基于放大转发和协作拥塞的窄带物联网物理层安全容量研究*

余昌盛,俞 立,洪 榛,陆 群(.浙江工业大学信息工程学院,杭州 3004;2.诺基亚通信系统技术有限公司,杭州 30052;3.浙江理工大学机械与自动控制学院,杭州 3008)



基于放大转发和协作拥塞的窄带物联网物理层安全容量研究*

余昌盛1,2,俞 立1,洪 榛3*,陆 群1
(1.浙江工业大学信息工程学院,杭州 310014;2.诺基亚通信系统技术有限公司,杭州 310052;3.浙江理工大学机械与自动控制学院,杭州 310018)

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。

窄带物联网;物理层安全;安全容量;放大转发;协作拥塞;放大协作拥塞

窄带物联网NB-IoT是IoT领域一种新兴的技术,也被叫作低功耗广域网(LPWA)。其构建于蜂窝网络,上下行各180 kHz频段,直接部署于2 G或4 G网络,以降低部署成本和实现平滑升级。……