異構密集無線網路的安全容量研究

《異構密集無線網路的安全容量研究》是依託北京郵電大學，由徐瑨擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：異構密集無線網路的安全容量研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：徐瑨
• 依託單位：北京郵電大學

項目摘要

隨著用戶業務量的快速增長，融合蜂窩與熱點的無線異構密集部署將成為下一代移動通信網的重要特徵，並將導致嚴重的用戶間的干擾問題。從資訊理論角度出發，干擾信號可被非法用戶利用造成信息泄露，從而引發安全問題。本項目擬從物理層安全形度切入，研究異構密集網路的安全建模及其安全傳輸技術。針對異構密集網路的安全建模，擬基於隨機幾何理論，建立表征基站多樣性、合法用戶和竊聽用戶隨機性、同層/跨層干擾等特性的安全容量模型，並推導安全連線機率和安全容量；利用隨機矩陣理論研究全協作物理層安全技術，進一步擴大網路的安全覆蓋範圍、提升可達安全速率。上述研究成果將為異構密集網路的安全部署提供理論指導，為下一代可信移動通信的設計和標準制定提供理論基礎和技術支撐。

結題摘要

本項目針對異構密集無線網路的安全問題，從資訊理論的角度出發，研究網路安全容量建模和物理層安全傳輸技術，通過對基站多樣性、用戶隨機性、干擾複雜性、信道衰落性的刻畫，分析並推導安全性能的理論表達式，並在此基礎上利用多小區、多用戶、多天線之間的全協作技術，研究空時頻等多維資源聯合最佳化的增強物理層安全傳輸技術，為未來異構網路的安全部署提供理論指導和參考依據。研究內容包括：1）異構密集網路的安全建模及容量分析；2）異構密集網路的物理層安全傳輸技術；3）物理層安全傳輸技術的資源管理方案。 針對上述研究內容，本項目推導了非均勻異構網路的安全覆蓋和安全速率性能，給出協作干擾場景中多輸入單輸出單竊聽多協作模型下的系統可達保密容量表達式；針對中繼隨機部署的異構網路，給出提升安全傳輸能力的中繼選擇方案，並設計了一種不可信中繼安全協能傳輸的功率與時隙分割傳輸方案；針對協作傳輸場景，研究了基於最大安全速率與最佳功率分配的安全傳輸技術，並提出一種支持安全移動的小區切換策略，給出最佳化的跨層基站選擇方案；進一步結合5G物理層關鍵技術，分析合法用戶共享密鑰的竊聽信道下可達安全容量的極化編碼方案，研究了全雙工主動竊聽場景的人工噪聲與有用信號功率分配策略。 基於上述創新成果，項目組在IEEE Wireless Communications and Mobile Computing、IEEE Transactions on Communications, IEEE Transaction on Information Forensics Security和IEEE Access等國內外高水平學術期刊上發表SCI檢索論文4篇，在IEEE Globecom、IEEE PIMRC、IEEE CIC/ICCC和IEEE APCC等重要國際學術會議上發表EI檢索論文5篇，此外，項目組基於創新成果，已申請發明專利2項，出版專著1本。 在本項目的支持下，項目負責人及項目組多位成員成功申請國家留學基金委資助的青年教師出國研修項目和博士生聯合培養計畫。項目組共開展國際學術交流與訪問13次，其中舉辦國際學術會議2次。 綜上所述，本項目已按照預定計畫開展，並實現了研究目標，取得了一系列創新成果，通過廣泛的國際學術交流提升了影響力，培養了一批高水平人才。