[发明专利]一种认知无线网络物理层安全传输方法

说明书

本发明公开了一种认知无线网络物理层安全传输方法，包括：首先基站在网络中进行广播，邀请网络中的主、次用户参与安全协作配对，并且提交各自达成协作的要价和出价；然后各主、次用户计算出自身的初始价格，在基于社交关系值对价格进行调整后作为最终价格发送给基站；基站将收到的各主、次用户要价和出价组成集合，然后构建加权二分图，使用KM算法得到用户安全协作的配对结果；最后基站将配对结果在网络中进行广播。本发明可有效激励主、次用户进行安全通信合作；既使得更多主用户进行安全通信成为可能，又使得许多次用户获得频谱资源创造了机会，提升了系统性能，让主用户和次用户都能有所获益。

技术领域

本发明属于认知无线电通信中的物理层安全传输领域，具体涉及一种认知无线网络物理层安全传输方法。

背景技术

随着无线通信技术的迅速发展，频谱资源短缺问题日益凸显出来。认知无线电技术作为一种有效缓解频谱资源短缺问题的方法得到越来越多的重视和研究。然而现有的认知无线网络中存在着大量的安全问题例如窃听、恶意攻击、隐私泄露等，认知无线网络的安全问题也需要重视。同时设备的所有者即用户是具有社交关系的，能够通过用户间的社交关系强弱来增强移动用户之间的合作。

协作中继和协作干扰是两种重要的提升认知无线网络安全性能的物理层安全技术。但是在认知无线网络中利用协作中继和协作干扰来提升保密速率的障碍之一就是缺少激励。网络内的用户都属于不同的实体，并不愿意主动协助其他用户进行物理层安全通信。基于此，已经有研究利用频谱资源来激励次用户为主用户提供协作安全服务。目前，这些研究多关注于单一主用户下的辅助场景，而且没有考虑到实际用户间所具有的社交属性，仅考虑用户所具有的物理属性。

发明内容

技术问题：针对上述现有技术的不足，本发明提出一种认知无线网络物理层安全传输方法，对于存在多个自私主、次用户和窃听者的认知无线网络场景，允许主用户通过将频谱接入时间的方式作为商品出售，以此换取次用户安全协助服务，使得主用户得到安全性能提升的同时，次用户也能有机会以终端直通(Device-to-Device，D2D)的方式传输信息，提升了系统性能，让主用户和次用户都能有所获益。

技术方案：为达到上述目的，本发明的一种认知无线网络物理层安全传输方法，包括以下步骤：

步骤一：基站在网络中进行广播，邀请网络中的主用户、次用户参与安全协作配对，并且提交各自达成协作的要价和出价；

步骤二：各主用户、次用户计算出自身的初始价格，在基于社交关系值对价格进行调整之后作为最终价格发送给基站，包括以下步骤：

步骤2.1：各主用户作为卖家，其中，PU_m表示第m个主用户，为主用户索引集，M为主用户数量；首先将各主用户的最小保密速率需求作为PU_m初始的要价ask_m，即然后各主用户根据式下式计算出最终要价A_m提交给基站：

其中，N为次用户数量，w_m,n∈(0,1)为主用户和次用户的社交关系值，其中为次用户和其对应的传输目标所组成的次用户传输对的索引集；

步骤2.2：各次用户作为买家，首先对各主用户所出售的频谱接入时间根据下式分别计算初始出价

其中，为主用户PU_m传输时，次用户SU_n以协同传输方式进行协助时，主用户的保密速率；为主用户PU_m传输时，次用户SU_n以友善干扰方式进行协助时，主用户的保密速率；α_m,n是主用户PU_m因为得到次用户SU_n协助而卖出的剩余时间因子；表示满足次用户SU_n最小传输速率需求的剩余时间因子最小值；