一種基于物理層安全的無線中繼傳輸系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種基于物理層安全的無線中繼傳輸系統(tǒng)，屬于無線通信的物理層安全領(lǐng)域，具體涉及在無線通信系統(tǒng)中存在多個(gè)竊聽者的場景下，用于有效預(yù)防竊聽保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院陀行?。該最佳中繼傳輸系統(tǒng)包括信源發(fā)送模塊、中繼傳輸模塊、竊聽模塊和終端接收模塊。所述中繼傳輸模塊在選擇最佳中繼時(shí)聯(lián)合考慮信源到中繼鏈路信道條件以及中繼到終端鏈路信道條件；所述竊聽模塊含有多個(gè)竊聽者相互協(xié)作竊聽信號(hào)；所述終端接收模塊利用分集接收技術(shù)合并接收到的信源信號(hào)和接收到的中繼信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)信源端到目的端安全可靠的傳輸。
【專利說明】
一種基于物理層安全的無線中繼傳輸系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于無線通信的物理層安全領(lǐng)域，特別涉及一種基于物理層安全的無線中繼傳輸系統(tǒng)?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]近年來無線安全受到廣泛的關(guān)注。在現(xiàn)有的無線通信系統(tǒng)中，加密技術(shù)通常被用于防止竊聽者從合法用戶截取信息。雖然加密技術(shù)可以提高信息傳輸?shù)陌踩?，但它需要更多的處理資源用于加密和解密。其次由加密技術(shù)引入額外的冗余，會(huì)增加系統(tǒng)的開銷。基于上述存在的問題，利用無線物理信道的隨機(jī)特性防止竊聽攻擊得到廣泛的關(guān)注。
[0003]在現(xiàn)有方案中，考慮單個(gè)竊聽節(jié)點(diǎn)存在的情況下，源節(jié)點(diǎn)發(fā)射信息到中繼節(jié)點(diǎn)，中繼節(jié)點(diǎn)利用其自身與目的節(jié)點(diǎn)之間最大的信道容量，通過放大轉(zhuǎn)發(fā)或者解碼轉(zhuǎn)發(fā)的方式進(jìn)一步把信息發(fā)送到目的節(jié)點(diǎn)。但現(xiàn)有的方案大都只考慮了單個(gè)竊聽節(jié)點(diǎn)存在的情況下，中繼節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)之間的信道容量，并沒有考慮源節(jié)點(diǎn)到中繼節(jié)點(diǎn)之間的信道容量。同時(shí)現(xiàn)有的方案并沒有考慮實(shí)際的場景中多個(gè)竊聽者相互協(xié)作竊聽信號(hào)。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型目的是提供了一種基于物理層安全的無線最佳中繼傳輸系統(tǒng)，可有效地克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)。
[0005]本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的，如圖1所示，它包括有:信源發(fā)送模塊1、中繼傳輸模塊 2、竊聽模塊3和終端接收模塊4,其特征是信源發(fā)送模塊1分別通過第一無線主鏈路5、第一無線竊聽鏈路6、第二無線主鏈路7將信號(hào)發(fā)送給中繼傳輸模塊2、竊聽模塊3和終端接收模塊4,中繼傳輸模塊2中的第一、第二、……第N中繼節(jié)點(diǎn)辦，1?2,...，RN分別接收由信源發(fā)送模塊1發(fā)出的信號(hào)，經(jīng)過解碼轉(zhuǎn)發(fā)或放大轉(zhuǎn)發(fā)的方式通過第三無線主鏈路8將信號(hào)輸送到終端接收模塊4,同時(shí)，竊聽模塊3中的第一、第二、……第M竊聽節(jié)點(diǎn)...，EM還通過第二無線竊聽鏈路9接收中繼傳輸模塊2中的第一、第二、……第N中繼節(jié)點(diǎn)...，RN發(fā)出的信號(hào)，第一無線主鏈路5是中繼傳輸模塊2中的第一、第二、……第N中繼節(jié)點(diǎn)辦，1?2,...，RN接收由信源發(fā)送模塊1發(fā)出信號(hào)的鏈路，第二無線主鏈路7是由終端接收模塊4接收由信源發(fā)送模塊1發(fā)出信號(hào)的鏈路，第三無線主鏈路8是由終端接收模塊4接收由中繼傳輸模塊2中的第一、第二、……第N中繼節(jié)點(diǎn)辦，1?2,...，RN發(fā)出信號(hào)的鏈路，第一無線竊聽鏈路6是竊聽模塊3 中的第一、第二……第M竊聽節(jié)點(diǎn)...，EM接收由信源發(fā)送模塊1發(fā)出信號(hào)的鏈路，第二無線竊聽鏈路7是竊聽模塊3中的第一、第二……第M竊聽節(jié)點(diǎn)...，EM分別接收由中繼傳輸模塊2中的第一、第二、……第N中繼節(jié)點(diǎn)Ri，!^，...，RN發(fā)出信號(hào)的鏈路，N和M都為正整數(shù)。
[0006]本實(shí)用新型具有以下突出特點(diǎn)和效果:[〇〇〇7] 1、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型考慮實(shí)際的場景中所述竊聽模塊含有多個(gè)竊聽者相互協(xié)作竊聽信源信號(hào)和中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)的信號(hào)。
[0008]2、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)勢(shì):所述中繼傳輸模塊在選擇最佳中繼節(jié)點(diǎn)時(shí)聯(lián)合考慮信源到中繼節(jié)點(diǎn)鏈路信道條件以及中繼節(jié)點(diǎn)到終端鏈路信道條件，選取所述兩條信道條件都好的中繼節(jié)點(diǎn)，以信源到中繼節(jié)點(diǎn)鏈路容量和中繼節(jié)點(diǎn)到終端鏈路容量乘積最大化選擇最佳中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行輔助傳輸。
[0009]3、所述終端接收模塊接收信源信號(hào)和中繼節(jié)點(diǎn)信號(hào)，并利用分集接收技術(shù)合并接收到的信源信號(hào)和接收到的中繼節(jié)點(diǎn)信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)信源端到目的端安全可靠的傳輸?！靖綀D說明】
[0010]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖
[0011]圖中:1--信源發(fā)送模塊，2—中繼傳輸模塊，[0〇12]3—竊聽模塊，4—終端接收模塊
[0013]5—第一無線主鏈路6—第一無線竊聽鏈路[〇〇14]7—第二無線主鏈路8—第三無線主鏈路[〇〇15]9 一第二無線竊聽鏈路。【具體實(shí)施方式】
[0016]如圖1所示本實(shí)用新型包括有信源發(fā)送模塊1、中繼傳輸模塊2、竊聽模塊3和終端接收模塊4，實(shí)施包括步驟為:
[0017]1、信源發(fā)送模塊1發(fā)送信號(hào)x，x的發(fā)送功率為P，x的發(fā)送速率為Rd;
[0018]具體實(shí)施過程中，中繼傳輸模塊2、竊聽模塊3和終端接收模塊4都可接收信源發(fā)送模塊1發(fā)送的信號(hào)。
[0019]2、中繼傳輸模塊2接收信源發(fā)送模塊1發(fā)出的信號(hào)并轉(zhuǎn)發(fā)到終端接收模塊4,現(xiàn)以解碼轉(zhuǎn)發(fā)的方式說明:
[0020](1)、用CS1表示信源到第i個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)的鏈路信道容量，計(jì)算得出信源到網(wǎng)絡(luò)中所有中繼節(jié)點(diǎn)的鏈路信道容量Csi，i = 1，2，...，N，N為網(wǎng)絡(luò)中的中繼節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)；
[0021](2)、對(duì)于所有的中繼節(jié)點(diǎn)判斷第i個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)是否解碼成功。根據(jù)CS1與Rd的關(guān)系， 當(dāng)Csl<Rd，說明所述中繼節(jié)點(diǎn)對(duì)信源發(fā)射模塊1發(fā)出的信息x解碼失敗，當(dāng)Csl>Rd，說明所述中繼節(jié)點(diǎn)對(duì)信源發(fā)出的信號(hào)解碼成功，用Dn表示成功解碼集；
[0022](3)、用Cld表示第i個(gè)成功解碼中繼到終端鏈路信道容量，計(jì)算第i個(gè)成功解碼中繼到終端鏈路信道容量Cid，i = l，2,...，N，N為網(wǎng)絡(luò)中的中繼節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)；
[0023](4)、聯(lián)合考慮信源到第i個(gè)成功解碼中繼節(jié)點(diǎn)鏈路信道容量CS1以及第i個(gè)成功解碼中繼節(jié)點(diǎn)到終端鏈路信道容量Cld，以信源到第i個(gè)成功解碼中繼節(jié)點(diǎn)鏈路信道容量CS1和第i個(gè)成功解碼中繼節(jié)點(diǎn)到終端鏈路信道容量Cld乘積最大化選擇最佳中繼節(jié)點(diǎn)，所選最佳中繼節(jié)點(diǎn)通過解碼轉(zhuǎn)發(fā)的方式進(jìn)行輔助傳輸。[〇〇24]3、竊聽模塊3接收信源信號(hào)和中繼傳輸信號(hào)；
[0025]竊聽模塊3包括第一，第二，...，第M個(gè)竊聽節(jié)點(diǎn)...，Em相互協(xié)作竊聽信源發(fā)送模塊1發(fā)出的信號(hào)和中繼傳輸模塊2轉(zhuǎn)發(fā)的信號(hào)。用表示竊聽模塊可獲得的總?cè)萘?，?jì)算竊聽模塊可獲得的總?cè)萘緾e。
[0026]4、終端接收模塊4接收信源信號(hào)和中繼信號(hào)，并利用分集接收技術(shù)合并接收到的信源信號(hào)和接收到的中繼節(jié)點(diǎn)信號(hào)，用Cd表示終端模塊最終可獲得的總?cè)萘浚?jì)算終端模塊最終可獲得的總?cè)萘緾d，當(dāng)Cd>Ce時(shí)，說明信源端到目的接收端的信道鏈路相對(duì)可靠，可實(shí)現(xiàn)信源端到目的端安全可靠的傳輸。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于物理層安全的無線中繼傳輸系統(tǒng)，它包括有:信源發(fā)送模塊(1)、中繼傳輸 模塊(2)、竊聽模塊(3)和終端接收模塊(4)，其特征是信源發(fā)送模塊(1)分別通過第一無線 主鏈路(5)、第一無線竊聽鏈路(6)、第二無線主鏈路(7)將信號(hào)發(fā)送給中繼傳輸模塊(2)、竊 聽模塊(3)和終端接收模塊(4)，中繼傳輸模塊(2)中的第一、第二、……第N中繼節(jié)點(diǎn)(^， R2,...，RN)分別接收由信源發(fā)送模塊(1)發(fā)出的信號(hào)，經(jīng)過解碼轉(zhuǎn)發(fā)或放大轉(zhuǎn)發(fā)的方式通過 第三無線主鏈路(8)將信號(hào)輸送到終端接收模塊(4)，同時(shí)，竊聽模塊(3)中的第一、第 二、……第M竊聽節(jié)點(diǎn)(E^E^...，Em)還通過第二無線竊聽鏈路(9)接收中繼傳輸模塊(2)中 的第一、第二、……第N中繼節(jié)點(diǎn)(R^Rs，...，RN)發(fā)出的信號(hào)，第一無線主鏈路(5)是中繼傳 輸模塊(2)中的第一、第二、……第N中繼節(jié)點(diǎn)(R^Rs，...，RN)接收由信源發(fā)送模塊(1)發(fā)出 信號(hào)的鏈路，第二無線主鏈路(7)是由終端接收模塊(4)接收由信源發(fā)送模塊(1)發(fā)出信號(hào) 的鏈路，第三無線主鏈路(8)是由終端接收模塊(4)接收由中繼傳輸模塊(2)中的第一、第 二、……第N中繼節(jié)點(diǎn)..，Rn)發(fā)出信號(hào)的鏈路，第一無線竊聽鏈路(6)是竊聽模塊 (3)中的第一、第二、……第M竊聽節(jié)點(diǎn)(E^E^...，Em)接收由信源發(fā)送模塊(1)發(fā)出信號(hào)的 鏈路，第二無線竊聽鏈路(9)是竊聽模塊(3)中的第一、第二、……第M竊聽節(jié)點(diǎn)(Ei，E2，...， Em)分別接收由中繼傳輸模塊(2)中的第一、第二、……第N中繼節(jié)點(diǎn)(R^Rs，...，RN)發(fā)出信 號(hào)的鏈路，N和M都為正整數(shù)。
【文檔編號(hào)】H04L29/06GK205610681SQ201620345171
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年4月22日
【發(fā)明人】曲韻, 李美玲, 王鋼飛, 吉灤巒, 張?zhí)鹛? 郭苗苗, 賀文麗
【申請(qǐng)人】太原科技大學(xué)