基于非线性能量收集的全双工认知中继网络的联合优化方法

针对信息传输过程的时间消耗和信道估计误差对网络能效的影响,提出了一种基于非线性能量收集的全双工认知中继网络的联合优化方法。所提方法是在中继采用非线性能量收集并考虑非完美信道状态信息（CSI）的情况下,首先通过将能效非凸优化问题转化为两个凸的子优化问题,从而求出次用户和中继的传输功率以及收集的能量;其次,在保证主用户干扰门限以及最优传输功率非负的情况下,求出传输的信道容量范围;最后,将传输功率代入表达式得到关于时间的目标函数,并利用海森矩阵证明该目标函数为凸函数,进而求出最优传输时间以及功率分割因子,最终得出能效最优解。实验结果表明,在相同条件下,所提联合优化方法的能效相较于仅优化传输功率的能效提升了约84.3%;同时验证了信道估计误差因子为0.01时,所提方法的网络能效降低了约1.9%。     

具有SWIPT和自能量回收的非分时全双工中继系统

应用无线携能通信(simultaneous wireless information and power transfer, SWIPT)技术实现基于无线射频信号的信息与能量传输,提出在基于无线射频网络中采用SWIPT技术的具有自能量回收的非分时全双工中继系统.该系统利用网络中多个可供电无线设备作为能量接入点(energy access point, EAP),能量受限的中继采用功率分配方案,实现信息传输、能量捕获和协作传输在1个时间块中同步进行.以最大化系统吞吐量作为优化目标,采用二次优化、半定松弛和变量消减等方法将原多变量非凸问题转换为半定规划问题,运用拉格朗日方法进行问题求解,通过联合优化中继发射功率、中继发射波束成形向量和功率分配比率,提高系统的性能增益.实验结果表明了所提出系统的吞吐量在解码转发(decode-and-forward, DF)协议下优于在放大转发(amplify-and-forward, AF)协议下;在中继从源节点捕获的能量有限时,通过增加EAP的数量来提高系统捕获的能量能有效提高系统运行速率;验证了与HD-SWIPT(half-duplex with SWIPT)和FD-no-SWIPT(full-duplex without SWIPT)中继系统相比,所提出的系统在提高系统性能方面具有更好的增益.     

认知中继网络的物理层安全

对认知中继网络中主用户和认知用户的中断概率和窃听概率进行了研究,提出了一种根据窃听行为改变传输方式（CTMEB）的方案,即主用户和认知用户会根据是否被窃听用户窃听而采用不同的信号传输方式。若E只窃听CS,主用户采用直接传输的方式传递信号;若E窃听CS和PS,主用户根据信道状态选择信噪比较高的路线传输信号。分析推导出了窃听CS与窃听CS和PS时主用户和认知用户的中断概率和窃听概率。通过MATLAB验证了采用CTMEB方案对提高主用户和认知用户的窃听概率和中断概率的有效性。     

基于时频资源分配的认知无线中继网络物理层安全研究

提出了一种在认知无线中继网络物理层安全意义下的最优时频资源分配方案。在该方案中,主用户通过次用户的协作进行通信;作为回馈,允许次用户接入该频段传输信息。在次用户网络中,选择两个最优次用户,一个用作协作转发,一个用作协作干扰,同时在保证次用户网络传输速率的条件下,通过寻求系统的最优带宽分配因子、时隙分配因子以及次用户的协作功率,来最大化主用户的安全容量。仿真结果表明,提出的方案切实可行,能够显著提高主用户的安全容量。     

安全能量效率优化的传感器网络传输研究

研究了射频无线充能传感器网络通信系统的安全传输及能量效率问题,针对传感器网络能量受限而无线通信容易被窃听的问题,利用物理层安全技术,提出了一种两阶段的安全传输协议。通过联合优化发送功率、射频能量协方差矩阵、敏感信息波束成型以及协作干扰协方差矩阵,使得传感器网络的安全能量效率达到最大。针对所提出的非凸问题,利用Dinkelbach方法将包含分式形式的目标函数简化,利用连续参数凸近似方法将非凸问题转化为可解形式,进而使用收敛迭代算法得到原问题的近似最优解。仿真结果表明,与对比方案相比,提出的传输方案可以在保证安全通信的基础上有效提高安全能量效率。     

一种面向全双工多中继协作SWIPT网络的功率消耗方案

在全双工多中继协作无线携能通信网络中,传统的中继选择算法未考虑到未被选择中继的闲置利用问题,导致中继数量增加时网络的性能浪费愈加严重,如何开发未被选择中继的剩余潜能成为提升网络性能的关键。对此,设计了一种新的HTT(Harvest then Transmit)功率消耗方案,在中继配备电池的情形下,通过充分利用中继处的能量收集模块增加了被选择中继处的发射功率,从而进一步提升了系统容量。此外,针对提出的新的HTT功率消耗方案,考虑了BIKT(Battery Information Known at Transmitter)和BIUT(Battery Information Unknown at Transmitter)两种应用场景。仿真实验的结果表明,3种中继选择算法,即单中继选择算法、贪婪中继选择算法和穷竭搜索算法,在采用提出的新的HTT功率消耗方案后,无论是应用于BIKT场景还是BIUT场景均能有效提升系统容量并降低中断概率。     

基于人工噪声的中继网络物理层安全传输机制

针对无线自组织网的不可信中继节点会带来严重安全威胁的问题,提出利用干扰节点保障通信的物理层安全机制。其信息传输分为两个阶段:中继节点获得来自发送端和干扰节点的含人工噪声的信号;目的接收端在干扰节点的协助消噪后还原出原始信息。由于中继节点和窃听者的接收信号始终伴随严重的噪声干扰,系统具有较高的安全性。仿真结果表明,窃听者和干扰节点在处于不同地理位置时,系统均具有较大的安全传输速率。     

SWIPT网络中保障物理层安全的保密能量效率优化

针对下行多用户携能通信网络中具有非线性特征的能量收集过程,提出了一种使用连续凸逼近方法的能量收集方案.该方案考虑授权用户对信息的安全性要求,构造了具有最大化保密能量效率的优化问题,联合优化了多用户的保密速率与网络能耗.为求解该多变量耦合的非凸优化问题,采用泰勒级数转换非凸函数,在连续凸逼近和Dinkelbach理论框架内,设计了满足最大保密能量效率要求的资源分配算法,获得了授权用户所需的最小输入功率.仿真实验的结果验证了该算法在最优化系统保密能量效率上的有效性.为多输入多输出或无法获得完整信道状态信息等更真实无线携能通信网络中通信安全及能量效率的研究提供了依据.     

基于遗传算法的全双工认知无线电网络信道分配策略研究

随着无线通信业务的不断增长和智能终端的日益多样化,无线频谱资源变得愈加紧缺,认知无线电作为一项能够有效解决频谱利用率过低的技术,近年来引起了学术界和工程界的广泛关注。在认知无线电网络中,次用户以合作频谱感知的方式智能判断主用户的工作状态,以便在授权频谱的空闲时段内接入并加以使用。将全双工通信技术引入到传统的认知无线电网络中,实现了频谱感知和数据传输的同步,既能确保数据传输的连续性,又能减少对主用户的干扰,对提升无线频谱利用率具有重要作用。对于多信道全双工认知无线电网络的信道分配,建立了次级网络吞吐量最大化模型,并通过惩罚函数法,将混合整数非线性规划问题转换成不带约束条件的非线性规划问题,提出了基于遗传算法的全双工认知无线电网络信道分配策略。仿真实验结果表明,该算法能在综合考虑算法复杂度和性能的情况下,完成信道分配并保证次级网络吞吐量的最大化。     

一种基于主从机制的认知Ad Hoc网络可靠路由方法

为了解决认知Ad Hoc网络中节点和链接失效问题,提出一种基于主从机制的认知Ad Hoc网络可靠路由构造方法MSMRC。该协议考虑了网络中主用户活动规律,引入链路可靠时长和信道可靠时长的度量来设计主路由和备份路由。当现有路由失效时,通过预先构造的备份路由快速恢复认知用户之间的通信。实验表明,MSMRC协议能够显著降低平均路由开销,而且可以提高网络的数据包投递率和链路修复率,保证了网络端到端通信的服务质量。     

基于最短时延的认知无线电网络安全路由算法

针对认知无线电网络可用频谱动态变化和路由过程中出现的安全问题,提出将最短数据传输时延和高安全等级路由作为选路标准,设计了一种跨层路由选择算法。算法通过优化转发节点个数和各转发节点接收、发送数据信道来减少数据传输时延。通过选择具有高安全级别的转发节点来保证路由的安全性。理论分析表明算法是高效和可行的。它的时间复杂度是O(N2),其中N是拓扑图中节点的个数。     

认知无线电网络中认知引擎及其安全问题研究

认知引擎可以根据外在无线环境的变化自适应调整传输参数,优化系统性能,是认知无线电网络的关键智能技术之一。然而．攻击者可以改变要优化的目标函数,阻止认知无线电的自适应操作。分析了认知引擎及其安全性问题,给出了一种防止目标函数攻击的解决思路。     

智能电网WCSN安全体系架构研究

作为下一代电力系统,智能电网应具备向电网控制中心实时可靠传输信息的能力。为了解决智能电网无线传感器网络面临的异构无线网络共存、频谱资源紧张和海量数据处理等问题,我们在智能电网引入了无线认知传感器网络的理念。文章分析了在智能电网中引入认知无线传感器网络（WCSN）的必要性,列举了智能电网、认知无线电网络和无线传感器网络的相关研究成果,描述了智能电网WCSN分层结构包括家域网、邻域网和广域网,提出了智能电网WCSN安全架构。     

基于能量指纹匹配的无线认知网络仿冒主用户攻击检测

频谱感知是无线认知网络有效工作的基础,现有研究主要集中在提高频谱检测的效率,对于如何保证在不可信的网络环境中实现安全可靠的频谱感知还没有理想的解决方案。针对频谱感知过程中存在的一种典型攻击行为一仿冒主用户攻击,提出了一种基于能量指纹匹配的检测方案。认知用户利用自身的位置分布特征,使用能量检测生成主用户的能量指纹,以此作为节点的身份标识,分析不同用户对频谱资源的使用方式,最终实现对仿冒行为的检测。理论分析以及模拟测试表明,该方案在误检概率较低的前提下,可以有效地检测仿冒攻击行为,提高频谱感知的准确率。     

认知无线电网络中基于弹性安全框架的PUE攻击模式挖掘

针对认知无线电网络(CRN)对授权及未授权用户的安全性和使用性能的影响,提出一种基于CRN弹性安全框架的多标准分析方法。该方法采用归一化递增加权函数(NWAUF)和非参数贝叶斯推理来计算网络中最终存在攻击的可能性。其实例化主要分为两个阶段：第一阶段是多标准模拟主用户(PUE)的攻击分析,根据不同标准需求进行设计。并且在网络需要改变或者遭受攻击时,允许灵活地添加或者删除标准;第二阶段是CRN节点间的协同,即任意节点与其相邻节点间初步概率的交换。当计算初步概率时就启动该阶段,并与邻节点分享。基于真实跟踪的模拟仿真结果验证了本文方法能显著提高频谱感知性能。即使邻节点较少时,提出的方法依然能够获得与多个邻节点相似的检测比例。     

认知无线Mesh网络联合多路径路由和信道分配策略

从路径交叉的角度为认知无线Mesh网络提出一种新的联合多路径路由和信道分配策略,该策略结合按需路由的基本流程,同时根据所选路径情况设置交叉节点的中继功能,以主用户曾经占用每个信道的最少次数作为衡量标准来选择信道,并给出了一种解决信道冲突的方案。仿真结果表明,所提策略与基于链接、基于干扰的策略相比,能够显著改善平均吞吐量和时延等网络参数性能。     

三网融合安全问题及对策研究

文章全面分析三网融合中的安全隐患,对三网融合中的安全问题进行了全面深入地分析,并提出相应的对策和建议,。在三网融合潜在隐患的分析过程中,重点探讨了EPON技术、IPTV业务和VoIP业务中存在的安全隐患和风险,以及融合网络之间安全威胁相互扩散的问题,挖掘出了其发展过程中存在的一些安全隐患和风险问题,并分别提出了相应的对策和建议。