一种基于博弈论和物理层安全的D2D防窃听通信激励方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110475231A(43)申请公布日2019.11.19(21)申请号201910624090.4(22)申请日2019.07.11(71)申请人南京邮电大学地址210003江苏省南京市雨花台区软件大道186号(72)发明人鲁蔚锋郑鑫(74)专利代理机构南京苏科专利代理有限责任公司32102代理人姚姣阳徐振兴(51)Int.Cl.H04W4/70(2018.01)H04W24/02(2009.01)H04K3/00(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图2页(54)发明名称一种基于博弈论和物理层安全的D2D防窃听通信激励方法(57)摘要本发明公开了一种基于博弈论和物理层安全的D2D防窃听通信激励方法，蜂窝小区中的D2D用户受到窃听者窃听时，通过友好干扰节点的噪声辅助恶化窃听者的信道质量从物理层角度保障通信安全。本发明基于博弈论给出了D2D用户和友好干扰节点间的相互协作机制及激励方法，友好干扰节点利用自身功率产生人工噪声定向干扰窃听者，帮助了D2D用户实现保密通信，作为回报，D2D用户给予友好干扰节点一定的报酬。本发明考虑到了单干扰节点时D2D用户处于博弈劣势地位，引入了多个干扰节点并考虑了干扰节点与窃听者的距离因素对干扰效果影响，该激励方法能有效提升干扰节点的参与积极性并兼顾了双方地位的平等，更加贴合实际场景。CN110475231ACN110475231A权利要求书1/1页1.一种基于博弈论和物理层安全的D2D防窃听通信激励方法，其特征在于，包含步骤如下：*步骤1输入初始最优化价格向量λ(λ1，λ2，...，λJ)；步骤2基于干扰功率函数，将上述初始价格代入解出该定价下的最优干扰功率步骤3再根据价格更新函数I(λ)，将步骤2中得到的最优干扰功率代入解出最优价格；步骤4检查最优价格是否仍在变化，如果是则不断重复步骤2、3，交叉迭代至λ*，不再变化为止；步骤5输出λ*，得到友好干扰节点和D2D用户的协助策略和激励策略。2.根据权利要求1所述的基于博弈论和物理层安全的D2D防窃听通信激励方法，其特征*在于：步骤1中的初始最优价格向量λ(λ1，λ2，...，λJ)应满足条件其中为友好干扰节点提供噪声服务的成本。3.根据权利要求1所述的基于博弈论和物理层安全的D2D防窃听通信激励方法，其特征在于：步骤2中的干扰功率函数为：其中，ai，bi，c1，为常数，与无线信道的环境参数相关；i表示D2D用户向第i个干扰节点购买的最优干扰功率。4.根据权利要求1所述的基于博弈论和物理层安全的D2D防窃听通信激励方法，其特征在于：步骤3中的价格更新函数I(λ)对能够满足如下性质：(1)非负性：I(λ)≥0；(2)单调性：如果λ≥λ′，则I(λ)≥I(λ′)或I(λ)≤I(λ′)；(3)伸展性：对有αI(λ)＞I(αλ)；上述性质确保了本发明中激励方法的收敛性。5.基于博弈论和物理层安全的D2D防窃听通信激励系统，其特征在于：包括多个CUE用户，一个D2D用户以及一个消极的窃听用户，所述窃听用户只会被动的接收信号而不会发出干扰信号；每个CUE用户使用各自独占的信道进行通信，并且每个信道之间是相互正交的。每个蜂窝内的设备均只配备了一根全向天线；友好干扰节点随机分布在窃听者周围，并假设距离D2D接收端用户足够远，因此不会对其产生干扰；不同的干扰节点于窃听者的距离不同，距离远的干扰服务效果劣于距离近的干扰节点；这些友好干扰节点向D2D用户提供干扰辅助保障其安全通信，D2D用户向这些友好干扰节点的干扰服务进行支付。6.根据权利要求5所述的基于博弈论和物理层安全的D2D防窃听通信激励系统，其特征在于：如果某个节点出价过高，D2D可以选择减少从其处购买的服务甚至不购买服务而选择其它的友好干扰节点。2CN110475231A说明书1/4页一种基于博弈论和物理层安全的D2D防窃听通信激励方法技术领域：[0001]本发明涉及一种通信方法，具体来讲是一种基于博弈论和物理层安全的D2D防窃听通信激励方法，属于网络通信安全技术领域。背景技术：[0002]随着时代的发展，移动设备对更高数据速率的需求不断增大。据估计，在2010年到2020年之间，无线蜂窝数据流量将增加500倍，这极大压缩了可用的网络资源。改善下一代蜂窝网络中的频谱利用的一种非常有潜力的解决方案是设备到设备(Device-to-Device，D2D)通信。D2D通信使得能够在附近的移动设备之间进行直接通信，而无需基站(BaseStation，BS)的参与，并带来许多优势提升频谱效率、降低传输时延、减轻基站负载、拓展蜂窝范围等等。[0003]D2D通信中的安全性对于D2D服务的成功至关重要。D2D用户面临着被蜂窝小区内恶意窃听者窃