能量协作网络中基于协作干扰的物理层安全方案

研究了由1个单天线的源节点、目的节点、窃听节点和1个多天线的中继节点组成的系统中,通过能量协作增强保密传输性能的问题。为提高保密速率,中继节点发送经过波束赋形的干扰信号来干扰窃听者。在中继能量供应受限的情况下,提出一种协作干扰与能量协作相结合的方案。源端在能量约束范围内采用能量转移的方式为中继提供用于发送干扰信号的能量。对能量转移量、能量转移时间和干扰信号波束赋形的优化问题进行了求解。仿真结果表明,在不消耗中继自身能量的条件下,与直接传输相比,能量协作和协作干扰方案能够显著提高系统的保密性能。     

基于干扰对齐的中继MIMO窃听信道安全传输机制

考虑MIMO无线中继网络的安全传输问题,网络中每个节点配备多天线,可获得全部信道状态信息。将干扰对齐与协作干扰相结合,通过预编码使干扰机发送的干扰信号与发送端发送的人工噪声在合法接收端对齐,并与保密信号子空间相互独立,合法接收端可将干扰与人工噪声消除。在窃听端干扰、人工噪声和保密信号处于同一子空间,窃听端无法消除干扰和人工噪声,窃听性能受到较大的抑制。给出了发送端、中继端和干扰机的信号发送和预编码方案,以及合法接收端的干扰消除方案,并从保密速率和保密中断概率两方面对系统的安全性能进行分析和仿真。仿真结果表明,相比于其他系统,保密速率提升,而中断概率下降。     

双向多天线中继系统中安全速率受限的功率最小化

针对双向多天线中继系统中存在多个单天线窃听者的场景,在保证两个源节点安全速率情况下,提出了两种中继节点发送功率最小化方案：人工噪声辅助的波束成形（artificial noise aided beamforming, ANAB）方案和零空间波束成形（null space beamforming, NSB）方案。ANAB采用半定松弛（semidefinite relaxation, SDR）技术和连续的凸估计（successive convex approximation, SCA）算法,得到局部最优的波束成形和人工噪声协方差矩阵。考虑到中继节点的天线个数大于窃听节点个数,设计了低复杂度NSB方案,在等效窃听信道矩阵的零空间中发送保密信息,通过求解一个SDP问题得到波束成形解。仿真结果表明,所提的安全发送方法可以有效地降低中继节点的发送功率。     

能量采集衬底式认知协作中继网络安全中断概率分析

能量受限协作中继网络频谱利用率低,生存周期短,无线信道开放性所带来的物理层安全受到威胁,对此,将功率信标辅助射频能量采集技术、认知无线电技术和协作中继网络相结合,构建了一种新的中继节点分散布置的能量收集2跳认知协作中继网络;引入单窃听节点对第2跳传输进行窃听,并结合主动和被动窃听方式提出了最优中继选择和次优中继选择方式,推导了2种中继选择方式下次网络安全中断概率闭合式.数值计算和仿真结果表明,主接收节点和中继数目、中继和窃听节点位置设置、能量采集比例、能量转换效率以及信道容量和安全容量阈值都会对次网络安全中断性能产生显著影响.最优中继选择方式下的次网络安全中断性能明显优于次优中继选择方式.功率信标信号功率或干扰约束的增大使得次网络安全中断概率降低,并趋于饱和.     

模拟网络编码双向中继窃听信道安全性能分析

分析了模拟网络编码双向中继窃听信道可达安全速率特性的影响因素.建立了存在一个窃听者的窃听信道模型,并推导了可达安全速率的表达式.通过对特定场景进行数值仿真和分析,结果表明:当窃听者位于某些范围内时,存在可达安全速率为零的情况;通过增大窃听者和被窃听节点之间的距离、角度和优化节点功率分配,可以提高模拟网络编码双向中继窃听信道的可达安全速率.     

基于信息中继节点的能量和信息同传模型及协议

建立基于自身节点作为中继的信息和能量同时传输模型,中继节点既可以发送自身采集的信息到源节点,又可作为中继节点帮助源节点与目的节点进行能量和信息的传输。采用能量分割(Power Splitting, PS)协议,中继对信号采用解码转发方案,运用非线性规划算法对该模型和协议进行优化并得到最优解。仿真结果表明,该最优解可使模型的吞吐量最大,靠近目节点位置为最优中继节点位置。     

异构无线通信系统的协同中继节点选择

提出了一种基于协同机理的异构无线网络融合机制,并就协同中继节点选择给出了一种基于效用函数的理论优化模型. 该模型在保证第1跳和第2跳链路传输速率匹配的前提下,能从全局优化的角度选择最佳的中继节点. 为了降低计算复杂度,给出了一种次优的异构协同中继节点选择算法. 仿真结果表明, 所提出的协同中继节点选择算法能显著提高异构网络的性能.     

协作蜂窝小区上行链路的中继选择与功率分配

为了最小化能量受限的协作蜂窝小区的总代价,提出了上行链路的功率和中继等资源分配的模型.该模型是一个非线性约束、{0,1}组合优化问题,因而提出了一种自适应的资源分配方案对其求解.针对给定中继节点集合,该方案分别为每个源节点选择总代价最小的中继;而对于给定源和中继对,提出了最小化二者总代价的基于图论的最优功率分配算法.通过仿真和分析表明,该方案近似最优,能够发送更多的数据量,延长网络的寿命.     

协作通信系统中能效优化的中继分配算法

在协作通信系统中,中继节点的合理分配对于系统性能提升具有重要的意义。然而,现有的方法往往只从系统容量最大化或者功率最小化单方面研究中继节点分配,缺乏对两者的综合考虑以致最终的中继分配结果不是最优。通过对基于能效(容量/发送功率)的中继分配进行研究,提出一种能效最大化为目标的中继分配算法(EERAA)。该算法首先优化各协作链路能效,然后通过最大权重匹配方法为各源移动终端进行中继节点的分配,从而有效地提高系统能效。经仿真验证,该算法跟现有的算法相比,能得到更高的系统能效。     

多用户协同移动ad hoc网络自治式中继选择算法

针对多用户协同移动ad hoc网络多源中继选择,拟通过较少的信息交互减少系统开销、提升网络性能。设计一种两阶段自治式协同中继选择算法,将中继选择划分为两阶段:源节点组中继选择和空闲节点组中继选择,其中源节点组中继选择按照随机方式或基于信噪比最大原则进行,而空闲节点组中继选择基于中继域为每个源节点生成可选中继子集,避免多个源节点竞争同一候选中继节点。理论分析和仿真结果表明,相比于FPT(fixed priority transmission)机制,两阶段自治式协同中继选择算法能获得更高的包传输率。