多用户协同通信网络中物理层安全传输研究

The multi-users cooperative communication is one of the key techniques for the improvement of wireless communication. However, due to enormous number of external eavesdroppers as well as untrusted relays, the security issue is becoming a serious challenge in multi-users cooperative communication. With a continual development, physical layer security has provided some novel solutions for the security issue in multi-users cooperative communication. Aiming at protecting the secure transmission is multi-users cooperative communication, our research designs scheme with two approaches. On one hand, the security is approached with signal processing, i.e., the signals from multi-users have been aligned with each other at the relay. On another hand, the security is approached with physical layer network coding, i.e., the nested lattice code will be applied to form coding chain at the relay. Finally, the proposed physical layer security schemes will be implemented in software defined radio platform to test their performance. This research will provide solid theoretical value as well as practical significance for the security issue in multi-users cooperative communication.

多用户协同通信是无线网络性能提升的关键技术之一，对无线网络性能的进一步优化具有重要的作用。然而，由于无线传输媒介中存在的额外窃听者和协同通信网络中存在的非可信中继，多用户协同通信网络的安全问题面临着严峻的挑战。近年来，物理层安全研究的不断深入则为多用户协同通信网络的安全保护提供了新的思路。本项目旨在研究多用户协同通信网络中基于物理层安全的信息传输问题。为了实现多用户安全传输的目的，从两个途径进行方案设计：一方面通过信号处理途径，即利用多用户联合预编码在中继处进行多向信号对齐以形成不可被独立恢复的和信号；另一方面通过物理层网络编码途径，即利用嵌套格物理层网络编码完成中继编码链的形成。最后，为了对提出方案进行可行性分析和性能评测，同时加强提出方案的实用性，本项目将利用软件无线电平台对所研究方案提供硬件实现。本项目的研究将为多用户协同通信网络的安全保护提供重要的理论意义和实用价值。

多用户协同通信是无线网络性能提升的关键技术之一，对无线网络性能的进一步优化具有重要的作用。但是由于协同通信网络通常面临无线信道易窃取、异构架构密钥分发困难及网络终端功率受限等问题，导致传统基于上层密码算法的安全方案无法直接采纳使用。而近年来，物理层安全研究的不断深入则为多用户协同通信网络的安全保护提供了新的思路。本项目针对多用户无线协同通信网络终端功率受限，网络拓扑结构易变，密钥协商困难等问题，提出了基于多用户联合预编码的轻量级安全数据交换方案安全，提出方案能够降低原始数据交换协议的时间开销，同时有效的防止窃听信道的瞬时攻击和持续攻击。。针对基于协同通信架构的智能家居网络，提出了新的智能家居安全群组数据交换协议，从时隙开销、抗窃听性和安全信道容量等三个方面提升了协议的高效性及安全性。针对物理层安全硬件实现困难的瓶颈问题，搭建了由GNU Radio和USRP设备构成的软件无线电仿真平台。.上述研究成果共计发表论文8篇，其实SCI检索4篇；授权国家技术发明专利2项；专利转化1项，许可金额3万元；搭建基于软件无线电平台的物理层安全实验平台一套；培养博士毕业生2名，在读硕士研究生6名。通过上述成果的产出，圆满完成了预期目标。