[发明专利]基于电力线通信的多跳数据安全传输方法、装置及设备

权利要求书

1.一种基于电力线通信的多跳数据安全传输方法，应用于台区的移动终端和电能表之间的通信数据传输，其特征在于，包括以下步骤：

S1.获取多跳宽带电力线上各个通信信道的信道状态信息和通信参数，依据各个所述通信参数构建与每个所述通信信道一一对应的信道传递函数，各个所述通信参数结合MK模型对各个所述信道传递函数构建实际信道模型；

S2.依据所述实际信道模型建立电力线通信系统模型；

S3.将联合收发矩阵输入所述电力线通信系统模型中得到目标函数；

S4.对所述目标函数采用迭代分布式算法进行优化求解，得到所述电力线通信系统模型上多跳数据安全传输的安全速率；

所述联合收发矩阵包括发射预编码矩阵、中继编码矩阵和接收滤波矩阵；所述目标函数包括各发射功率的约束、通信通道数的约束以及对窃听用户均方误差的约束，在满足发射端和中断端的传输功率约束，所述目标函数为：

s.t.：MSE_e，k≥ε_k

其中，K为不小于1的自然数，{U_k}为所述发射预编码矩阵，{V_m}为所述中继编码矩阵，{W_k}为所述接收滤波矩阵，{W_e，k}为所述窃听用户的接收滤波矩阵，MSE_k为接收端对所述多跳宽带电力线上传输数据的均方误差，MSE_e，k为所述窃听用户对传输数据的均方误差，为发射端的发射功率，为中断端的发射功率，P_sk为发射端的最大发射功率，P_rm为中断端的最大发射功率，ε_k为MSE_e，k的最小值。

2.根据权利要求1所述的基于电力线通信的多跳数据安全传输方法，其特征在于，所述通信参数包括各个所述通信信道的路径数量、路径的传输距离、信号频率和通信节点；其中，所述通信节点能用于窃听用户窃取所述通信信道上的传输数据。

3.根据权利要求2所述的基于电力线通信的多跳数据安全传输方法，其特征在于，根据如下公式作为多跳宽带电力线的所述实际信道模型：

其中，i为路径的编号，g_i为每条路径的加权系数且数值为不大于1的自然数，A(f，d_i)为所述通信信道的衰减系数，α₀、α₁和k均是衰减参数，k为0.5～1，d_i为第i条路径的传输距离，τ_i为路径i上的时延c₀为光速，ε_r为所述多跳宽带电力线的介电常数。

4.根据权利要求2所述的基于电力线通信的多跳数据安全传输方法，其特征在于，所述电力线通信系统模型包括发射端、中继和接收端，基于加性高斯白噪声对所有的用于接收数据的所述通信节点的均值为零和方差σ²进行处理，得到所述发射端、所述中继和所述接收端它们之间链路的信道矩阵。

5.根据权利要求1所述的基于电力线通信的多跳数据安全传输方法，其特征在于，根据所述迭代分布式算法对所述目标函数进行优化求解的步骤包括：

S41.对所述发射预编码矩阵和所述中继编码矩阵的矩阵变量设置初始值，并采用所述迭代分布式算法计算出所述接收滤波矩阵的最优线性矩阵；

S42.根据所述目标函数，求解得到所述窃听用户的优化接收滤波矩阵；

S43.基于所述最优线性矩阵、所述优化接收滤波矩阵和在所述步骤S41迭代得到的所述中继编码矩阵，再采用所述迭代分布式算法计算得到优化后的发射预编码矩阵；

S44，基于所述最优线性矩阵、所述优化接收滤波矩阵和所述优化后的发射预编码矩阵，采用所述迭代分布式算法计算得到优化后的中继编码矩阵。