[发明专利]一种基于α公平性的安全D2D通信资源分配方法

说明书

本发明涉及一种基于α公平性的安全D2D通信资源分配方法，属于通信技术领域，包括以下步骤：S1：构建基于蜂窝网络的无线携能D2D通信网络，对D2D通信的信息进行窃听；S2：建立基于最大保密速率和最小功率消耗的多目标优化问题；S3：优化D2D发射机，将多目标问题转化为单目标问题；S4：计算最优的功率分流系数，再将优化问题转化为凸优化问题；S5：根据拉格朗日对偶理论对所建立的凸优化问题求解析，设计基于交替迭代的方法进行求解。本发明可以有效提高系统的公平性和能效。

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及一种基于α公平性的安全D2D通信资源分配方法。

背景技术

随着信息化的快速发展与进步，对通信网络的安全性能提出了更高的要求。尤其在D2D通信网络中，恶意的窃听者可以拦截D2D链路的传输信号导致信息泄露。当传输的信息包含个人隐私或者敏感数据时，需要将保密速率作为衡量系统性能的关键指标。此外，大规模接入的无线终端设备会产生巨大的能量消耗。通过合理分配功率和收集射频信号能量可以有效降低通信功耗，从而延长能量受限设备的运行寿命，对于网络性能提升和降低财力消耗是而言十分重要。

现有的研究只要集中在D2D通信保密速率最大化优化问题，忽略了能耗对于系统性能的影响，以及用户间的保密速率公平性对用户服务质量的影响。为了提高D2D通信的安全性，能量效率和用户公平性，还需要进一步深入研究。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于根据蜂窝用户的服务质量约束和D2D用户的发射功率约束，考虑效用函数和窃听者的最大窃听速率，建立基于公平性的D2D通信功耗与保密速率权衡的优化问题，提供一种基于α公平性的安全D2D通信资源分配方法

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于α公平性的安全D2D通信资源分配方法，包括以下步骤：

S1：构建基于蜂窝网络的无线携能D2D通信网络，窃听者对D2D通信的信息进行窃听；

S2：建立基于最大保密速率和最小功率消耗的多目标优化问题；

S3：优化D2D发射机，将多目标问题转化为单目标问题；

S4：计算最优的功率分流系数，再将优化问题转化为凸优化问题；

S5：根据拉格朗日对偶理论对所建立的凸优化问题求解析，设计基于交替迭代的方法进行求解。

进一步，步骤S1中，具体包括：

S11：构建基于蜂窝网络的无线携能D2D通信网络，包括一个基站，M个蜂窝用户，N对D2D用户和K个潜在的窃听者；D2D通信与蜂窝用户复用相同的频谱资源，每个D2D接收机配之能量收集电路，从周围的射频信号中收集能量；

S12：窃听者对D2D通信的信息进行窃听，根据功率分流协议，D2D用户n实现的数据速率和收集的能量为：

其中，x_n,m为用户关联指数，x_n,m＝1表示第n对D2D用户与第m个蜂窝用户复用相同的子信道，反之，x_n,m＝0；为第n对D2D用户与第m个蜂窝用户复用相同子信道时的功率分流系数；为第n个D2D发射机与第m个蜂窝用户复用相同子信道时的发射功率；为第n对D2D通信链路的信道增益；p^C为基站分配给蜂窝用户的发射功率；为基站到第n个D2D接收机在第m个蜂窝用户的信道上的干扰信道增益；β为能量收集效率系数；为天线接收射频信号时的加性噪声功率；σ²为接收机信号处理噪声的功率；

S13：每个窃听者独立地进行窃听，第k个窃听者对第n对D2D用户的通信进行窃听，其窃听速率描述为：