用户行为导向的能量收集D2D通信物理层安全机制研究

In energy harvesting device to device (D2D) communications, physical layer security serves as the first safety barrier for the sensitive data. The proposed physical layer security algorithms set up secure links for the sensitive data by abstracting the energy harvesting device as a node, exploring the battery energy and physical channel and considering the fading and the time varying characteristics of wireless channels. However, the proposed physical layer security algorithms are imperfect, and even cannot reveal the real security situation of sensitive data transmission in energy harvesting D2D networks, since they neglect the influence of user behavior on security links setup. Aiming to cover the shortages of the proposed physical layer security algorithms, this project will focus on the research of user behaviors oriented security mechanisms and algorithms in energy harvesting D2D networks. First, the user behaviors patterns will be mined, and the user behaviors characteristics will be extracted and mathematically modeled. Then, the influence of the interaction among user behaviors characteristics, battery energy and physical channel on the security links setup will be researched. Finally, under the orientation of user behavior characteristics, the security mechanisms and algorithms will be formulated based on battery energy and physical channel.

在能量收集直通通信（device to device, D2D）中，物理层安全技术着眼于物理层，为能量收集终端的数据业务搭建了第一道安全屏障。传统的物理层安全算法把能量收集终端抽象成一个节点，利用电池能量和物理信道, 结合无线信道衰落、时变特征，来建立数据安全传输链路。然而，能量收集终端都是由用户携带，把能量收集终端抽象成一个节点，忽略用户行为对安全链路建立的影响，并不能真实反映实际能量收集D2D网络中，数据安全传输的情形, 因此传统的物理层安全算法具有一定的局限性。针对当前能量收集D2D网络物理层安全机制的不足，本项目在提取用户行为特征的基础上，对能量收集D2D网络安全机制和算法展开如下研究：首先，提取用户行为特征，并对行为特征建模；其次，研究用户行为特征、电池能量、物理信道之间的相互作用对建立安全链路的影响；最后，在用户行为特征导向下，基于电池能量、物理信道构建安全传输机制和算法模型。

直通通信（device to device,D2D）网络中，海量异构设备连接、泛在智能与通信计算能力的边缘化，D2D网络数据共享面临着关键信息易泄露、分布式攻击难防御的困难。传统集中式的网络安全管理模式已经不能抵抗D2D网络潜在的泛在攻击与安全隐患。区块链技术正在引领全球新一轮技术变革和产业变革，成为技术创新和模式创新的“策源地”。对融合区块链的D2D网络数据可信共享研究利用区块链的分布式账本技术、去中心、防篡改和多方共识特点，可以实现分布式数据共享及服务的公开透明、真实可信、安全可靠。本项目基于区块链技术研究D2D网络数据可信共享的基础理论和关键技术。主要研究内容包括：（1）构建融合区块链的D2D网络资源可信共享管控架构，明确区块链部署方案，为D2D网络资源可信共享提供基础支撑；（2）设计智能合约驱动的资源共享模型，采用博弈论方法激励终端用户参与资源共享，提高D2D网络资源共享效率；（3）设计面向大规模泛在终端的高效共识机制，提升D2D网络数据可信共享的区块链运行效率。本项目在工业物联网、5G/6G无线通信网络场景下，对基于区块链管理的网络资源（如数据资源、能量资源等）可信共享关键问题展开了研究，并取得了一系列研究成果。相关成果已发表在《IEEE Networks》、《IEEE Transaction on Vehicular Technology》、《IEEE Wireless Communications》等国际期刊， 其中高被引期刊论文一篇。 本项目的成果将为6G无线网络资源可信共享管控的理论创新与技术应用奠定基础，并对推动融合区块链的6G移动通信系统的研发具有重大意义。