保密系統(tǒng)中基于統(tǒng)計時延QoS保證的跨層資源分配策略研究.pdf

1、由于無線通信信道的廣播特性，其信息傳輸?shù)陌踩詥栴}一直備受關(guān)注。作為傳統(tǒng)加密手段的補(bǔ)充，從信息論角度研究的物理層安全通信將著重點(diǎn)放在泄露的根源上，并且依靠物理層的固有屬性來確保信息的安全傳輸。此方法不依賴于未來計算機(jī)能力的發(fā)展，具有更高的可靠性。
　　實時多媒體業(yè)務(wù)將是下一代無線通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用重點(diǎn)，這類業(yè)務(wù)對時延等服務(wù)質(zhì)量（Quality-of-Service，QoS）方面有較高的要求。不僅如此，安全性也是其應(yīng)該重點(diǎn)考慮的方面。但

2、是，從信息論角度研究的物理層安全模型并不適用于分析此類對時延敏感的多媒體業(yè)務(wù)。因此，探討適合于分析無線保密系統(tǒng)滿足時延QoS要求的跨層模型是本文的首要目標(biāo)。除此之外，為解決有限的無線資源與當(dāng)前日益增長的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)需求之間的矛盾，論文研究實現(xiàn)業(yè)務(wù)高質(zhì)量服務(wù)的同時又能高效利用無線資源的資源分配策略。
　　論文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　(1)根據(jù)有效容量理論，創(chuàng)新性地提出適用于無線保密系統(tǒng)的安全有效容量概念，并根據(jù)安全有效容量理

3、論構(gòu)建了跨層模型。利用此跨層模型，以凸優(yōu)化理論為數(shù)學(xué)工具，可以有效解決無線保密系統(tǒng)中基于統(tǒng)計時延QoS保證的資源分配問題。
　　(2)對由一個發(fā)射端、一個合法接收端和一個竊聽端組成的三終端無線竊聽系統(tǒng)，論文以安全有效容量跨層模型為依據(jù)，提出滿足系統(tǒng)安全性及統(tǒng)計時延要求的資源分配方案，研究最大化安全有效容量和最小化平均發(fā)射功率兩種不同的優(yōu)化問題。求解時，利用拉格朗日對偶方法，通過對偶問題來得到原優(yōu)化問題的最優(yōu)解。除此之外，論文還提出

4、一種適用于不知曉信道CDF情況下的隨機(jī)優(yōu)化功率分配方案。
　　(3)作為安全有效容量的進(jìn)一步應(yīng)用，考慮實際系統(tǒng)中應(yīng)用更為廣泛的多用戶保密系統(tǒng)，提出一種兼顧系統(tǒng)安全性、統(tǒng)計時延QoS保證、用戶公平性及能源高效利用的資源分配策略。首先，構(gòu)建以各用戶平均發(fā)射功率的效用函數(shù)為目標(biāo)函數(shù)，安全有效容量為限制條件的優(yōu)化問題。求解過程中，以拉格朗日對偶及對偶分解理論為依據(jù)，通過KKT條件推導(dǎo)出最優(yōu)的時隙及功率聯(lián)合分配策略，并利用子梯度迭代算法進(jìn)行