心的通信方向转变。为了缓解移动数据流量的增长给核心网带来的严重负荷，研究者们将缓存技术引入无线接入网，利用非高峰期将热门数据分布式地缓存到具备存储能力的网络边缘节点上(如基站)。利用分布式缓存技术，降低高峰期内回程链路和核心网的网络负荷，提高系统吞吐量，并且能有效的降低用户侧传输时延。

在传统无线通信中，由于无线信道的广播特性，多播传输虽然能够带来较高的信道利用率，但在信息安全方面也面临更大的挑战，更容易造成私密信息的泄露。用户间的信道存在差异，因而多播传输的速率和效率受到最差信道的制约，相同的数据往往要进行多次传输才能被全部的用户接收，因而窃听用户更容易截获机密数据。另外，大量的反馈信息更容易造成“反馈风暴”，导致网络拥塞。将分布式缓存系统引入无线通信的接入网不仅面临着与传统无线多播通信系统同样的问题，也面临着新的挑战，比如如何为多播用户选择合适的缓存服务器以减少切换时延，以及设计一个高效可靠的安全传输策略。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种无线缓存网络下基于喷泉码的多播安全传输方法，该方法能够在有效降低窃听用户的破译概率的基础上实现高效可靠的多播传输。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种无线缓存网络下基于喷泉码的多播安全传输方法，在进行数据传输之前，私密文件被划分为L个信息包x₁,x₂,...,x_L，并被缓存至S个服务器中，每个服务器存储K个信息包，该方法包括以下步骤：

1)基站选择一个服务器s_k进行喷泉编码与数据传输；

2)在当前传输时隙内，基站采用喷泉编码方法确定组成校验包的信息包序号，并将选出的信息包序号发送至服务器端；

3)服务器s_k将步骤2)得到的信息包进行异或操作，得到校验包，并在当前传输时隙通过基站广播至全部多播用户；

4)当第u个用户接收到所发校验包后，向基站反馈一个ACK信号，通知基站第u个用户已正确接收校验包；基站收到ACK信号后更新第u个用户正确接收校验包集合，对正确接收的校验包进行译码，并更新译码信息包集合I_u，其中，u∈[1,M]，M为多播用户数；

5)重复步骤2)至4)，直到在服务器s_k上存储的K个信息包被全部传输完；

6)基站判断各个用户的译码信息包集合中的元素是否都为L，若存在用户的译码信息包集合中的元素不为L，则根据服务器选择方法选择一个新的服务器s_k+1并重复步骤2)到5)；若全部为L，则停止编码并结束数据传输。

本发明进一步的改进在于，步骤2)中，基站采用喷泉编码方法确定组成校验包的信息包序号的具体操作如下：