本發(fā)明涉及無線通信，具體涉及利用d2d技術(shù)實(shí)現(xiàn)的蜂窩隱蔽通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、方法。

背景技術(shù)：

1、d2d(device-to-device)通信技術(shù)的引入為蜂窩網(wǎng)絡(luò)帶來了顯著的變革。它允許一定范圍內(nèi)的設(shè)備直接進(jìn)行通信，而無需經(jīng)過基站進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。這種技術(shù)的結(jié)合形成了d2d蜂窩網(wǎng)絡(luò)，其優(yōu)勢(shì)包括減輕基站負(fù)載、提升頻譜利用率、增加通信吞吐量、降低通信延遲等。在5g蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，d2d通信技術(shù)被認(rèn)為是至關(guān)重要的一環(huán)，其廣泛應(yīng)用將成為未來的主要趨勢(shì)。通過d2d蜂窩網(wǎng)絡(luò)，設(shè)備可以直接相互通信，不僅提高了網(wǎng)絡(luò)的效率和性能，同時(shí)也為各種應(yīng)用場(chǎng)景提供了更加靈活和可靠的通信方式。

2、隨著越來越多的隱私敏感信息通過d2d蜂窩網(wǎng)絡(luò)傳輸，網(wǎng)絡(luò)安全問題變得尤為突出。盡管傳統(tǒng)的通信內(nèi)容安全方法如密碼學(xué)和物理層安全方法在一定程度上可以保護(hù)通信內(nèi)容，但對(duì)于特別安全需求的場(chǎng)景，如銀行金融交易和個(gè)人醫(yī)療數(shù)據(jù)共享，僅僅保護(hù)通信內(nèi)容顯然不夠。在這些情況下，需要確保通信過程的存在性也得到保護(hù)。因此，引起廣泛關(guān)注的是以隱藏通信過程為目標(biāo)的隱蔽通信技術(shù)。這種技術(shù)不僅僅關(guān)注數(shù)據(jù)的加密和傳輸安全，還著重于在通信中隱藏通信的事實(shí)，使得通信的存在性難以被探測(cè)到。通過隱蔽通信技術(shù)，用戶可以在d2d蜂窩網(wǎng)絡(luò)中傳輸敏感信息，而不會(huì)被不法分子或者竊聽者所察覺，從而進(jìn)一步保障了通信的安全性和隱私性。

3、現(xiàn)有的研究大多關(guān)注于在d2d蜂窩網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)d2d鏈路的隱蔽通信，很少有研究關(guān)注于實(shí)現(xiàn)蜂窩鏈路的隱蔽通信。且目前研究主要關(guān)注單個(gè)監(jiān)測(cè)者場(chǎng)景或多監(jiān)測(cè)者不共謀場(chǎng)景，但多監(jiān)測(cè)者共謀場(chǎng)景下基于d2d技術(shù)的蜂窩隱蔽通信系統(tǒng)仍需深入研究，這有助于評(píng)估系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境下的隱蔽性能和隱蔽速率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于此，有必要針對(duì)上述問題，提出一種利用d2d技術(shù)實(shí)現(xiàn)的蜂窩隱蔽通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及方法。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本技術(shù)第一方面提供一種利用d2d技術(shù)實(shí)現(xiàn)的蜂窩隱蔽通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：基站bs、蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的發(fā)射設(shè)備ct、接收設(shè)備cr、d2d通信對(duì)以及k個(gè)共謀監(jiān)測(cè)者wk；

3、其中，所述d2d通信對(duì)包括d2d發(fā)射設(shè)備dt、d2d接收設(shè)備dr；

4、所述蜂窩發(fā)送設(shè)備ct、蜂窩接收設(shè)備cr、d2d通信設(shè)備對(duì)以及k個(gè)共謀監(jiān)測(cè)者wk均為單天線通信設(shè)備；

5、所述蜂窩發(fā)送設(shè)備ct，用于通過蜂窩上行鏈路ct-bs向基站bs發(fā)送上行隱蔽信號(hào)；

6、所述基站bs，用于通過蜂窩下行鏈路bs-cr向蜂窩接收設(shè)備cr發(fā)送蜂窩下行信號(hào)；

7、所述k個(gè)共謀監(jiān)測(cè)者，用于在受到d2d鏈路dt-wk干擾的同時(shí)，對(duì)蜂窩上行鏈路進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

8、在一些實(shí)施方式中，所述蜂窩發(fā)送設(shè)備ct具有固定的發(fā)射功率pc，所述d2d發(fā)送設(shè)備dt的發(fā)射功率pd服從上的均勻分布且在一個(gè)時(shí)隙內(nèi)恒定，在不同的時(shí)隙間隨機(jī)變化，其概率密度函數(shù)表示為

9、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本技術(shù)第二方面提供一種利用d2d技術(shù)實(shí)現(xiàn)的蜂窩隱蔽通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的蜂窩隱蔽通信方法，該方法包括：

10、建立共謀監(jiān)測(cè)者的監(jiān)測(cè)模型；

11、通過監(jiān)測(cè)模型對(duì)k個(gè)共謀監(jiān)測(cè)者對(duì)蜂窩上行鏈路ct-bs是否進(jìn)行隱蔽信號(hào)的傳輸進(jìn)行監(jiān)測(cè)；

12、基于監(jiān)測(cè)結(jié)果，通過等增益合并方法確定融合中心的平均最小檢測(cè)錯(cuò)誤概率；

13、基于監(jiān)測(cè)結(jié)果，通過最大比合并方法確定融合中心的平均最小檢測(cè)錯(cuò)誤概率；

14、根據(jù)所述融合中心平均最小檢測(cè)錯(cuò)誤概率確定蜂窩鏈路可以實(shí)現(xiàn)隱蔽通信之后，確定和優(yōu)化隱蔽速率。

15、在一些實(shí)施方式中，所述建立共謀監(jiān)測(cè)者的監(jiān)測(cè)模型，具體包括：

16、所述共謀監(jiān)測(cè)者的監(jiān)測(cè)模型為其中，τfc為融合中心的檢測(cè)閾值，d0和d1分別表示接受h0和h1的決策；

17、分析第k個(gè)共謀監(jiān)測(cè)者的監(jiān)測(cè)過程，k＝1,2,...,k,即第k個(gè)監(jiān)測(cè)者收集一個(gè)時(shí)隙的信號(hào)，并確定該時(shí)隙內(nèi)收到的信號(hào)平均功率；

18、

19、其中，h0為蜂窩設(shè)備ct未向基站bs發(fā)送隱蔽信號(hào)，h1為蜂窩設(shè)備ct向基站bs發(fā)送隱蔽信號(hào)，hdt,k為d2d設(shè)備與第k個(gè)監(jiān)聽者之間的信道系數(shù)，hct,k為蜂窩設(shè)備與第k個(gè)監(jiān)聽者之間的信道系數(shù)；

20、融合中心將所有k個(gè)共謀監(jiān)測(cè)者處收集到的信號(hào)平均功率進(jìn)行等增益合并，融合中心的二元假設(shè)表示為

21、

22、其中，ωk為對(duì)所有共謀監(jiān)測(cè)者接收到的信號(hào)的功率進(jìn)行加權(quán)求和的加權(quán)系數(shù)。

23、在一些實(shí)施方式中，所述基于監(jiān)測(cè)結(jié)果，通過等增益合并方法確定融合中心的平均最小檢測(cè)錯(cuò)誤概率，具體包括：

24、融合中心采用等增益合并方法對(duì)所有監(jiān)測(cè)者接收到的信號(hào)功率進(jìn)行求和，獲得融合中心的信號(hào)功率：

25、

26、確定融合中心的虛警概率：

27、

28、其中，

29、確定融合中心的漏檢概率：

30、

31、其中，

32、確定融合中心的總檢測(cè)錯(cuò)誤概率

33、確定融合中心的檢測(cè)錯(cuò)誤概率最小的最優(yōu)檢測(cè)閾值為：

34、

35、確定融合中心相應(yīng)的最小檢測(cè)錯(cuò)誤概率為：

36、

37、確定融合中心的平均最小檢測(cè)錯(cuò)誤概率為：

38、

39、在一些實(shí)施方式中，所述基于監(jiān)測(cè)結(jié)果，通過最大比合并方法確定融合中心的平均最小檢測(cè)錯(cuò)誤概率，具體包括：

40、融合中心采用最大比合并方法對(duì)所有共謀監(jiān)測(cè)者接收到信號(hào)功率進(jìn)行求和，獲得加權(quán)系數(shù)其中γk表示第k個(gè)監(jiān)測(cè)者的信干比，表示為：

41、令xk＝|hct,k|2,λx＝λct,w，則xk服從均值為λx的指數(shù)分布。令yk＝|hdt,k|2,λy＝λdt,w，則yk服從均值為λy的指數(shù)分布，確定融合中心的總信號(hào)功率：

42、

43、確定融合中心的虛警概率：

44、

45、其中，確定融合中心處的漏檢概率：

46、

47、其中，確定融合中心的總檢測(cè)錯(cuò)誤概率確定融合中心的檢測(cè)錯(cuò)誤概率最小的最優(yōu)檢測(cè)閾值為：

48、

49、確定融合中心相應(yīng)的最小檢測(cè)錯(cuò)誤概率為：

50、

51、令確定融合中心的平均最小檢測(cè)錯(cuò)誤測(cè)概率為：

52、

53、其中，fw(w)和fw(w)分別表示變量w的概率密度函數(shù)和累積分布函數(shù)。

54、在一些實(shí)施方式中，根據(jù)所述融合中心平均最小檢測(cè)錯(cuò)誤概率確定蜂窩鏈路可以實(shí)現(xiàn)隱蔽通信之后，確定和優(yōu)化隱蔽速率，具體包括：

55、確定蜂窩鏈路ct-bs和d2d鏈路dt-dr的通信中斷概率；

56、確定確定平均隱蔽傳輸速率

57、在一些實(shí)施方式中，所述蜂窩鏈路ct-bs和d2d鏈路dt-dr的通信中斷概率，具體包括：

58、所述蜂窩鏈路和d2d鏈路的中斷概率，其分別定義為

59、pco＝p{cc<rc}＝p{log2(1+sirbs)<rc}

60、pdo＝p{cd<rd}＝p{log2(1+sirdr)<rd}；

61、其中rc和rd為蜂窩鏈路和d2d鏈路的預(yù)定義傳輸速率。

62、在一些實(shí)施方式中，所述確定平均隱蔽傳輸速率具體包括：根據(jù)

63、

64、確定平均隱蔽傳輸速率

65、在一些實(shí)施方式中，根據(jù)所述融合中心平均最小檢測(cè)錯(cuò)誤概率確定蜂窩鏈路可以實(shí)現(xiàn)隱蔽通信之后，優(yōu)化隱蔽速率，具體包括：

66、當(dāng)融合中心采用等增益合并方法時(shí)，對(duì)蜂窩鏈路平均隱蔽傳輸速率的優(yōu)化問題表示為：

67、

68、其中，ω表示d2d發(fā)送設(shè)備dt可以允許的最大發(fā)送功率；

69、當(dāng)融合中心采用最大比合并方法時(shí)，對(duì)蜂窩鏈路平均隱蔽傳輸速率的優(yōu)化問題表示為

70、

71、采用本發(fā)明實(shí)施例，具有如下有益效果：

72、本發(fā)明適用于多不共謀監(jiān)測(cè)者場(chǎng)景，通過計(jì)算隱蔽性和隱蔽速率，證明了該模型能夠?qū)崿F(xiàn)非零的隱蔽速率。在這個(gè)共謀監(jiān)測(cè)者的監(jiān)測(cè)模型中，d2d鏈路在底層模式下復(fù)用了蜂窩鏈路的頻譜資源，導(dǎo)致了d2d鏈路和蜂窩鏈路之間的同頻干擾。然而，本發(fā)明發(fā)現(xiàn)這種干擾可以被視為友好的輔助因素，通過動(dòng)態(tài)調(diào)整d2d發(fā)送方的功率，本發(fā)明成功地引入了不確定性，使監(jiān)測(cè)者無法準(zhǔn)確獲取蜂窩鏈路的通信內(nèi)容，從而實(shí)現(xiàn)了隱蔽通信；這種方法顯著提高了系統(tǒng)的隱蔽性和隱蔽速率。在隱蔽性計(jì)算方面，本發(fā)明考慮監(jiān)測(cè)者采用二元假設(shè)，使用閾值法來判斷是否有隱蔽通信行為產(chǎn)生，且其檢測(cè)閾值對(duì)于隱蔽通信發(fā)送方是未知的，因此假定最壞情況，使用平均最小檢測(cè)錯(cuò)誤概率作為監(jiān)測(cè)者的檢測(cè)性能度量指標(biāo)；在多個(gè)監(jiān)測(cè)者共謀的場(chǎng)景中，分別采用等增益合并方法和最大比合并方法這兩種情況分析監(jiān)測(cè)者的檢測(cè)性能。對(duì)于等增益合并，融合中心以相同的加權(quán)系數(shù)對(duì)所有監(jiān)測(cè)者的接收信號(hào)功率進(jìn)行求和，而對(duì)于最大比合并融合中心使用的加權(quán)系數(shù)與每個(gè)監(jiān)測(cè)者的信干比成正比。針對(duì)以上兩種合并方法，分別推導(dǎo)了融合中心的平均最小檢測(cè)錯(cuò)誤概率，用以度量其檢測(cè)性能。在對(duì)蜂窩鏈路隱蔽通信的性能分析和優(yōu)化方面，本發(fā)明首先分別推導(dǎo)了蜂窩鏈路和d2d鏈路的傳輸中斷概率，并推導(dǎo)了蜂窩鏈路的平均隱蔽傳輸速率，以此作為蜂窩網(wǎng)絡(luò)隱蔽通信性能的度量指標(biāo)。分別以監(jiān)測(cè)者采用等增益合并和最大比合并時(shí)的檢測(cè)性能作為約束條件，建立了蜂窩鏈路平均隱蔽傳輸速率的最大化問題。通過對(duì)該優(yōu)化問題的求解，在滿足隱蔽性約束條件的前提下實(shí)現(xiàn)了蜂窩鏈路隱蔽性能的最大化，通過調(diào)整d2d發(fā)送方的功率，可以獲得大于0的平均隱蔽速率。