基于友好干扰与中继的无线自组织网络安全区域研究

• 作 者: 赵耀环
• 机 构: 北京大学
• 出 处: 北京大学
• 发表日期: 2014年期
• 关键词: 无线自组织网络 通信安全 仿真模型 友好干扰 功率分配策略 中继策略

无线自组织网络是当今通信领域中的一项重要技术，被广泛应用于军事、救灾、探险等领域。无线自组织网络缺乏起中心作用的基础设施，且网络拓扑极易变化。由于军用通信信息的敏感性，其安全问题一直受到极大的关注。　　传统的通信安全问题基本以密码学为基础，以加密和解密技术作为维护信息安全的手段，其安全性依赖于窃听者暴力破解计算能力的不足。物理层安全是最近重新兴起的研究方向，以信息论为基础，为通信中的信息安全传输提供了新的解决途径。现有的物理层安全技术通常需要使用窃听者的信道信息，但在实际中难以实现，因而研究安全区域的分布显得很有必要。　　基于此，本文采用物理层安全技术中常用的两种手段:友好干扰和协作中继，研究无线自组织网络中安全区域优化的问题。为了最大限度地贴合实际，本文的研究均假定了通信双方对窃听者的信道信息完全未知，与传统物理层安全以安全容量和中断概率作为基本的研究对象不同的是这里以安全区域作为研究对象，以安全区域优化为研究目标，以期获得更大安全覆盖区域以及平均安全容量的优化。论文研究的主要内容和取得的主要成果如下:　　首先，本文在无线自组织网络的基础上，建立了考察无线自组织网络的安全区域分布的仿真模型，包括网络拓扑模型、地理模型以及信道模型。　　其次，本文在窃听信道完全未知的情况下，提出并分析讨论了多种友好干扰的功率分配策略，并针对每种干扰功率分配策略，提出了优化的参数选择标准。数值仿真表明，本文提出的策略各有优缺点，可根据实际需要灵活选择。　　最后，本文针对无线自组织网络中经常遇到的中继转发情形，研究了协作中继与传统的中继策略的优缺点，并通过数值仿真给出了不同中继方案的性能比较。结果表明在完全未知窃听信道信息的情况下，与直观想象的结论不同，协作中继并不能给物理层安全区域带来明显的好处。