《保障中繼網路安全性的低複雜度協作傳輸技術研究》是依託西安交通大學，由孫黎擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：保障中繼網路安全性的低複雜度協作傳輸技術研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：孫黎
- 依託單位：西安交通大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
協作中繼是未來無線網路的關鍵技術之一，對最佳化網路性能具有重要作用。傳統的物理層協作中繼方案主要著眼於如何提升鏈路可靠性與傳輸速率。然而，由於無線信道的開放性，中繼網路在安全方面還面臨嚴峻挑戰。因此，將網路安全性融入協作協定的設計，研究兼顧有效性、可靠性與安全性的協作傳輸技術具有重要意義。本課題擬基於物理層安全的視角對無線中繼網路進行深入分析，針對竊聽者為外部節點和內部節點等兩種場景設計保障安全性的低複雜度傳輸方案。具體的研究內容包括：（1）有效對抗竊聽的節點協作策略；（2）增強鏈路安全性的中繼選擇策略；（3）安全性約束下的資源分配策略。在完成上述策略設計的基礎上，將從資訊理論的角度對系統性能進行分析和評估，並討論關鍵系統參數與系統性能的關係。本項目的研究有助於揭示安全性限制對無線中繼網路物理層性能的影響，將為協作中繼技術的廣泛套用提供重要的理論基礎與有益的參考方案。
結題摘要
協作中繼是下一代無線網路的關鍵技術之一，保障中繼通信的安全性不僅是維持網路正常運轉的前提，也是保障用戶體驗質量的基礎。傳統的安全技術多依賴於協定棧上層的加密技術，難於適應未來網路所具有的傳播環境開放化和隨機化、網路結構層級化和複雜化、安全需求的精細化和多樣化的特徵。與之相對，物理層安全技術能夠更加有效地利用無線信道的特性，實現靈活、精細及多樣化的安全配置。本項目基於物理層的視角對無線中繼網路進行深入分析，將網路安全性融入協作協定的設計，研究兼顧有效性、可靠性與安全性的低複雜度協作傳輸技術。項目的研究內容主要包含兩個方面：（1）針對竊聽者為外部節點的場景設計物理層抗竊聽和資源分配方案；（2）針對竊聽者為內部節點的場景設計增強鏈路安全性的智慧型協作方案。針對竊聽者為外部節點的場景，所完成的主要研究成果包括：a. 提出了一種增強V2V通信安全性的中繼協定，基於機會中繼和疊加編碼技術有效實現了安全通信；推導了系統私密中斷機率的上、下界的閉式表達式，分析了系統的分集階數。b. 提出了一種面向車載網路的分散式“源-中繼”選擇策略，該策略能夠有效提升車載通信系統的抗竊聽能力；推導了系統私密中斷機率和信息截獲機率的閉式表達式，分析了系統可達的分集階數。c. 提出了一種基於噴泉碼的物理層安全傳輸方案，在統計意義下實現了合法用戶先於竊聽者累積到足夠多的數據包的目標；利用該策略，合法用戶的傳輸速率得以顯著提升，而系統的信息截獲機率可以忽略不計。針對竊聽者為內部節點的場景，所完成的主要研究成果包括：a. 針對具有不可信中繼的雙跳放大轉發系統，將協作中繼和人工干擾的思想相結合，提出了一種最大化私密速率的中繼選擇策略，推導了各態歷經私密速率下界的閉式表達式，分析了中繼節點數量增加時各態歷經私密速率的漸近結果，揭示了不可信中繼對系統安全性能的影響。b. 提出了一種雙向中繼系統中基於星座旋轉和人工噪聲注入的安全傳輸方法，有效增加了不可信中繼竊聽信息的難度，保障了信息的安全傳輸。c. 面向協作式D2D通信提出了一種基於信號對齊的安全性增強方案，使得任一用戶在解碼目標用戶信號時均不受干擾影響，保障了傳輸的可靠性；另一方面，在解碼非目標用戶信號時均存在誤碼平台，保障了傳輸的私密性。本項目的研究成果對於增強協作通信系統的傳輸安全性具有重要的指導意義，並將為物理層安全技術的實際套用提供理論理論依據和技術參考。
