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        非理想環(huán)境下基于物理層安全的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)性能探究

        2020-11-16 06:56:38姚進(jìn)

        姚進(jìn)

        摘要:隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展,特別是無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷普及正在逐漸改變?nèi)藗兊纳詈凸ぷ鞣绞?,同時(shí)也給無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全提出了更高的要求和更為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。文章構(gòu)建了在非理想環(huán)境下基于物理層安全的系統(tǒng)模型,并基于該系統(tǒng)模型初步研究了系統(tǒng)保密容量和系統(tǒng)保密中斷概率。

        關(guān)鍵詞:非理想環(huán)境;物理層;性能

        中圖分類(lèi)號(hào):TN918 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1007-9416(2020)09-0184-02

        0 引言

        隨著WIFI、Zigbee、NB-IoT、藍(lán)牙、4G、5G等各種無(wú)線(xiàn)技術(shù)的廣泛應(yīng)用和不斷普及,無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)正在不斷地改變和改善人們的生活及工作方式,與此同時(shí),也對(duì)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全提出了更高的要求和更為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)[1]。

        在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全越來(lái)越受到重視的今天,通過(guò)為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧中的每一層加入安全機(jī)制已經(jīng)成為必要的選擇,而物理層的安全機(jī)制研究一直被忽略。物理層安全機(jī)制研究有很多優(yōu)點(diǎn),從信息論的角度出發(fā),利用實(shí)際傳播環(huán)境的信道特征,在物理層解決無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全傳輸問(wèn)題。通過(guò)在物理層對(duì)信息進(jìn)行處理,可以從根本上確保信息的安全性[2]。

        在實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)通信中,由于實(shí)際信道環(huán)境的復(fù)雜性,幾乎不可能獲取理想的信道狀態(tài),因此在對(duì)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行性能研究時(shí),往往是基于非理想環(huán)境進(jìn)行分析的,非理想環(huán)境下的物理層安全機(jī)制研究大多都是根據(jù)信道狀態(tài)信息CSI(Channel State Information)進(jìn)行分析的[3-4]。

        本文章主要對(duì)非理想環(huán)境下基于物理層安全的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了初步性能分析,本文章的主要貢獻(xiàn)如下:

        (1)文章構(gòu)建了在非理想環(huán)境下基于物理層安全的系統(tǒng)模型。

        (2)文章初步研究了系統(tǒng)保密容量和系統(tǒng)保密中斷概率。

        1 系統(tǒng)模型

        如圖1所示為無(wú)線(xiàn)能量傳輸模型圖,如圖2所示為信息傳輸模型圖。包括信源S,新宿D(zhuǎn),一個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)R,一個(gè)竊聽(tīng)者E,其中,竊聽(tīng)者E嘗試對(duì)信源發(fā)送和中繼節(jié)點(diǎn)R轉(zhuǎn)發(fā)的信息進(jìn)行竊聽(tīng)。所有的鏈路經(jīng)歷了獨(dú)立相同的瑞利衰落。假定每個(gè)終端有一根天線(xiàn),采用半雙工模式。

        如圖3所示,無(wú)線(xiàn)能量及信息傳輸主要分為以下3個(gè)階段:

        (1)信宿D(zhuǎn)通過(guò)無(wú)線(xiàn)信號(hào)給信源S和中繼R傳遞能量。

        (2)信源S傳遞信息到中繼節(jié)點(diǎn)R和信宿D(zhuǎn)。

        (3)中繼節(jié)點(diǎn)R傳輸信息到信宿D(zhuǎn)。中繼節(jié)點(diǎn)R采用信源-中繼鏈路接收信號(hào)的瞬時(shí)信噪比SNR,該信噪比是衡量中繼傳輸可靠性的一個(gè)指標(biāo),當(dāng)信噪比SNR大于預(yù)先設(shè)定的門(mén)限值,在中繼節(jié)點(diǎn)R處發(fā)生錯(cuò)誤的概率小。因此,中繼節(jié)點(diǎn)R將在解碼后轉(zhuǎn)發(fā)信息,否則,中繼節(jié)點(diǎn)R保持靜默。

        如果R轉(zhuǎn)發(fā)信息,在D,E兩處都會(huì)出現(xiàn)發(fā)射信號(hào)的兩個(gè)復(fù)制信息??梢圆捎眠x擇性合并去處理兩個(gè)接收的復(fù)制信號(hào)。

        2 性能分析

        3 結(jié)語(yǔ)

        隨著各種無(wú)線(xiàn)技術(shù)的廣泛應(yīng)用,對(duì)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全提出了更高的要求和挑戰(zhàn)。物理層安全問(wèn)題的研究是無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全性能研究的必然趨勢(shì),是進(jìn)一步提高無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全性的有效途徑。本文構(gòu)建了非理想環(huán)境下基于物理層安全的系統(tǒng)模型,并基于該系統(tǒng)模型對(duì)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行了初步分析。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 丁青鋒,劉夢(mèng)霞,連義翀.基于非理想CSI的全雙工雙向中繼系統(tǒng)保密中斷概率性能研究[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究,2019(9):1-4.

        [2] 丁威.基于協(xié)作干擾的物理層安全技術(shù)研究[D].西安:西安電子科技大學(xué),2016.

        [3] 王磊,管新榮,林志,等.無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)物理層安全技術(shù)研究現(xiàn)狀與展望[J].軍事通信技術(shù),2015,36(3):54-60.

        [4] 唐杰,潘緋,廖潤(rùn)發(fā),等.多天線(xiàn)通信系統(tǒng)物理層安全可靠傳輸技術(shù)研究進(jìn)展[J].信息安全與技術(shù),2014,5(5):27-30.

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