不可靠中继解码转发的无线物理层安全性能研究

利用中继节点的协作以实现无线物理层安全.由于中继可能存在不可靠行为,将不可靠中继引入中继信道模型,建立了不可靠中继信道模型,从更接近实际的角度,研究在非理想解码转发情形下,中继在合作、自私和恶意攻击3种行为下,信道条件、中继位置、中继转发功率对安全性能的影响,及达到最大安全性能的条件.     

解码转发下中继不同行为对系统性能的影响

基于3节点协作通信模型,考虑在实际环境非完全正确解码转发情形下,中继协作转发对系统性能的影响.在此基础上,研究了中继的自私行为、恶意发送噪声行为对系统性能的影响.结果表明非正确解码转发的协作对系统性能有较大提升,甚至在中继自私的情形下也有助于系统性能.中继的恶意发送噪声行为在传统的最大比合并下会随着中继功率的增大而降低系统性能,而采用等效信噪比合并方法可以避免恶意行为对系统性能的影响.     

协作中继传输网络中基于无线供电的能量交易方法

为了让协作中继传输网络中的中继节点能够获得能量自愿协作转发源节点的信息,提高信息的传输效率,提出一种基于无线供电的能量交易方法.所提方法中包含一个源节点和目的节点以及一个中继节点和多个能源供应点(Energy Supply Points,ESP).当源节点到目的节点链路的信道质量较差时,需要中继节点帮助转发源节点的信息到目的节点.但是中继节点往往是自私的,不愿意牺牲自己的能量帮助转发别人的信息.为了使得中继节点愿意帮助转发源节点的信息,目的节点支付给周围ESP一定的报酬,以换取其通过无线供电的方式给中继节点提供能量,使得中继节点能够利用接收到的能量帮助转发源节点的信息.通过利用斯塔克尔伯格模型,研究如何对所提方法中目的节点支付给ESP的报酬和ESP提供给中继节点的能量进行优化,最大化目的节点和ESP双方的效用.仿真结果表明,本文所提的能量交易方法能够让目的节点和ESP的效用同时达到最优值,有效提高信息的传输效率.     

中继行为的物理层安全博弈模型研究

无线网络中通过中继节点的协作可以提高网络中数据传输的物理层安全性.然而,中继节点的不可靠中继节点使物理层安全具有不确定性,基于不完全信息动态博弈,分析源节点与中继节点的博弈关系,建立不可靠中继节点行为博弈模型.根据中继节点当前行为与历史行为,并考虑误报与漏报,预测中继节点行为策略.提出基于信念的物理层安全传输机制,以保障源节点选择可靠中继节点.仿真结果表明,该机制能有效抑制中继节点的异常行为,从而保障物理层安全性.     

认知无线电网络自私行为问题及安全解决方案

针对认知无线电网络中出现的两种自私行为问题,结合分簇式认知无线电网络体系结构,提出两种相应的安全解决方案. 对路由发现阶段,由信道协商过程产生的隐藏可用信道信息的自私行为,首先通过可信簇头发现自私节点,然后由簇头向目的节点发送转发节点的可用数据信道信息来避免自私行为. 对拒绝转发数据包的自私行为,通过节点监视机制确定自私节点,从而避免在路由过程中将自私节点作为转发节点. 为了便于检验两种安全解决方案的有效性和可行性,设计了一种分布式认知无线电网络按需路由协议. 理论分析和仿真实验表明,这两种自私行为问题可严重降低网络通信性能,相应的安全解决方案是有效和可行的,可分别显著提高合作节点的平均吞吐量和网络吞吐率.     

无线自组织网络高准确度自私节点检测机制

针对现有自私节点检测机制无法对自私节点和失效节点进行准确区分,且自私节点误检率高的缺点,提出了一种高精确度自私节点检测机制(ASD).该机制基于无线设备接收数据需要满足一定信噪比要求以及自组织网络中节点分布密集的特点,选择具有更高信噪比的临近节点作为检测代理对转发节点进行检测,在提高检测精度的同时对网络中的失效节点和2种不同类型的自私节点进行准确区分.在ASD机制下,当节点发送自身数据而不转发临近节点的数据时,该节点被判断为自私节点,从而可实现自私节点与失效节点的区分;当节点对临近节点数据拒绝转发而仍然对临近节点进行确认应答(ACK)响应时,该节点被判断为拒绝转发节点,进而可实现拒绝转发自私节点与拒绝ACK响应自私节点的区分.仿真结果表明,ASD机制在任意拓扑结构下的自私节点误检率降低了31%,平均检测精度提高了12%.     

协作网络中基于可信与不可信中继节点的物理层安全性能优化（英文）

为了获得最优物理层安全性能,在无线协作网络中提出了新的功率分配算法.提出了存在外部窃听节点时,可信中继节点采用放大转发和解码转发两种协作机制下的最优功率分配算法.此外,还提出了不可信中继节点采用转发放大协作机制下的最优功率分配算法,仿真结果表明在总功率一定时,对于可信中继与不可信中继的两种情况,所提出的新算法相较于传统的均等功率分配算法都获得了更高的安全容量.     

基于复合中继的车载自组织网络数据传输算法

在车载自组织网络中,传输安全类相关的数据时,要求满足低时延和高可靠性,针对高速公路场景中危险警告消息数据的传输,提出一种基于邻居信息的多候选复合中继安全数据传输算法.车辆节点之间通过相互交换Hello Message构建2跳邻居表,在选择下一跳转发节点时利用2跳邻居节点信息得到一个复合参数,该复合参数综合考虑了车辆速度、位置和行驶方向3个因素.根据得到的复合参数值确定转发优先顺序,最高优先级车辆节点被确定为最佳中继转发节点,次优先级车辆节点作为备选中继转发节点.在最佳转发节点发送消息失败时,由备选转发节点继续完成消息转发任务,从而提高数据传输成功率.理论分析和仿真结果表明,提出的算法在实时性和可靠性方面有明显提升.     

功率分裂的无线信息与能量同传中继方案的优化

研究了无线信息与能量同时传输两跳协作中继系统中的传输方案优化问题.方案中,第1跳中继节点对接收到的源节点发送的信号进行功率分裂,一部分信号用于信息的译码;另一部分转换成能量用于第2跳的信息转发.中继采用译码转发协议,与常规方案不同,所提方案两跳采用不等时长方式,在传输总信息量一定的情况下,以两跳总传输时间最小化为目标,对功率分裂因子进行优化求解.由于无法直接完全通过解析求解获得优化结果,故采用部分解析求解和遍历搜索求解相结合的方法求解优化问题.仿真结果表明,在无线信息与能量同时传输中继模型下,所提方案的传输速率和系统吞吐量明显优于传统的两跳等时长的译码转发和放大转发方案.     

Ad Hoc网络中一种基于价格策略的协作转发方案

在商用 Ad Hoc 网络中,对中继而言,为其他用户转发数据会速写 为额外的能量损耗,同时也会使用户自身的数据传输产生延迟,因此,网络中便会出现一些"自私节点",不愿意为其它用户转发数据,在一定程度上影响了网络的正常运行.根据微观经济学中的博弈理论,给出一种基于价格的协作转发方案.综合考虑网络收益和用户效用.由源节点决定补偿价格,并对中继进行价格补偿,来激励其转发数据.仿真结果表明,价格机制不仅可以激励转发,增加网络收益,而且改善了用户效用,特别是中继的效用.     

基于连续精细化分层广播编码的接收机协作策略及性能分析

在广播系统中用户间协作能有效改善系统的期望失真性能,但是在传统的协作方式(放大转发,解码转发)中,由于中继转发了对目标节点无用的信息,会造成系统额外的转发功率开销.针对此问题,提出基于连续精细化分层广播编码的接收机协作策略,利用连续精细化分层广播编码的结构特点,中继可以选择目的节点所需要的信息进行转发,在达到与解码转发协作方式相同的系统期望失真性能的同时,降低了中继节点的转发功率.     

能量均衡的间断连接无线网络数据转发策略

针对间断连接无线网络中节点负载不均衡和能量资源受限的问题,提出了一种能量有效的数据转发策略.该策略根据网络运行的历史相遇信息,充分考虑网络特性,以分布式方式估计节点的活跃度、剩余能量和数据转发率,准确地估计节点效用值,感知网络节点的服务能力,以帕累托最优作为自适应选择最佳下一跳中继节点的理论依据,执行数据转发操作,有效地解决了由于节点自私性所导致的网络性能下降.数值结果表明,与其他能量管理机制相比,所提出的机制能够均衡网络节点负载,有效解决网络"热点"问题,延长网络生存时间,使投递率、时延等系统性能都得到大幅度提升.     

机会网络中基于博弈论的可信路由模型

针对机会网络中的自私节点会威胁路由安全并影响机会路由的传输性能问题,提出一种基于博弈论的可信路由模型.在定价-竞价交易模式下,源节点根据消息的重要程度定价,中间节点依据自身转发能力竞价获得转发机会,使用博弈理论分析节点不同决策行为下的博弈收益.仿真实验结果和博弈分析表明:可信路由模型通过区别节点价值有效规避了自私节点,增强了路由的安全性和可靠性,并在传输成功率、传输时延和路由开销等方面表现出较好的性能.     

容迟网络中基于信任蚁群的自组织路由算法

由于移动节点间的相遇机会的不确定性,容迟网络采用机会转发机制完成分组的转发.这一机制要求节点以自愿合作的方式来完成消息转发.然而,在现实中,绝大多数的节点表现出自私行为.针对节点的自私行为,提出了基于信任蚁群的自组织路由算法TrACO（Trust Ant Clone Optimization）.该算法利用蚁群算法基于群空间的搜索能力和快速的自适应学习特性,能够适应容迟网络动态复杂多变的网络环境.最后对TrACO进行性能仿真分析,仿真结果表明TrACO能够在较低的消息冗余度和丢弃数下获得较高的分组转发率和较低的消息传输时延,表现出较强的挫败节点自私行为的能力.     

基于联盟形成博弈的异构机会网络路由算法

异构机会网络中节点组之间存在自私性,节点只会帮助组内的节点转发消息,而不转发组间的节点消息?如何实现节点组间消息的转发成为亟待解决的问题?针对该问题,提出了一种基于联盟形成博弈的机会网络路由(base on coalitional game routing,BCGR)算法?BCGR算法充分考虑了节点间的接触特性?联盟形成博弈的优超特性以及联盟的合成与切分操作,算法由轮询阶段和稳定阶段组成?通过仿真实验验证了BCGR算法的合理性与有效性,仿真结果表明,BCGR算法不但实现了异构机会网络中节点组间消息的转发,而且从整体上提高了网络性能,有效地降低了网络开销,提高了交付率?     

Ad Hoc网络基于信誉机制的自私节点检测

针对移动Ad Hoc网络中,自私节点会影响网络性能,甚至导致网络瘫痪等问题,提出新的用于Ad Hoc网络检测自私节点的信誉机制。该机制采用一种新的直接监测技术评估网络中节点的信誉,允许为其他节点转发数据或路由控制信息而消耗自身能量的节点进行网络通信,而行为自私的节点会被监测或隔离。仿真结果表明,利用该机制能较为准确检测到自私节点,提高网络吞吐量。     

一种DTN路由算法

针对DTN长延时、高动态拓扑、节点分布稀疏、频繁断路等网络特性,提出一种基于存储-携带-转发机制的DTN路由算法.该算法的源节点不以建立到目的节点的路由为发送数据的前提,而是在通信范围内选择与目的节点之间传输概率最大的节点,作为数据中继节点,中继节点存储数据,遇到目的节点或更优中继节点进行数据转发,经过逐跳携带转发,最终到达目的节点.在存储-携带-转发过程中,充分利用网络频繁变化的特点,针对到目的节点或更优中继节点的短时局部连通路径,采用Ad Hoc网络路由策略,提高效率.通过NS2仿真表明:所提出的算法具有较好的性能,适合在DTN中应用.     

基于编码感知的完全无碰撞协作MAC协议

针对NCAC-MAC协议在选择中继节点时存在碰撞和中继节点中待转发数据帧的目的节点使用随机线性网络编码的解码方法可能不能对编码帧进行成功解码的问题,提出一种基于编码感知的完全无碰撞协作MAC协议(NCAC-WTC).该协议主要提出两个改进机制:一是完全无碰撞中继节点选择机制,使用目的节点最终选择唯一中继节点,保证中继候选节点在竞争中继节点及编码重传的过程中做到完全无碰撞;另一个是自适应解码机制,使目的节点能根据链路信息自适应地选择解码方法对编码数据帧进行解码,提高目的节点对编码数据帧的解码效率和成功率.仿真结果表明:与NCAC-MAC和Phoenix等已有协议相比,NCACWTC协议有效地减小了平均端到端时延,提高了网络吞吐量和数据帧投递成功率,且使数据帧投递成功率稳定在95.5%.     

适用于无线网络的动态网络编码协作通信机制

为在较高频谱利用效率下有效对抗无线媒质衰落,提出一种动态网络编码协作通信机制.该机制将节点转发和网络编码有机结合,中继节点对从多个源节点接收到的信息做动态网络编码,并将编码后信息转发(广播)给相应的目的节点.目的节点利用收到的编码后信息以及其由于无线媒质的广播特性从其它源节点那里接收到的信息解码出需要的数据.数值结果表明: 和空时编码协作通信相比, 本机制有更好的分集-复用折衷性能,亦可获得满空间分集增益.并且转发节点采用的动态网络编码策略能有效避免因将错误接收到的信息带入编码后的转发信息而导致的错误传播.     

一种增强型选择放大转发机会协作分集协议

针对协作分集系统中放大转发协议存在的噪声放大问题,提出了一种增强型选择放大转发机会协作分集协议.该协议首先在多个中继中选择最优的中继,然后目的节点对源节点第1步广播的信息做出成功、半成功和失败3种反馈,源节点和最优中继节点根据反馈信息分别采取非协作传输、源节点重传和中继放大转发3种方式,由于加入了源节点重传,因此减少了中继放大转发次数及噪声的放大.理论分析和仿真结果表明,当中断概率为10-3、中继个数为4时,与增强型放大转发机会协作分集协议相比,该协议约有0.4dB的信噪比增益,并且达到了和理想分布式空时码相同的分集-复用折中.