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一種保證時延QoS要求的保密系統(tǒng)功率分配方法

文檔序號:7798579閱讀:223來源:國知局
一種保證時延QoS要求的保密系統(tǒng)功率分配方法
【專利摘要】一種保證時延QoS要求的保密系統(tǒng)功率分配方法,屬于無線通信【技術(shù)領(lǐng)域】。該發(fā)明方法提出了安全有效容量的概念,并以安全有效容量模型為基礎(chǔ),通過跨層聯(lián)合優(yōu)化實現(xiàn)了在傳統(tǒng)的保密系統(tǒng)中引入上層用戶服務(wù)質(zhì)量限制(時延QoS),并在滿足不同時延QoS限制下實現(xiàn)了保密系統(tǒng)的性能最優(yōu)以及資源利用的最大化。該優(yōu)化問題以安全有效容量為目標(biāo)函數(shù),有限平均功率為限制條件,通過拉格朗日對偶原理求得最優(yōu)的對偶因子,進而求得最優(yōu)的功率控制因子,實現(xiàn)最優(yōu)功率分配。該最優(yōu)功率分配方法不但使得傳統(tǒng)的保密系統(tǒng)滿足了上層用戶服務(wù)質(zhì)量的要求,更實現(xiàn)了系統(tǒng)能效的最大化,具有重要的理論及現(xiàn)實意義。
【專利說明】—種保證時延QoS要求的保密系統(tǒng)功率分配方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種保證時延QoS要求的保密系統(tǒng)功率分配方法,屬于無線通信【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]通信的安全性一直是通信質(zhì)量的重要衡量手段,隨著無線通信的迅猛發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)通信對安全性提出了更高的要求。近年來無線通信系統(tǒng)物理層資源不斷豐富,通過利用物理層資源的多樣性和唯一性來保證無線通信的安全成為關(guān)注的熱點,物理層安全技術(shù)得以不斷發(fā)展。
[0003]在無線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸中,QoS (服務(wù)質(zhì)量)扮演著重要的角色,如何做到有限的無線資源與多媒體業(yè)務(wù)不斷提高的QoS需求之間的平衡,是目前無線通信的重點。有效容量方法是研究無線傳輸統(tǒng)計QoS性能的一種有效技術(shù)?;谟行萘磕P停ㄟ^跨層設(shè)計的方法將各層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議通過整體方法進行分析優(yōu)化,最終實現(xiàn)無線資源利用的最大化。
[0004]以Wyner為代表的物理層安全技術(shù)研究人員取得了較多的成果,保密容量、保密速率等是通信系統(tǒng)安全性能的重要衡量指標(biāo)?;谶@些指標(biāo),保密系統(tǒng)還實現(xiàn)了功率分配、波束成形、多天線等方面的進一步完善,但這只是局限于物理層的研究,并未考慮上層用戶服務(wù)質(zhì)量問題。單純基于QoS需求的無線通信系統(tǒng)也取得了眾多研究成果。“Quality-of-Service Driven Power and Rate Adaptation over Wireless Links,,(無線鏈路中基于QoS要求的功率和速率匹配)【IEEE Transactions on Wireless Communications, vol.6,n0.8,pp.3058-3068, Aug.2007.】一文討論了基于QoS需求的無線鏈路功率與速率的匹配問題,但是,它并沒有考慮系統(tǒng)的安全性,目前,仍沒有以有效容量為切入點研究基于QoS保密系統(tǒng)性能的先例。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了彌補現(xiàn)有研究存在的不足,本發(fā)明提供了一種保證時延QoS要求的保密系統(tǒng)功率分配方法,提出了安全有效容量的概念,在保密系統(tǒng)中通過跨層聯(lián)合優(yōu)化實現(xiàn)了用戶服務(wù)質(zhì)量的需求,并讓有限的物理層資源得到了高效利用。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]—種保證時延QoS要求的保密系統(tǒng)功率分配方法,以安全有效容量跨層模型為基礎(chǔ),在功率受限的情況下最大化不同QoS指數(shù)下的安全有效容量,本方法由以下通信系統(tǒng)來實現(xiàn),系統(tǒng)包括信源節(jié)點、信宿節(jié)點和竊聽節(jié)點,信源節(jié)點向信宿節(jié)點發(fā)送信號,竊聽節(jié)點在這個過程中對信號進行竊聽,物理層根據(jù)信道狀況的變化以及上層用戶服務(wù)質(zhì)量的要求(即QoS指數(shù))進行動態(tài)功率分配,使得系統(tǒng)在能夠保證時延QoS的前提下完成保密傳輸,該方法具體步驟如下:
[0008]1)在不考慮用戶服務(wù)質(zhì)量時計算通信系統(tǒng)的瞬時保密速率
[0009]設(shè)Yb,Y 6分別是信宿節(jié)點和竊聽節(jié)點端的瞬時接收信噪比,μ是功率控制因子,Tf和B分別是幀間隔和系統(tǒng)帶寬,當(dāng)Yb〉Y ε,即信源節(jié)點與信宿節(jié)點之間的信道狀態(tài)優(yōu)于信源節(jié)點與竊聽節(jié)點之間的信道狀態(tài)時,信源節(jié)點與信宿節(jié)點之間可以進行保密通信,瞬時保密速率R(i)根據(jù)下式計算:
[0010]R ⑴=TfB{log2(l+μ Yb)_log2(l+y Y e)} (1)
[0011]2)計算基于QoS的安全有效容量
[0012]引入QoS指數(shù)θ,Θ的大小表示時延(服務(wù)質(zhì)量的一項指標(biāo))的大小,安全有效容量EseK( Θ )表示如下:
[0013]
【權(quán)利要求】
1.一種保證時延Q0S要求的保密系統(tǒng)功率分配方法,以安全有效容量跨層模型為基礎(chǔ),在功率受限的情況下最大化不同QoS指數(shù)下的安全有效容量,本方法由以下通信系統(tǒng)來實現(xiàn),系統(tǒng)包括信源節(jié)點、信宿節(jié)點和竊聽節(jié)點,信源節(jié)點向信宿節(jié)點發(fā)送信號,竊聽節(jié)點在這個過程中對信號進行竊聽,物理層根據(jù)信道狀況的變化以及上層用戶服務(wù)質(zhì)量的要求即QoS指數(shù)進行動態(tài)功率分配,使得系統(tǒng)在能夠保證時延QoS的前提下完成保密傳輸,該方法具體步驟如下: 1)在不考慮用戶服務(wù)質(zhì)量時計算通信系統(tǒng)的瞬時保密速率 設(shè)Yb,h分別是信宿節(jié)點和竊聽節(jié)點端的瞬時接收信噪比,μ是功率控制因子,1和B分別是幀間隔和系統(tǒng)帶寬,當(dāng)Yb> 即信源節(jié)點與信宿節(jié)點之間的信道狀態(tài)優(yōu)于信源節(jié)點與竊聽節(jié)點之間的信道狀態(tài)時,信源節(jié)點與信宿節(jié)點之間可以進行保密通信,瞬時保密速率R(i)根據(jù)下式計算:
R(i) =TfB(1g2(1+μ Yb)-1og2(1+μ ye)} (I); 2)計算基于QoS的安全有效容量 引入QoS指數(shù)θ,Θ的大小表示時延的大小,安全有效容量Ε.(θ)表示如下:
【文檔編號】H04W52/18GK103826219SQ201410087009
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月11日
【發(fā)明者】馬丕明, 王彤彤, 馬艷波 申請人:山東大學(xué)
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