对抗半双工主动窃听的基于虚拟决策的D2D协同中继选择方法.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CN108834108A(43)申请公布日2018.11.16(21)申请号201810415623.3(22)申请日2018.05.03(71)申请人中国人民解放军陆军工程大学地址210007江苏省南京市秦淮区后标营路88号(72)发明人王金龙罗屹洁徐以涛龚玉萍杨旸江汉(74)专利代理机构北京思创大成知识产权代理有限公司11614代理人王尧(51)Int.Cl.H04W4/70(2018.01)H04W12/08(2009.01)H04W40/22(2009.01)权利要求书4页说明书9页附图3页(54)发明名称对抗半双工主动窃听的基于虚拟决策的D2D协同中继选择方法(57)摘要本发明提供一种对抗半双工主动窃听的基于虚拟决策的D2D协同中继选择方法，该方法采用联合D2D协同中继和友好干扰的方法提升蜂窝系统的安全性能和数据传输性能。针对不同的攻击模式采用稳健可靠的D2D协同中继选择来优化蜂窝用户的安全可达速率和数据传输速率。本发明采用了一种基于虚拟决策的D2D协同中继选择方案，建立了合法用户和主动窃听者之间的非协作博弈模型，可提高蜂窝用户通信的安全性和可靠性，优于传统的最近距离中继选择算法和随机选择算法。CN108834108ACN108834108A权利要求书1/4页1.一种对抗半双工主动窃听的基于虚拟决策的D2D协同中继选择方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：第一步：基站广播发送协同传输的请求，所有D2D用户在接收到协同请求后，回复应答消息，基站根据应答信息估计信道状态信息；同时主动窃听者根据基站的广播信息估计窃听信道状态信息；第二步：基站和主动窃听者根据各自的选择准则确定每次迭代的策略，具体步骤如下：2.1、初始化；2.2、迭代次数加1：k＝k+1；2.3、根据最大化蜂窝用户平均效用函数和最小化攻击者的干扰代价的准则来选择最佳的D2D中继和最佳的干扰模式；2.4、更新不同D2D发射机作为协同中继的策略选择概率向量；2.5、迭代进行，直到算法收敛；2.6、输出最终的收敛值2.根据权利要求1所述的对抗半双工主动窃听的基于虚拟决策的D2D协同中继选择方法，其特征在于，步骤2.1具体为：初始化：k＝0，其中k表示迭代次数，N表示系统中存在的D2D用户数，ni∈N表示D2D通信对中的某一个D2D发射机，表示基站选择每个D2D作为协同中继的概率，pE和pJ分别表示主动窃听者采用被动窃听或者主动窃听干扰的攻击概率。3.根据权利要求1所述的对抗半双工主动窃听的基于虚拟决策的D2D协同中继选择方法，其特征在于，步骤2.3具体为：(a)、计算被动窃听下蜂窝用户的数据传输速率RR(i,E)其中，i、j表示D2D用户协同中继的编号，E表示主动窃听者采用被动窃听的攻击方式，表示被动窃听下从基站到蜂窝用户的直接链路上的信干噪比，表示被动窃听下第i个D2D发射机作为协同中继时两条中继链路上的信干噪比，其中是被动窃听下从基站到第i个D2D协同中继链路上的信干噪比,是被动窃听下从i个D2D协同中继转发到蜂窝用户链路上的信干噪比；公式中的PB、Pi和Pj分别表示基站、第i个和第j个D2D发射机的发射功率，N0表示背景的加性高斯白噪声；基站和蜂窝用户之间的信道增益为hBC，第j个D2D发射机到蜂窝用户之间的信道增益为hjC，基站和第i个D2D协同中继之间的信道增益为hBi，第i个D2D协同中继与蜂窝用户之2CN108834108A权利要求书2/4页间的信道增益为hiC，以及第i个D2D发射机到第j个D2D接收机之间的信道增益为hij；(b)、计算攻击者在被动窃听下的窃听速率为RE(i,E)RE(i，E)＝log2(1+ζ1+ζ2)(2)其中，表示从基站到窃听者之间的直连链路上的信干噪比，表示通过中继转发的两条链路上的信干噪比，其中是从基站到第i个D2D协同中继链路上的信干噪比，是从i个D2D协同中继到窃听者之间链路上的信干噪比；其中，从基站到窃听者之间的信道增益为hBE，第j个D2D协同中继到窃听者之间的信道增益为hjE，从第i个D2D协同中继到窃听者之间的信道增益为hiE；(c)、计算被动窃听下蜂窝用户的安全可达速率R(i,E)+R(i,E)＝[RR(i,E)-RE(i,E)](3)其中[·]+＝max{·,0}；(d)、计算主动干扰下蜂窝用户的数据传输速率R(i,J)其中，J表示主动窃听者采用主动干扰的攻击方式，是在主动干扰下从基站到蜂窝用户直连链路上的信干噪比，是在主动干扰下经过第i个D2D协同中继的两条链路上总的信干噪比，其中是从基站到第i个D2D协同中继链路上的信干噪比，从第i个D2D协同中继到蜂窝用户链路上的信干噪比，公式中的PJ是主动窃听者的干扰功率，Pi表示第i个D2