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。     

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。     

联合多用户调度与协作干扰选择的无线物理层安全研究

物理层安全策略作为一种利用无线信道物理特 性来对抗窃听者的有效手段,已经吸引了越来越多的关注。本文重点研究多用户调度与协作 干扰技术在无线通信物理层安全方面的表现,并将两种技术有机结合,深入研究无线网络的 通信安全。通过联合采用多用户调度方案与协作干扰技术以增强无线通信安全,在多用户无 线通信网络中,采用多用户调度策略,在选择最优信道进行通信的同时,对窃听节点进行协 作干扰,在合法用户端通过波束权重矩阵对干扰信号进行合并以消除干扰信号对接收端的影 响,最终达到在不干扰合法通信的前提下极大地干扰窃听信道,最终增强无线网络的通信 安全。数值仿真表明,联合多用户调度与协作干扰的方案的安全中断概率明显低于仅采 用多用户调度的方案。     

不同信道下无线传感网络物理层能耗性能分析

研究了在无线传感网络物理层中误码率对无线传感器节点能量消耗的影响。提高传输误码率可以降低节点能量消耗,但为了保证发送端信号能准确传输到接收端,错误帧将重传,会消耗许多能量。降低传输误码率则会增加节点能量消耗。为了平衡误码率对节点能量消耗的作用,在不同衰减模式下得到误码率的动态最优解,和传统的采用固定误码率传输信号相比,节点能量消耗得到很大优化。     

一种全双工认知中继网络中实现能量高效的安全传输方法

在“绿色”安全通信背景下,提出了一种保证同时同频全双工认知中继网络物理层安全、不影响主用户性能且能量高效的中继簇功率分配方案,该网络包含两个认知源节点、多个认知中继节点、多个主用户节点以及多个主用户窃听节点。在考虑了自干扰消除率以及中继转发信息的公平性的基础上,分别针对中继节点选择放大转发与译码转发策略的情形,设计协作波束成形向量及人工噪声矩阵,并通过一种结合半定松弛技术的爬山算法来获取最优解。仿真结果与理论分析表明了方案的有效性与合理性,同时表明选择放大转发策略能够获取更高的总能量效率。     

基于放大转发和协作拥塞的窄带物联网物理层安全技术研究

基于蜂窝的窄带物联网NB-IoT(Narrow Band Internet of Things)技术发展迅猛,随着节点数目的急剧增加及窄带无线网络的开放性,其安全问题面临严重的挑战.针对NB-IoT的不可信或窃听节点会带来严重安全威胁的问题,利用其上下行信道状态可知和半双工的特性,提出利用中继节点地放大转发、协作拥塞及联合协作保障物理层安全.放大转发节点对源信号进行放大和转发,协作拥塞节点发射干扰信号,调整波束赋形因子和功率使干扰到达目的节点为零而到达窃听者非零.仿真表明,中继节点所带来的分集增益能显著改善接收节点的信号质量,提升5倍安全容量,在不需要加密算法的情况下,确保窃听者无法获取有用信息,保证信息传输的安全.安全容量是指合法接收端可以正确接收,而窃听者即无法获取信息的最大可达通信速率.     

基于双向ANC中继系统的协作干扰策略分析

模拟网络编码(Analog Network Coding,ANC)和协作干扰(Cooperative Jamming,CJ)都能够提高无线通信系统的物理层安全性能。文章基于物理层安全理论,针对同时面对内部和外部窃听者的双向ANC中继系统,提出了一种CJ策略。所提策略通过一个外部干扰节点来实施干扰,先优化受限的总干扰功率在各通信时隙间的功率分配,再优化受限的系统总功率在系统各合法节点间的功率分配,使双向ANC中继系统实现更好的物理层安全性能,并通过相应的理论分析和对特定场景的数值仿真进行了验证。     

无线感知执行网的智能协作机制研究

针对无线感知执行网中的节点协作问题,提出了多目标智能协作策略。在感知节点不完全连通的WSANs中,设计局部感知节点成簇算法,实现感知节点间的通信协作;以网络能耗均衡和信息传输时延为目标,应用离散多目标自由搜索算法对WSANs进行实时路径规划,实现簇头节点和执行节点间的协作,并通过路径惩罚策略和路径均衡策略,保证寻优结果的有效性、均衡执行节点之间的能耗。仿真实验表明:无线感知执行网智能协作机制能有效地选择多执行节点路径,实现网络协作的实时需求与能量消耗之间的平衡。     

基于中继联合优化选择的物理层安全方案

针对认知无线电(CR)网络中的安全传输问题,提出基于传输中继和干扰中继联合优化选择的物理层安全方案。在主用户网络和次用户网络共存的环境中,通过优化选取协作传输中继和协作干扰中继实现信息的安全传输,并分析推导出瑞利衰落环境下该方案保密中断概率的闭式表达式。仿真结果表明,在不同参数场景下,该方案均可实现较低的保密中断概率,提升CR网络的信息传输安全性能。     

协作译码转发中继网络中的安全能效分析

基于物理层安全理论,研究了存在窃听用户情形下协作译码转发中继网络中的安全能效问题。安全能效,即消耗单位能量所能传输的保密信息量。在满足各节点发射功率约束和中继处最小译码速率要求下,通过功率控制实现系统的安全能效最大化。针对目标函数非凸问题,利用分式规划和DC(Difference of Convex functions)规划理论把目标函数分解为子函数通过迭代来进行优化求解。仿真结果表明,能效优化可以显著提升系统的安全能效。     

医院无线网络信息节点安全性度量方法研究

为了提高医院无线网络信息节点安全性,确保医院无线网络通信的畅通,提出一种基于传感器量化融合跟踪检测的医院无线网络信息节点安全性度量方法。构建医院无线网络信息节点的自适应转发控制模型,采用节点剩余能量融合识别方法进行节点的自适应调度,在物联网环境下实现医院无线网络信息节点的优化定位部署,构建节点的路由探测协议,利用医院无线网络信息节点自身的存活度进行无线传感网络模式下的节点转发链路均衡处理,采用传感器量化融合跟踪测试方法实现医院无线网络信息节点的安全性度量。仿真测试结果表明,采用该方法进行医院无线网络信息节点安全性度量的准确性较高,节点的能量开销较小,提高了节点数据转发的准确率。     

无线通信网络安全态势识别方法研究

当前,网络安全态势识别方法只能获取网络层的安全态势感知要素,导致无线通信网络安全态势识别误差偏大。对此,提出基于深度自编码网络的无线通信网络安全态势识别方法。引入受限玻尔兹曼机逐层训练深度自编码网络,利用深度自编码网络前向传播的方式,提取服务、主机、网络三层的安全态势感知要素。在此基础上,将网络态势分为环境、威胁、资产三个因子,通过三方博弈方法计算三个因子效益,得到网络安全态势值,以此实现无线通信网络安全态势识别。试验结果表明,研究方法绝对误差平均值与试验对比方法相比分别小0.112和0.106,识别精度更高。该方法的实际应用效果更好,可以满足无线通信网络安全态势识别需求。     

基于Stackelberg博弈的双层水下传感器网络功率分配算法

针对水下传感器协作通信网络中能量消耗严重的问题,为了平衡节点间的能量消耗,同时提高系统的信道容量,提出了基于节点剩余能量的分布式博弈功率分配算法。将用户节点和中继节点间的交易模型构建为双层的Stackelberg博弈,使剩余能量少的节点提供较少的功率进行转发服务,反之则提供较多的功率进行服务,从而平衡节点间的能量消耗。与未考虑剩余能量的算法相比,在有2、3和4个中继节点时,信道容量分别提升了9.4%、23.1%和16.7%。仿真结果表明,该算法不仅提高了系统总的信道容量,而且延长了水下传感器协作通信网络的生存时间。     

基于序列模型的无线传感网入侵检测系统

随着物联网(IoT)的快速发展，越来越多的IoT节点设备被部署，但伴随而来的安全问题也不可忽视。IoT的网络层节点设备主要通过无线传感网进行通信，其相较于互联网更开放也更容易受到拒绝服务等网络攻击。针对无线传感网面临的网络层安全问题，提出了一种基于序列模型的网络入侵检测系统，对网络层入侵进行检测和报警，具有较高的识别率以及较低的误报率。另外，针对无线传感网节点设备面临的节点主机设备的安全问题，在考虑节点开销的基础上，提出了一种基于简单序列模型的主机入侵检测系统。实验结果表明，针对无线传感网的网络层以及主机层的两个入侵检测系统的准确率都达到了99%以上，误报率在1%左右，达到了工业需求，这两个系统可以全面有效地保护无线传感网安全。     

无线通信物理层安全技术研究

无线通信天然的多径时变的特性,为其在物理层进行保密传输提供了可能性。文章分析了物理层安全技术的技术背景和研究现状,对于其理论基础,以及关键技术进行了重点的介绍,并对比分析了其中的一些技术方案。近年来,物理层安全技术已经逐步成为研究的热点,在编码技术,协作干扰,密钥产生等研究方向上已经有了相当程度的进展,正在逐步从理论走向应用。     

节点位置对窃听信道安全容量的影响

随着无线通信技术的不断发展,无线通信中的安全问题已成为制约其发展的重要因素。文中基于香农信息论,从安全区域的角度分析了加入协作干扰后瑞利衰落窃听信道模型的安全性能,并且对窃听节点与协作干扰节点的位置变化与系统安全容量的关系进行了研究,然后在瑞利衰落信道模型下基于地理位置的变化对遍历保密容量进行了数值仿真。结果表明引入协作干扰节点可以提升系统安全容量,且适当增加协作者个数、调整协作者位置以及合理的功率分配都可以增强通信系统的安全性。     

多跳快速切换代理移动IPv6预认证协议的安全分析

第三代移动通信系统的长期演进标准中,使用代理移动IPv6协议来实现异构无线接入网络互联及移动性管理。LTE-Advaned网络支持协同无线通信,通过在网络中引入中继节点来扩大蜂窝的覆盖范围和信道容量并减少网络的传输延迟。文章对LTE—Advanced网络结构进行了扩展,加入了能支持中继功能的服务网关,该网关采用快速切换PMIPv6协议来完成预先切换。文章对此协议进行了扩展,使其支持多跳和中继功能。文章主要研究多跳快速切换PMIPv6协议的安全性,采用认证选项实现了预认证协议。并给出了详细的流程。文章采用Kerberos的Ticket概念,通过在协议中加入Ticket来实现安全上下文的传输。该认证协议是在移动节点切换到目的端之前完成的,大大减少认证协议所产生的延迟。最后文章对认证测试的形式化方法进行扩展,加入了消息认证码,证明了此预认证协议的认诅陡。     

一种新的移动Ad Hoc网络随机密钥分发机制

移动Ad Hoc网络是一种无需固定通信基础设施、拓扑结构动态变化的无线网络，所以传统的密钥管理机制不能应用于Ad Hoc网络。本文在分析文献[1]中所提出的无线网络随机密钥分发机制的基础上提出了一个改进的基于环形通信的密钥分发协议，并对该协议进行了安全性和性能上的分析。在建立结点之间的安全信道时，该协议引入环状的合作结点集，不仅能够保证安全性和鲁棒性，而且大大降低了通信量。     

面向无线传感网的物理层安全性能分析

无线传感器网络（Wireless Sensor Network,WSN）在实现万物互联的同时,无线通信安全面临挑战。WSN网络节点随机分散部署,网络结构动态变化,使得现有安全通信方案无法直接应用。针对该问题,应用随机泊松点过程对网络节点进行位置建模,以安全中断概率、连接中断概率为指标,应用随机几何工具对无线传感网系统的物理层安全性能展开分析。仿真验证了理论分析的正确性,仿真结果表明通过合理布置传感器节点密度可使系统安全可靠性能达到最佳。     

基于DF的协作节点选择及功率分配策略研究

对于无线通信系统来说,特别是单天线节点无线通信系统,采用协作通信技术可以有效地提高系统性能.其中,协作节点选择及协作策略是协作通信需要考虑的两个基本问题.以容量最大化为目标,基于DF中继模式,本文研究了协作节点选择及功率分配策略问题,结果表明,当协作节点满足一定条件时并采用合理的功率分配策略可有效提高系统容量.