[发明专利]认知无线电网络中基于协作干扰的安全传输方案

说明书

本发明提供了一种认知无线电网络中基于协作干扰的安全传输方案，包括：步骤1，根据主用户的信道衰落为瑞利衰落将主用户节点之间的信道增益建模为独立的复杂高斯随机变量，使用高斯噪声进行协同干扰；步骤2，将次级用户招募为合作干扰者，主用户建立激励机制；步骤3，将多个主用户和单个次级用户之间的交互建模为多领导者和单跟随者的斯坦伯格博弈，根据每位领导者预料跟随者反应的能力选择策略，使用纳什非合作方式与其他领导者竞争。本发明将多个主用户和单个次级用户的交互建模成斯坦伯格博弈，通过多个主用户和单个次级用户协作的方式来提升主用户的保密速率，提升次级用户的传输速率。

技术领域

本发明涉及信息安全领域，特别涉及一种认知无线电网络中基于协作干扰的安全传输方案。

背景技术

目前，认知无线电技术被认为是解决频谱资源短缺问题或提高未来无线通信系统频谱效率的最有效技术。在认知无线电网络中，允许次级用户访问主用户的授权频谱，但是需要保证次级用户产生的干扰功率不会干扰主用户的正常通信。在无线通信网络中，安全性是一项重要要求，而认知无线电由于其开放性很容易受到诸如窃听之类的外部威胁。传统上，安全性是在上层使用加密方法处理的，但是加密方法依赖于解密消息以实现安全性的计算难度，随着现在处理器和量子计算的发展，计算能力不断提升，某些数学问题的计算难度可能不再成立，从而导致许多当前的密码系统崩溃。作为支持和补充现有加密协议的解决方案，物理层安全(PLS)在学术界引起了更多关注。物理层安全背后的主要思想是利用无线信道特性来提高无线传输的安全性，这种安全性是通过保密速率的概念来量化的，保密速率定义为从源节点发送到目的节点而不被恶意窃听者窃听的秘密信息的比率，然而，当源节点到目的节点的信道质量比源节点到窃听节点的信道质量差时，保密速率将等于零。为了克服此限制，可以采用协作干扰的方法来提高保密速率。

发明内容

本发明提供了一种认知无线电网络中基于协作干扰的安全传输方案，其目的是为了解决传统的认知无线电网络中主用户的保密速率较低的问题。

为了达到上述目的，本发明的实施例提供了一种认知无线电网络中基于协作干扰的安全传输方案，包括：

步骤1，根据主用户的信道衰落为瑞利衰落将主用户节点之间的信道增益建模为独立的复杂高斯随机变量，使用高斯噪声进行协同干扰；

步骤2，将次级用户招募为合作干扰者，主用户建立激励机制；

步骤3，将多个主用户和单个次级用户之间的交互建模为多领导者和单跟随者的斯坦伯格博弈，根据每位领导者预料跟随者反应的能力选择策略，使用纳什非合作方式与其他领导者竞争；

步骤4，根据所有领导者的策略被揭示，跟随者从领导者的策略集中选择最佳策略对所有领导者的策略做出反应。

其中，所述步骤1具体包括：

在次级用户友好干扰的情况下，从主用户的源端PU_si到主用户的目的端PU_Di的信道容量如下所示：

其中，表示从主用户的源端PU_si到主用户的目的端PU_Di的信道容量，σ²表示每条链路的独立加性高斯白噪声的方差，表示主用户源节点PU_si的平均发射功率，表示次级用户源节点SU_S在信道f_i中的干扰功率，表示从次级用户源节点SU_S到主用户目的节点PU_Di的信道增益，表示从主用户i的源节点PU_si到相应的目的节点PU_Di的信道增益；

从主用户源节点PU_si到恶意窃听者E之间的信道容量，如下所示：