协作认知无线电网络中物理层安全问题研究

With the radio spectrum resources increasingly scarce, Cooperative Cognitive Radio Networks (CCRNs) have caused the interests of a growing number of researchers and the security problem is gradually critical. Physical layer security, which is employed by the physical layer technology to enhance the underlying security of wireless communication networks, has been proposed in recent years. Many researchers study and adopt the impacts of these physical layer technologies on the information security capacity, so that it is possible to transfer information confidentially without high-level encryption. To achieve the above purposes in CCRNs, we suggest a delicate analysis and a particular design of the active defense (based on cooperative jamming) and the passive defense (based on frequency hopping) schemes. Our proposed research is summarized by the following four thrusts: 1.Study the collaborative jamming technology and design an effective jammer selection scheme; 2. Analyze the jammer’s selfishness and design a jammer incentive mechanism to achieve the collaborative jamming; 3.Analyze the global power optimization scheme based on the collaborative jamming technology mentioned before; 4. Propose a feasible frequency hopping scheme to protect the legislated users from eavesdropping.

随着无线电频谱资源的日益紧缺，研究者们对合作认知网的研究日渐深入，其安全问题逐渐受到关注。近年来，研究者们提出了物理层安全技术，旨在将无线通信物理层技术用于加强网络底层安全，研究物理层技术对信息安全容量的影响，实现无高层加密时的信息安全传输。为了在合作认知网中实现上述目标，本项目组认为有必要对主动防御（基于协同干扰技术）和被动防御（基于跳频技术）两种物理层安全方案进行深入的分析和细致的设计。我们研究的主要内容包括：1.设计行之有效的协作者选择方案，选择适当的协作者进行协同干扰；2.针对协作者的自私性，设计激励机制，以激励协作者完成协同干扰任务；3.在确定协作者之后，设计基于协同干扰技术的全局功率优化方案，最终获得较高的安全容量；4.设计切实可行的跳频防御窃听方案，达到躲避窃听者的目的。

随着无线电频谱资源的日益紧缺，研究者们对合作认知网的研究日渐深入，其安全问题逐渐受到关注。物理层安全技术旨在将无线通信物理层技术用于加强网络底层安全。研究物理层技术对信息安全容量的影响，实现无高层加密时的信息安全传输。课题组针对基于协同干扰技术的物理层安全方案进行深入的分析和细致的设计，分别对协作网络、非正交多址窃听、能量收集使能等多种场景探讨系统安全性能。具体工作包括：.（1）协作网络中物理层安全策略：针对协作认知无线电网络自组织、低复杂度、资源受限等网络特点，充分利用无线信道固有的时变、随机等特性，从信息论的角度带来额外的安全保障，是现有安全机制的重要补充。.（2）非正交多址窃听信道安全性能研究：结合5G的关键技术之一非正交多址技术，着重探讨不同场景下上行数据传输中的安全速率域、安全自由度以及安全编码方案。.（3）能量收集认知无线电网络中资源管理：如何在可用能量动态变化且无法提前准确预知的情况下，合理的优化能量收集时间、信道感知时间，以及传输功率等多个资源参数，是课题组在能量收集使能场景的安全传输中的主要解决的问题之一。.（4）非时隙能量收集资源分配策略：针对时隙同步在实际场景中难以实施的问题，探讨了非时隙能量收集认知无线电网络的资源分配策略，旨在同时解决无线设备的频谱分配和能量供应问题。.（5）能量收集使能的安全传输策略：针对协作认知无线电网络中的能量受限用户，结合能量收集技术，探讨了利用能量收集技术来实现次级用户的自我供能，研究了基于能量收集技术的协作认知无线电网络中无直连链路主用户的安全可靠传输问题。