一種實(shí)現(xiàn)物理層安全的協(xié)作干擾的激勵(lì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及移動(dòng)通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種實(shí)現(xiàn)物理層安全的協(xié)作干擾的激勵(lì) 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著無(wú)線通信技術(shù)的飛速發(fā)展，W及無(wú)線通信技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越普遍，無(wú)線通信 技術(shù)已經(jīng)滲透入尋常百姓生活的方方面面，為我們帶來(lái)了更多的自有和方便。但是其自身 存在的一些問(wèn)題也日漸凸顯，尤其在信息的安全可靠保障方面的不足，越發(fā)受到人們的關(guān) 注。特別是近年來(lái)，為了實(shí)現(xiàn)更廣泛的網(wǎng)絡(luò)覆蓋W及更快的數(shù)據(jù)傳輸速率，協(xié)作中繼通信技 術(shù)被提出并被廣泛應(yīng)用。也正由于更多的協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的引入，使得網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越發(fā) 復(fù)雜，開放性也更強(qiáng)，因此，通信信息更易被竊聽、截獲，通信信息的安全面臨更大的威脅和 挑戰(zhàn)。
[000引1975年美國(guó)學(xué)者Wyner根據(jù)香農(nóng)保密通信的理論中延伸出保密容量的概念，首次 提出了物理層安全通信的概念。隨后，D油ora、Dong等人將物理層安全的技術(shù)應(yīng)用于協(xié)作 中繼系統(tǒng)，并提出放大轉(zhuǎn)發(fā)、解碼轉(zhuǎn)發(fā)W及協(xié)作干擾等多種協(xié)作策略W提高系統(tǒng)安全性能。
[0004] 當(dāng)前針對(duì)中繼協(xié)作網(wǎng)絡(luò)中物理層安全技術(shù)的研究，更多的是研究在對(duì)傳輸節(jié)點(diǎn)有 一定能量約束的前提下，進(jìn)行最優(yōu)節(jié)點(diǎn)選擇W及協(xié)作傳輸信號(hào)的優(yōu)化處理，W達(dá)到最大化 節(jié)點(diǎn)間鏈路安全容量的目的。然而在所考慮的中繼協(xié)作網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)通常為能量 有限的無(wú)源節(jié)點(diǎn)。因此各節(jié)點(diǎn)為了最大各自能源的最優(yōu)利用，并不愿主動(dòng)協(xié)助其他節(jié)點(diǎn)進(jìn) 行物理層安全通信。對(duì)于此，Han等學(xué)者提出協(xié)作節(jié)點(diǎn)提供的協(xié)作安全服務(wù)為有償服務(wù)，利 用博弈論的方法來(lái)激勵(lì)協(xié)作節(jié)點(diǎn)的積極參與。Han對(duì)于放大轉(zhuǎn)發(fā)、解碼轉(zhuǎn)發(fā)W及協(xié)作干擾等 多種協(xié)作場(chǎng)景均予W討論和分析，但是對(duì)于協(xié)作干擾的場(chǎng)景主要分析了多個(gè)合法通信用戶 競(jìng)爭(zhēng)單一協(xié)作干擾節(jié)點(diǎn)W及兩個(gè)干擾協(xié)作節(jié)點(diǎn)服務(wù)于一個(gè)合法通信用戶的場(chǎng)景。然而已有 的安全協(xié)作干擾的激勵(lì)機(jī)制，對(duì)于協(xié)作節(jié)點(diǎn)能源有限W及合法通信用戶間通訊質(zhì)量要求較 高，需要多個(gè)協(xié)作節(jié)點(diǎn)共同提供干擾服務(wù)的場(chǎng)景，沒(méi)有給出確切的解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] (一）解決的技術(shù)問(wèn)題
[0006] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種實(shí)現(xiàn)物理層安全的協(xié)作干擾的激勵(lì)方 法，針對(duì)協(xié)作節(jié)點(diǎn)能源有限W及合法通信用戶間通訊質(zhì)量要求較高，需要多個(gè)協(xié)作節(jié)點(diǎn)共 同提供干擾服務(wù)的場(chǎng)景，給出有效的激勵(lì)策略，在滿足合法通信用戶間安全容量要求的同 時(shí)，使得協(xié)作節(jié)點(diǎn)集的每一份能量都得到最大化的收益和最合理的利用。
[0007] (二）技術(shù)方案
[000引為了達(dá)到W上目的，本發(fā)明通過(guò)W下技術(shù)方案予W實(shí)現(xiàn)：
[0009] -種實(shí)現(xiàn)物理層安全的協(xié)作干擾的激勵(lì)方法，該方法包括：
[0010] S1 ;源節(jié)點(diǎn)收集目的節(jié)點(diǎn)W及竊聽節(jié)點(diǎn)的信道狀態(tài)信息；
[0011] S2;源節(jié)點(diǎn)根據(jù)各協(xié)作節(jié)點(diǎn)對(duì)源節(jié)點(diǎn)的安全容量的改善效果，選擇能夠?qū)崿F(xiàn)安全 通信的協(xié)作節(jié)點(diǎn)作為備選協(xié)作節(jié)點(diǎn)；
[0012] S3;源節(jié)點(diǎn)根據(jù)自身的業(yè)務(wù)需求，初始化其所能支付的服務(wù)總報(bào)償m，并確定其通 過(guò)協(xié)作干擾過(guò)程所能獲得的效益U,;
[0013] S4 ;利用Stacke化erg博弈方法，在源節(jié)點(diǎn)和協(xié)作節(jié)點(diǎn)集之間對(duì)服務(wù)總報(bào)償m進(jìn)行 博弈，并根據(jù)源節(jié)點(diǎn)效益函數(shù)確定出最優(yōu)的服務(wù)總報(bào)償；
[0014] S5 ;利用Stacke化erg博弈方法，在各協(xié)作節(jié)點(diǎn)之間對(duì)最優(yōu)服務(wù)總報(bào)償進(jìn)行分配 博弈，并確定出各協(xié)作節(jié)點(diǎn)所能得到的最優(yōu)效益，并求得各自的服務(wù)報(bào)償及各自所需提 供的協(xié)作干擾功率Pi。
[0015] 優(yōu)選地，所述目的節(jié)點(diǎn)W及竊聽節(jié)點(diǎn)的信道狀態(tài)信息包括；源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)和 竊聽節(jié)點(diǎn)的信道狀態(tài)信息分別為町d和町。；W及各協(xié)作干擾節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)和竊聽節(jié)點(diǎn)的 信道狀態(tài)信息分別為Gw和Gi。。
[0016] 優(yōu)選地，所述各協(xié)作節(jié)點(diǎn)對(duì)源節(jié)點(diǎn)的安全容量的改善效果的計(jì)算公式為：
[0017] Csi=(Csd_i-Cse_ir
[001引 其中：
[0019] 為源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)在某一協(xié)作節(jié)點(diǎn)提供干擾服務(wù)下的安全容量；
[0020] 為源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的信道容量，表達(dá)式為：
[0021]
[0022] C心為源節(jié)點(diǎn)到竊聽節(jié)點(diǎn)的信道容量，表達(dá)式為：
[0023]
[0024] 其中，P,和Pi分別為源節(jié)點(diǎn)和協(xié)作干擾節(jié)點(diǎn)所采用的發(fā)射功率，而0 2則表示在竊 聽節(jié)點(diǎn)W及目的節(jié)點(diǎn)的熱噪聲功率。
[00巧]優(yōu)選地，能夠協(xié)助源節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)在目的節(jié)點(diǎn)處的安全容量i大于0的協(xié)作節(jié)點(diǎn)，將 被選為備選協(xié)作節(jié)點(diǎn)。
[0026] 優(yōu)選地，所述源節(jié)點(diǎn)通過(guò)協(xié)作干擾服務(wù)過(guò)程所取得的收益町，取決于在協(xié)作干擾 服務(wù)過(guò)程中源節(jié)點(diǎn)所獲得的安全容量W及所需支付的報(bào)償?shù)拇笮。渚唧w的表達(dá)式為：

[0033]其中，Pj.表示協(xié)作干擾節(jié)點(diǎn)集￥中協(xié)作節(jié)點(diǎn)j所采用的發(fā)射功率。
[0034] 優(yōu)選地，整個(gè)協(xié)作干擾過(guò)程，在協(xié)作節(jié)點(diǎn)中選擇多個(gè)協(xié)作干擾節(jié)點(diǎn)形成協(xié)作干擾 集共同提供服務(wù)，而各協(xié)作節(jié)點(diǎn)所能獲得的報(bào)償叫，取決于各自所提供的干擾服務(wù)對(duì)主信 道安全容量的改善程度，具體表示為：
[00 巧]
[0036] 優(yōu)選地，各協(xié)作節(jié)點(diǎn)通過(guò)提供協(xié)作干擾服務(wù)，所能獲得的效益表示為：
[0037]
[003引其中，a是每單位功率所對(duì)應(yīng)的增益。
[0039] 優(yōu)選地，在各協(xié)作節(jié)點(diǎn)功率一定時(shí)，源節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)效益取決于所支付的服務(wù)總報(bào) 償m的大小。對(duì)于所述效益函數(shù)&Wm為自變量，求一階導(dǎo)數(shù)，即
[0040]
[0041] 通過(guò)上式得到&關(guān)于自變量m的極值點(diǎn)m%而&關(guān)于自變量m的二階導(dǎo)數(shù)小于0， 說(shuō)明函數(shù)&是關(guān)于m的凹函數(shù)，即在所得到的極值點(diǎn)處取得最大值。
[0042] 優(yōu)選地，在系統(tǒng)總報(bào)償一定時(shí)，各協(xié)作節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)效益取決于其所提供的干擾功 率Pi的大小。對(duì)于所述UiW為Pi自變量，求一階導(dǎo)數(shù)，即
[0043]
[0044] 通過(guò)上式得到Ui關(guān)于自變量Pi的極值點(diǎn)心，而Ui關(guān)于自變量Pi的二階導(dǎo)數(shù)小于 0,說(shuō)明函數(shù)Ui是關(guān)于Pi的凹函數(shù)，即在所得到的極值點(diǎn)處取得最大值。
[0045] 優(yōu)選地，該方法還包括；將步驟5所得的各協(xié)作節(jié)點(diǎn)的協(xié)作干擾功率Pi代入步驟 S4中源節(jié)點(diǎn)的效益函數(shù)中，如此循環(huán)，最終求得全局唯一穩(wěn)定的總服務(wù)報(bào)償值m，W及相應(yīng) 的各協(xié)作節(jié)點(diǎn)的干擾功率Pi,該均衡點(diǎn)即為Stackelberg博弈的納什均衡解。
[004引 （S)有益效果
[0047] 本發(fā)明至少有如下有益效果：
[004引本發(fā)明針對(duì)于協(xié)作節(jié)點(diǎn)能源有限W及合法通信用戶間通訊質(zhì)量要求較高，需要多 個(gè)協(xié)作節(jié)點(diǎn)共同提供干擾服務(wù)的場(chǎng)景，提出利用Stacke化erg博弈的方法有效地激勵(lì)多協(xié) 作節(jié)點(diǎn)進(jìn)行協(xié)作干擾服務(wù)，同時(shí)通過(guò)雙層博弈的策略，使得在源節(jié)點(diǎn)W合理的報(bào)償取得最 優(yōu)安全容量的同時(shí)，使得各協(xié)作干擾節(jié)點(diǎn)的所提供的每份功率得到最大的收益。
【附圖說(shuō)明】
[0049]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可W 根據(jù)該些圖獲得其他的附圖。
[0050]圖1是本發(fā)明實(shí)施例中的一種實(shí)現(xiàn)物理層安全的協(xié)作干擾的激勵(lì)方法的流程圖；
[0051] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例中的多節(jié)點(diǎn)協(xié)作干擾模型的結(jié)構(gòu)圖；
[0052] 圖3顯示了Stacke化erg博弈策略與均勻分配策略的安全容量與能耗比的對(duì)比；
[0053] 圖4顯示了不同協(xié)作干擾節(jié)點(diǎn)參與情況下的平均干擾功率對(duì)比；
[0054]圖5顯示了不同協(xié)作干擾節(jié)點(diǎn)參與時(shí)，源節(jié)點(diǎn)所能獲得的最大安全容量；
[00巧]圖6顯示了協(xié)作干擾節(jié)點(diǎn)數(shù)為8時(shí)，每個(gè)協(xié)作干擾節(jié)點(diǎn)的功率分配。
【具體實(shí)施方式】
[0056] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚