[发明专利]一种增强NOMA可见光通信网络安全的动态资源分配方法

权利要求书

1.一种增强NOMA可见光通信网络安全的动态资源分配方法，其特征在于，包含如下步骤：

1)基于下行NOMA的室内可见光通信网络中，由多个部署在屋顶上的室内光接入点和多个在地板上移动用户组成，每个室内光接入点覆盖一个光小区，在此范围内的移动用户与该室内光接入点基于NOMA进行可见光通信，在每个光小区的边缘，有一个窃听者Eve伺机窃听该室内光接入点发送给与其相关联的合法移动用户的信息，假定合法用户和Eve均配备单个光电二极管PD接收机，并且PD接收机的视场足够大，能够收到LED发光角度范围内的所有信号；

2)假定某一时刻某光接入点覆盖范围内有若干个移动用户，移动用户通过信道估计其信道状态信息CSI，并利用上行红外链路信道将其反馈给关联的光接入点，即每个光接入点能够获取与其相关联的移动用户的CSI，Eve在光小区的边缘进行窃听，并且Eve与光接入点之间的距离保持不变，则Eve的瞬时CSI为已知，光接入点在获取到移动用户与Eve的CSI之后，将信道增益排序，并将排序信息传送给移动用户与Eve；

3)根据步骤2)的信道增益排序信息，并利用NOMA的串行干扰消除SIC技术，计算获得任一时刻合法移动用户的接收信干噪比，以及Eve窃听该用户的瞬时信干噪比；

4)根据步骤3)得到的合法移动用户的接收信干噪比，以及Eve窃听该用户的瞬时信干噪比，计算合法移动用户的可达安全速率；

5)重复步骤2)至步骤4)，直至计算完某光接入点覆盖范围内所有合法移动用户的和安全容量；

6)重复步骤2)到步骤5)，直至计算完所有光接入点内所有合法移动用户的和安全容量，并用网络和安全容量来表示；

7)构建用户移动情况下安全通信与功率分配的联合优化问题，在每个光接入点的功率以及光接入点基于NOMA分配给关联用户的功率的约束条件下，使网络和安全容量达到最大；

8)利用分层功率分配算法，求解步骤7)构建的用户移动情况下安全通信与功率分配的联合优化问题，完成移动用户的资源分配；

步骤3)中，根据获得的信道增益排序信息，并利用NOMA的SIC技术，计算出时刻t用户m的接收信干噪比表示为：

其中表示时刻t光接入点s所服务的用户集合中的任一用户m′，其光无线信道增益大于用户m的信道增益

时刻t Eve窃听用户m的信干噪比表示为：

步骤4)中，计算出时刻t用户m的可达安全速率为：

R_s,m,t＝[log(1+Q_s,m,t)-log(1+Q_s,e→m,t)]⁺ (7)；

步骤5)中，计算出时刻t光接入点s范围内所有移动用户的和安全容量为：

步骤6)中，计算时刻t所有光接入点范围内所有移动用户的网络和安全容量为：

步骤7)中，构建用户移动情况下安全通信与功率分配的联合优化问题，表达式如下：

在满足每个光接入点的功率约束(10-2)以及光接入点基于NOMA分配给关联用户的功率的约束(10-3)和(10-4)条件下，使网络和安全容量达到最大；

步骤8)中，求解用户移动情况下安全通信与功率分配的联合优化问题，因为(10-1)中目标函数的对数减特性，优化问题(10)是一个非凸优化问题，因此，基于凸优化理论，不能直接获得最优解；优化问题(10)存在两种功率分配：光控制中心对每个光接入点的功率分配、每个光接入点基于NOMA对关联用户的功率分配；因此采用一种分层功率分配算法，该算法包含两个阶段：在光控制中心确定各光接入点的最佳发射功率，在每个光接入点上确定基于NOMA对关联用户的最佳发射功率；

第一阶段：给定各个光接入点的功率，在每个光接入点上确定基于NOMA对关联用户的最佳发射功率，假设时刻t光接入点s分配的功率为P_s,t，则优化问题(10)简化为子优化问题(11)：

时刻t在光接入点s上通过对关联用户基于NOMA的功率分配，使光接入点s范围内所有移动用户的和安全容量最大；为了使时刻t与光接入点s相关联的移动用户的和安全容量最大化，将光接入点s的总功率分配给信道增益最大的移动用户，因此第一阶段的主要任务是寻求具有最大信道增益的移动用户即：

然后将时刻t光接入点s的功率P_s,t全部发送给该移动用户

第二阶段：根据各个光接入点反馈的对其关联移动用户的功率分配情况，光控制中心确定各光接入点的最佳发射功率，此时的网络和安全容量最大化问题为：

即在光控制中心通过确定各光接入点的最佳发射功率，使网络和安全容量最大化，定义：

由公式(14)可知，当A_s,t＜Β_s,t时，优化问题(13)目标函数中的运算符[·]⁺可消除，因此优化问题(13)进一步简化为：

其中表示在该集合内可获得正安全速率，即位于内的光接入点视作无用节点，光控制中心不必分配功率给他们；

优化问题(15)中的网络和安全容量最大化问题涉及到每个光接入点的安全容量最大化问题，这是一个分布式博弈问题，基于非协作安全博弈理论，得到光控制中心对光接入点的迭代功率分配算法，用算法1来描述：