[发明专利]一种基于斯塔克伯格博弈的不可信中继功率分配方法

说明书

本发明涉及一种基于斯塔克伯格博弈的不可信中继功率分配方法，属于无线通信技术领域。将源节点和不可信中继分别建模为买方和卖方，源节点可以通过支付功率价格激励不可信中继转发信号，提高有用信息的传输速率同时抑制不可信中继节点的窃听速率，即实现系统保密安全速率的提升。同时，提出一种分布式迭代算法，降低计算复杂度。本发明利用基于斯塔克伯格博弈的最优功率分配方法降低了计算复杂度，不需要复杂的遍历计算。并且，博弈模型共同考虑了源节点和不可信中继的效益，源节点可以通过支付功率价格激励不可信中继转发信号，进而提升最大系统安全速率。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及将斯塔克伯格博弈运用到多不可信中继网络的功率分配中，以期提升系统保密速率的同时有效降低系统复杂度。

背景技术

由于中继技术有利于扩大通信覆盖范围，提高通信质量，在无线物理层安全(Physical Layer Security,PLS)通信中得到了广泛的应用，尤其是在物联网(Internetof Things,IoT)领域中，可以利用中继节点帮助源节点转发信号到目的节点。但是，在无线通信网络中，中继节点可能尝试解码他们所转发的信息，这样会降低系统保密安全速率(System Security Rate,SSR)。因此，为了保证不可信中继转发信息的安全性，信源干扰目的节点的协同干扰等物理层安全技术被用来抵御窃听者。

当前，博弈论(Game Theory,GT)被引入物理层安全研究，并成为无线通信领域的一个研究热点。博弈论是一个研究参与者之间合作与竞争机制的工具，能够清楚展示无线通信网络中节点的复杂行为。采用斯塔克伯格博弈(Stackelberg Game,SG)来共同考虑网络中所有节点的效益，这样做的优点是可以激励中继节点参与转发信号，从而提升系统保密安全速率。同时，采用基于斯塔克伯格博弈进行最优功率分配和中继选择，可以解决由传统理论方法带来的运算复杂度高、耗费大量计算资源的问题。因此，针对多不可信中继网络，开展基于斯塔克伯格博弈的功率分配和中继选择方案设计，对提升系统保密安全速率有着重要的意义。

文献1“Wang B,Han Z,and Liu K J R.Distributed relay selection andpower control for multiuser cooperative communication networks usingstackelberg game[J].IEEE Transactions on Mobile Computing,2009,8(7):975-990.”提出了一种基于多用户协作通信网络的分布式斯塔克伯格博弈算法，实现了中继节点在全局信道状态信息未知的情况下的最优功率分配。

文献2“Fang H,Xu L,and Wang X.Coordinated multiple-relays basedphysical-layer security improvement:a single-leader multiple-followersstackelberg game scheme[J].IEEE Transactions on Information ForensicsSecurity,2018,13(1):197-209.”将源节点与多中继建模为单领导-多跟随者的斯塔克伯格博弈，提出了一种基于价格激励的中继最优功率分配算法，使中继节点转发信号以防御窃听者攻击。

文献3“He X,and Yener A.Cooperation with an untrusted relay:a secrecyperspective[J].IEEE Transactions on Information Theory,2010,56(8):3807-3827.”探讨了与不可信中继合作能否提高保密速率的基本问题。与将不可信中继节点仅作为窃听者相比，结果表明利用不可信中继转发信号可以获得更高的系统保密速率。