收藏本站
《北京交通大学》 2017年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

协作认知无线电网络中物理层安全问题研究

李振  
【摘要】:认知无线电技术可望解决频谱资源利用率低下的问题,在过去数十年里得到了长足发展。协作认知无线电作为认知无线电技术和协作中继传输技术的结合,受到了全球学术界的广泛关注。在协作认知无线电网络中,初级用户租赁其频谱供次级用户使用,以期通过次级用户的协作传输提高网络性能。同其他无线通信网络一样,由于无线信道的广播特性,协作认知无线电网络面临着窃听威胁。现有的网络安全机制建立在网络层之上,以密钥加密的方式保证保密通信。然而,随着窃听者计算能力的提高,现有加密机制的安全性能受到了冲击。此外,由于协作认知无线电网络自组织、低复杂度、资源受限等网络特点,算法复杂度高的密钥加密方式所必须的密钥分配和密钥管理在该网络中难以部署实施。不同于密钥加密方式,处于物理层的安全通信技术,可以充分利用无线信道固有的时变、随机等特性,能够从信息论的角度带来额外的安全保障,是现有安全机制的重要补充。物理层安全拥有低复杂度、低能耗、无需密钥生成分配等优势,特别适合应用于协作认知无线电网络。然而,目前已有的物理层安全方案所针对的网络环境较为单一,在网络结构复杂的协作认知无线电网络中性能较差。同时,已有的物理层安全方案对于用户合作机制未进行深入研究,在协作认知无线电网络中的可推广性和可实现性存在不足。本文针对上述内容,对协作认知无线电网络中的物理层安全问题进行了深入详细的研究,主要内容包括:1.研究了协作认知无线电网络中基于协作干扰的物理层安全问题。考虑到网络中用户的协作特性,提出使用协作干扰技术的物理层安全方案,保证了网络中初级用户和次级用户通信的可靠性和安全性,具体而言:1)使用半定规划理论,结合迫零波束成形技术,推导得出了网络中各个节点的波束成形向量和解码向量;2)使用几何规划方法,在全局功率约束条件下,优化得出了网络节点功率分配向量,获得了安全容量的最优解;3)研究了干扰源多选问题,使用联盟博弈形成理论,根据合并-分裂规则和最大帕累托比较标准,提出了干扰源多选算法,得出了稳定收敛的干扰源联盟结构。2.研究了协作认知无线电网络中的干扰源-中继节点联合选择问题。认识到已有研究对于协作节点信道状态信息瞬时已知的假设过于理想,本文考虑了仅可获知协作节点信道状态信息统计分布的情况,提出了基于最优停止理论的干扰源-中继节点联合选择方案,具体而言:1)将干扰源-中继节点联合选择问题建模为最优停止问题,综合考虑网络安全容量和时间效率,设计了停止收益函数;2)推导得出了每步观测收益函数期望值,提出了最优停止准则,给出了基于最优停止理论的选择算法,并证明了算法的收敛性质;3)证明了最优观测序列的存在性,并使用动态规划推导得出了次级用户的最优观测序列,优化了方案的性能。3.研究了协作认知无线电网络中的干扰源激励问题。已有的研究假设协作节点无偿的花费能量发送干扰信号,对于干扰源的激励问题未予考虑。考虑到协作认知无线电网络中用户的个人理性,本文提出了使用能量收集技术的干扰源激励方案。此外,不同于已有研究,本文将窃听者信道状态信息已知的假设弱化为仅可获知窃听者部分信道状态信息,具体而言:1)根据信道不确定范数约束模型,使用鲁棒优化方法,优化设计了最坏情况下网络中各个节点的发送功率协方差矩阵,提高了网络安全性能;2)定义了干扰源能量收集-协作干扰的协助模式,使用能量收集技术,达到了干扰源能量消耗的收支平衡;3)提出了基于维克里拍卖的干扰源激励算法,设计了合理的拍卖定价策略,得出了算法的最优策略均衡解,证明了算法满足用户诚实性和用户个人理性的性质,在保证初级用户安全性能的同时,有效的对次级用户进行了激励。
【学位授予单位】:北京交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN925

【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 韩小勇;肖凯宁;韩朝晖;陈小鹏;;浅议认知无线电研究的切入点[J];中国无线电;2009年07期
2 ;本期认知无线电评审专家[J];电波科学学报;2013年03期
3 ;本期认知无线电评审专家[J];电波科学学报;2013年04期
4 ;本期认知无线电评审专家[J];电波科学学报;2013年05期
5 毕志明;匡镜明;王华;;认知无线电技术的研究及发展[J];电信科学;2006年07期
6 田峰;程世伦;杨震;;无线区域网和认知无线电技术2[J];中兴通讯技术;2006年05期
7 王金龙;;认知无线电专题讲座(一) 第1讲 认知无线电[J];军事通信技术;2007年02期
8 刘栋;吴启晖;;认知无线电专题讲座(一) 第2讲 认知无线电技术在军事上的应用探讨[J];军事通信技术;2007年02期
9 梁燕芬;殷瑞祥;;认知无线电技术[J];信息安全与通信保密;2007年03期
10 李彬;郭莉;;一种新的基于认知无线电和开放无线结构的终端架构[J];移动通信;2007年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李文清;郭宗良;;认知无线电及其军事通信应用研究[A];中国通信学会第六届学术年会论文集(上)[C];2009年
2 李俊葶;陈金鹰;刘庆丰;徐广伟;;浅谈认知无线电[A];四川省通信学会2008年学术年会论文集[C];2008年
3 彭开志;杨平;王书诚;;认知无线电在通信系统中应用研究[A];2011船舶电气及通讯导航技术发展论坛论文集[C];2011年
4 李辉;苏泽友;谢伟;;认知无线电综合抗干扰电台设计构想[A];中国电子学会第十五届信息论学术年会暨第一届全国网络编码学术年会论文集(上册)[C];2008年
5 饶毓;曹志刚;;认知无线电技术的标准化进程[A];2009年全国无线电应用与管理学术会议论文集[C];2009年
6 罗凡;陈金鹰;;认知无线电在震后应急通信中的应用[A];四川省通信学会2008年学术年会论文集[C];2008年
7 周骥;;浅谈认知无线电在军事领域的应用[A];四川省通信学会2010年学术年会论文集[C];2010年
8 郝刚;甘志春;;认知无线电网络安全问题研究[A];2014第二届中国指挥控制大会论文集(下)[C];2014年
9 王斯瑶;付琳;;认知无线电技术[A];四川省通信学会2006年学术年会论文集(一)[C];2006年
10 刘庆丰;陈金鹰;李俊葶;卓有福;;基于认知无线电的高效频谱利用技术[A];四川省通信学会2008年学术年会论文集[C];2008年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 黑龙江 王宇宙 编译;认知无线电发展综述[N];电子报;2012年
2 本报记者 卢子月;认知无线电让网络不再拥挤[N];通信产业报;2011年
3 常丽君;避堵走闲,美开发认知无线电上网系统[N];科技日报;2014年
4 ;认知无线电:未来无线通信的重要发展方向[N];人民邮电;2007年
5 江苏泰州市无线电管理办公室 刘浏 窦沛沛;认知无线电整合“闲散”频谱[N];通信产业报;2009年
6 本报记者 郑焕斌;未来通讯 看我独霸[N];科技日报;2006年
7 北京邮电大学WSPN实验室 雷光;认知无线电技术[N];通信产业报;2007年
8 特约撰稿人 吴康迪;日本4G路线明晰 “催熟”新技术[N];通信产业报;2009年
9 四川 杨远清 编译;可检测空闲频带的认知无线电接收器[N];电子报;2013年
10 本报记者 卢子月;无线似水 应需而动[N];通信产业报;2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 唐星;认知无线电网络机会路由算法的研究[D];武汉大学;2012年
2 何浩;认知无线电动态频谱接入关键技术研究[D];电子科技大学;2014年
3 刘法;分布式认知无线电网络的QoS保障关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
4 王亮;谱效和能效优化的认知无线电网络资源分配技术[D];西安电子科技大学;2015年
5 郑仕链;认知无线电动态频谱接入关键技术研究[D];西安电子科技大学;2014年
6 白晓娟;干扰对齐技术在认知无线电系统中的应用[D];西安电子科技大学;2014年
7 左加阔;认知无线电中稀疏频谱检测及资源分配的研究[D];东南大学;2015年
8 陈龙;面向传输优化的认知无线电资源分配问题研究[D];中国科学技术大学;2016年
9 沈田;基于博弈论的认知无线电功率控制研究[D];武汉大学;2013年
10 杨立标;基于QoS的认知无线电Ad Hoc网络频谱管理技术研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 陈晓鸿;认知无线电射频接收机的研究与设计[D];华南理工大学;2015年
2 王娟;认知无线电系统的协作中继选择与功率分配算法研究[D];燕山大学;2015年
3 陈行之;认知无线电中感知时间的优化研究[D];昆明理工大学;2015年
4 左明智;认知无线电网络中会合算法的仿真与改进[D];广东技术师范学院;2015年
5 杨世康;分布式认知无线电频谱分配利用的研究及改进[D];昆明理工大学;2015年
6 张文召;基于粒子群算法认知无线电联合频谱检测研究[D];西南交通大学;2015年
7 杨建新;认知无线电网络抵御恶意模拟主用户攻击方法的研究[D];云南民族大学;2015年
8 郝万明;协作认知无线电网络中基于能效和谱效的资源分配技术研究[D];郑州大学;2015年
9 林正红;认知无线电中TCP跨层优化方案研究[D];西南科技大学;2015年
10 陈坚;认知无线电动态频谱分配算法研究[D];广西大学;2015年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026