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。     

基于联合信道特征的中继物理层安全传输机制

针对中继节点不可信的问题,提出了一种基于联合信道特征的中继物理层安全传输机制.首先将中继前后的两个信道等效合并为一个,得到联合信道特征.然后在联合信道特征的零空间中,增加人工噪声,使参与转发的中继节点无法获得有效信息量.仿真结果表明:当增加的人工噪声处于合法接收者信道特征的零空间时,可以提高协作中继系统的保密容量,合法接收者的误码率要远低于不可信中继;保密容量随中继数量增加的变化趋势与窃听者的分布相关.     

基于协作波束成型的中继分组协作物理层安全方案

针对现有方法中第二跳中继转发信息容易被窃听的问题, 提出一种基于协作波束成型的中继分组协作物理层安全方案。首先, 利用发送—中继—接收的级联信道将中继分为协同干扰组和协同中继组。然后, 两组中继分别利用噪声转发和译码转发策略, 相互协作提高保密速率; 最后, 在总功率受限下, 进行功率优化分配。仿真结果表明, 该方法比参考的中继分组方法获得的保密速率高, 并且随着转发功率的增加而提升; 相同功率下该方法能获得0. 6 bps/Hz的性能提升。因此该方案能够有效提升协作中继系统的安全性。     

鲁棒的双向多中继物理层安全传输方案

针对双向多中继系统物理层安全传输无法获取窃听者的精确信道状态信息（CSI）的问题,提出鲁棒的多中继协作波束形成和人工噪声联合物理层安全传输方案,以最大化系统总功率约束下信道状态"最差情况"时的安全总速率。在该方案中,待求解的问题是一个复杂的非凸优化问题。采用交替迭代和连续凸近似（SCA）方法,对波束形成向量、人工噪声协方差矩阵和源节点发射功率进行交替优化迭代,得到了问题的优化解。仿真实验验证了所提方案的有效性,并表明该方案具有更优的安全性能。     

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。     

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。     

协作通信中基于斯塔科尔伯格博弈的物理层安全分析

物理层安全不是利用传统的密钥加密,而是利用信道的传输特性使得合法的通信双方实现安全传输的方法。无线协作通信中节点行为对物理层安全的影响是至关重要的。本文应用斯塔科尔伯格博弈模型研究节点之间的利益,在中继自私的协作放大转发网络中,得到网络中节点之间的效用平衡的最优解存在条件,并提出一种分布式算法,找到网络平衡下的最优安全性能解。     

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。     

无线通信物理层安全方法综述

随着无线终端数目的急剧增加以及无线网络的开放性,无线通信的安全问题面临着严重的挑战。与传统加密方法不同,无线通信物理层安全方法从信息论的角度出发,旨在实现无条件安全。本文回顾了Shannon建立的无线通信物理层安全模型,并着重回顾了由Wyner引导的无密钥安全和由Maurer引导的基于无线信道密钥的两大物理层安全分支的发展。其中前者通过波束形成或人工噪声的方法增加合法信道和窃听信道之间的差距;后者则利用无线信道的特性,将其作为产生密钥的天然随机源。在第五代移动通信方式下,物理层安全可以实现轻量级的加解密技术,解决传统加解密延时过长的问题。然而虽然物理层安全的理论研究已日趋成熟,该领域在实际应用中仍有很多问题亟待解决。     

基于时域参考的物理层安全传输方案

在SIMO-OFDM通信系统中, 基于发送端多天线冗余的物理层安全算法不再适用。针对这一问题, 提出一种基于时域参考的物理层安全传输方案。合法接收者在各个子载波上构造多天线随机加权向量, 使构造的加权向量在合法信道上的投影等于随OFDM符号快变的时域参考变量, 发送端利用前一时刻接收端构造的参考变量对当前时刻的发送调制符号进行相位旋转。时域参考变量的随机变化, 扰乱了窃听者的接收信号星座图, 导致其无法正确解调。而合法用户能够利用之前构造的多天线加权向量正确解调接收信号。安全性分析和仿真结果表明, 当天线数为8、信噪比为10 dB时, 合法用户误比特率达到10^-4, 而窃听者始终无法正确解调。     

基于迭代加密的OFDM系统物理层安全算法

针对现有的基于OFDM调制的物理层安全算法不能抵抗明文密文对攻击的缺点,提出了一种结合OFDM调制,通过密钥控制调制过程,对IFFT变换前的符号进行迭代插值的物理层安全算法。理论分析和仿真实验表明,算法具有较大的密钥空间,能够抵抗明文密文对攻击。除了峰均比有少量增加外,该算法几乎不改变原系统的性能,具有很好的加密效果和抗攻击能力,表现出较高的安全性。     

大规模MIMO系统中导频污染下的信道估计研究

大规模多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)技术的很多优点让它发展为5G通信系统的主要技术之一。基于导频的信道估计方法原理较为简单,但系统的性能会受到导频污染很大的影响,所以研究低复杂度且能有效抗导频污染的信道估计算法就显得尤为重要。论文详细论证了导频污染下的信道估计在大规模MIMO系统中的主要运算过程。将LS信道估计方法与贝叶斯信道估计方法做比较,仿真结果表明贝叶斯信道估计方法有着较好的抗导频污染能力。     

一种3D MIMO增强的物理层安全方法

由于具有把Multiple-Input Multiple-Output(MIMO)处理从方位角扩展到仰角的能力,三维MIMO(3D MIMO)技术在近年来引起越来越多的关注。研究适合的三维空间信道模型(3D SCM)是3D MIMO技术研究的一个基本步骤。在回顾了二维信道模型和一种三维双极化信道模型之后,提出了一种3D MIMO增强的物理层安全方法 ,研究了基站天线下倾角、移动台天线仰角对期望用户安全容量的影响。此外,还评估了相邻小区干扰的影响。     

基于多径信道随机延时的物理层全算法

针对无线通信遇到的第三方窃听问题,利用无线通信系统信道多径延时丰富的特征,提出了一种保证物理层安全传输的加密算法。该算法中,数据发送用户根据估计的多径延时信息随机提前符号发送时间,使授权用户的同步位置有较强的多径信号到达,授权接收用户在保持同步状态不变的情况下可以正常接收信息。而窃听用户具有不同的信道多径延时特征,接收到的信号幅度和相位会随机变化,难以进行同步跟踪,因此接收到的符号会产生大量的误码,从而提高授权用户之间的安全传输性能。仿真结果表明,该算法能有效提高窃听方的误码率,提高授权用户通信的安全性,从而可在多径环境中有效保证物理层通信安全。     

数据链路层安全研究

数据链路层安全风险的大小和发生的概率决定了整个数据链路层的安全.有效的安全风险评估有助于检测系统的安全防护,降低数据链路层的安全风险,并提高检测系统的抵御安全风险的能力.在贝叶斯网络和D-S证据理论的基础上,结合这两种方法,对数据链路层影响因素进行了量化,得到数据链路层的风险值.然后构建了系统的节点模型和进程模型.最后...     

多天线RFID系统物理层安全优化方案的研究

近年来,射频识别(RFID)技术作为构建"物联网"的关键技术受到人们的关注,如何保证RFID系统的通信安全也成为一个重要的挑战。基于物理层层面,研究了一种多天线无源RFID通信系统的安全传输性能,采用人工干扰(AN)技术,提出两种不同的安全优化方案:基于"发送功率最小化"以及"合法接收端信干噪比最大化",并分别给出两类方案的特例"零空间方案",接着利用半正定松弛以及凸优化的数学方法对方案进行优化。仿真证明,采用AN的两类方案安全性能均优于无AN方案,并且达到节省功率以及提高合法用户接收信噪比的目的,对功率受限的RFID设备具有重要的意义。     

大规模MIMO系统中基于用户位置的导频分配

大规模多输入多输出（multiple input multiple output,MIMO）系统中因导频复用而存在的导频污染问题,成为其性能提高的瓶颈。针对此问题,提出一种基于用户位置的导频分配方案。该方案通过上行功率控制方法保证不同用户到各自小区基站的信号功率相同,并在功率控制情况下,根据干扰用户到本小区基站距离与到目标小区基站距离的比值来定义干扰用户对目标用户的导频污染强度,并给用户间导频污染强度较小的两个不同小区用户分配相同的导频。仿真结果表明,所提方案能够有效提高系统容量,减小用户间性能差距,较好地降低了用户间的导频污染。     

瑞利衰落信道下基于平均速率安全性能分析

针对现有的物理层安全技术缺乏以瑞利衰落信道为研究背景的安全性能分析,建立瑞利衰落信道下的窃听模型,首先分别用平均解码速率和平均发送速率来衡量传输系统的有效性和安全性,并推导其解析表达式。然后,将传输系统有效性和安全性的折中问题建模为多目标优化问题,通过线性加权和法进一步将其转化为单目标优化问题,并给出基于梯度下降法的最优发送速率求解算法。最后,通过数值仿真分析信号发送速率、窃听者位置、循环迭代次数等因素对系统安全性能的影响。     

基于图着色的大规模MIMO系统中动态导频分配

针对大规模多输入多输出（MIMO）系统中存在的导频污染问题,提出一种基于图着色的动态导频分配方案。为了更加合理地分配导频、减小导频污染,首先,利用小区间协作,将不同小区的用户通过带权值的边相连来构建边权值干扰图,以此来描述多小区用户间的导频污染程度;然后,在传统的图着色理论基础上,利用相连用户边权值不同的特点,优先为受导频污染严重的用户分配导频资源。理论分析和仿真结果表明,所提的导频分配方案不同于现有的分布式导频分配方案,在考虑所有小区导频复用的情况下,基于图着色集中式地分配导频,能够减小小区间用户的干扰,提升大规模MIMO系统的上行可达和速率。