放大转发中继网络中绿色的物理层安全通信技术

王 东 李永成 白 铂 王满喜



放大转发中继网络中绿色的物理层安全通信技术

王 东①②③李永成①白 铂*②王满喜①

①(电子信息系统复杂电磁环境效应国家重点实验室 洛阳 471003)②(清华大学电子工程系 北京 100084)③(新星技术研究所 合肥 230031)

该文基于物理层安全理论，针对能量受限的无线中继网络提出一种绿色的保密通信方案。该方案在节点功率约束和系统最小目标保密速率要求下，通过最优功率控制实现系统的安全能效最大化，并基于分式规划、对偶分解和DC(Difference of Convex functions)规划理论提出了一种迭代的功率分配算法。通过仿真比较，能效优化可以显著提升系统的安全能效，然而相对于保密速率最大化会有一定保密速率损失，这是由于能效和保密之间存在固有的折中。但是，能效优化的保密速率仍然大于发送总功率最小化的保密速率。

信息安全；能量效率；物理层安全；功率分配；放大转发中继

1 引言

为了满足各种不同的应用业务和通信需求，移动互联网必须支持平滑的IP接入和完整的互连互通，以适应各种异构网络相互融合的发展趋势。网络的高度融合发展，必然带来严峻的信息安全问题。目前的信息安全技术主要分为传统的加密技术和物理层安全技术。传统的加密技术以密码学为基础，对密钥的管理和分发要求极高。然而，在一些分布式无线网络中，譬如移动Ad hoc网络，中心节点的缺乏和网络拓扑的动态变化，使得密钥的管理和分发非常困难[1]。物理层安全利用无线信道固有的随机性和信道之间的衰落差异实现保密通信，故不存在密钥管理问题。……