[发明专利]一种缓存辅助的多中继传输系统中基于能效的安全传输方法

说明书

本发明公开了一种缓存辅助的多中继传输系统中基于能效的安全传输方法，该方法首先对数据包进行RS编码，传输流程包括两个阶段，第一阶段由发送结点向中继发送全部编码包，每个时隙根据所有中继的信道状态信息选择一个中继作为接收端，并根据所选中继的信道状态调整发送功率，以降低被窃听者接收的概率，并提高传输的能量效率。第二阶段由中继向接收结点发送编码包，每个时隙根据中继与接收结点之间的信道状态选择一个中继作为发送端，并调整瞬时发送功率。本发明能够有效降低窃听结点的数据破译概率，并实现较高的传输能量效率。

技术领域

本发明属于无线通信领域，具体涉及一种缓存辅助的多中继传输系统中基于能效的安全传输方法。

背景技术

在下一代移动通信中需要提供更高的传输速率和更大的系统容量。事实上，现有的4G网络就是一个异构网络，在4G系统中已经部署了许多固定中继和其他类型的无线接入点。在具有异构拓扑的LTE-A系统中，协作通信得到了广泛的应用，提供了更大的系统吞吐量和更高的边缘传输速率。协作通信的研究最早来源于中继技术，通过在信道较差的发送结点与接收结点之间设置中继，借助中继辅助数据传输，从而改善信道质量，扩大传输距离。在协作中继技术中，中继结点不再只是单纯的转发来自发送结点的数据。通过选择合适的中继结点构成一个虚拟天线阵列，系统可以获得空间分集增益，从而提高系统容量。传统的中继具有一定的局限性，由于中继仅具备数据转发功能，因此所选的中继在前一时隙接收到来自源结点的数据后，紧接着在后一时隙就要将数据发送至接收结点，并不能保证所选中继与发送结点和接收结点间的两段链路都是最优的。为了解决传统中继的这一局限性，有研究者提出将中继与缓存技术结合起来，给中继配备大容量的缓存器，中继在接收到数据包后不必在下一个时隙立刻将数据发送出去，而可以等待信道条件更好时再发送至接收结点，从而可以提供更大的吞吐量和分集增益。

有研究表明，中继传输系统不仅能提高系统的吞吐量，还能提供较高的安全传输速率。采用中继选择方式提高传输安全性的原理是，使得所选中继的合法链路的CSI更高，而与窃听者之间的窃听信道的CSI更低，从而实现较高的保密容量。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种缓存辅助的多中继传输系统中基于能效的安全传输方法。通过针对合法信道的实时信道状态信息设计中继选择策略，并在发送端加入功率控制策略，该方法能够在提高系统能量效率的基础上实现数据传输的安全性。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案予以实现：

一种缓存辅助的多中继传输系统中基于能效的安全传输方法，该多中继传输系统包括一个发送结点A、N个中继结点R_j、一个接收结点B和一个窃听结点E，且1≤j≤N；所有结点都配置单副天线，中继工作于半双工模式，并采用译码转发协议；待发送数据被划分为K个数据包，假设窃听结点E的位置是随机的，并且在每个传输时隙窃听结点E均试图窃听在无线信道中传输的数据；该方法包括以下步骤：

1)数据传输前，发送结点A首先将数据包进行RS编码，得到M个编码包；

2)传输的第一阶段，在每个传输时隙，发送结点A根据中继选择方法选择一个中继R_m作为数据接收端；

3)发送结点A根据功率控制方法确定发送功率的大小，然后将一个编码包发送至步骤2)所选的中继R_m；

4)重复步骤2)和步骤3)，直到M个编码包全部被传输到中继端，此时第一阶段传输结束；

5)传输的第二阶段，在每个传输时隙，根据中继选择方法选择一个中继R_n作为数据发送端；

6)中继R_n根据功率控制方法确定当前的发送功率，并从本地存储的未被发送过的编码包中选择一个发送至接收结点B；

7)重复步骤6)和步骤7)，直到K个编码包被接收结点B接收。