基于博弈論的干擾竊聽信道物理層安全傳輸策略研究.pdf

1、無線信道的廣播特性使得竊聽者能夠在不被發(fā)現(xiàn)的情況下獲取合法信息，因此無線通信面臨巨大的安全挑戰(zhàn)。近年來，利用無線信道的物理特性來保障通信安全的無線通信物理層安全成為國際上的研究熱點。人工加擾是物理層安全的有效實現(xiàn)方式之一，通過在發(fā)送信號時添加人工噪聲惡化竊聽信道，實現(xiàn)安全通信。目前對人工加擾的研究多假定干擾節(jié)點會無償?shù)膸椭ㄐ沛溌愤M行安全通信，然而實際網(wǎng)絡中由于干擾節(jié)點的“自私性”，不會無償提供幫助，因此需要設計合理的激勵機制促使干擾節(jié)

2、點參與通信過程。與此同時，人工干擾在惡化竊聽者信道條件的同時，也會對其他通信鏈路造成不利影響，因此需要對網(wǎng)絡中的人工干擾進行合理的控制。
　　本文利用博弈論研究無線網(wǎng)絡中人工干擾的功率控制問題，主要工作包括:
　　(1)針對由一個發(fā)送節(jié)點、一個接收節(jié)點、一個竊聽節(jié)點和一個干擾節(jié)點組成的四節(jié)點竊聽網(wǎng)絡模型，利用博弈論構(gòu)建了通信鏈路和干擾節(jié)點的Stackelberg博弈，推導了通信鏈路最優(yōu)干擾功率的閉式解，在此基礎上提出了求解N

3、ash均衡的交叉迭代算法。仿真實驗表明，通信鏈路購買的干擾功率存在最優(yōu)解，干擾節(jié)點在給定的效用函數(shù)下傾向于幫助通信鏈路。
　　(2)將上述研究推廣到更為復雜的網(wǎng)絡場景，研究了兩發(fā)送節(jié)點、兩接收節(jié)點、兩干擾節(jié)點和單個竊聽節(jié)點組成的七節(jié)點、雙鏈路網(wǎng)絡節(jié)點的安全性問題?？紤]到問題的復雜性，將雙鏈路網(wǎng)絡的博弈問題拆分為兩層博弈模型，第一層是通信鏈路與干擾節(jié)點間的博弈，第二層是通信鏈路間的博弈。通過對兩層博弈模型的構(gòu)建與分析，推導了雙通信鏈

4、路網(wǎng)絡各節(jié)點間博弈的Nash均衡。
　　(3)進一步針對(2)中的兩層博弈進行了具體設計。對第一層博弈，構(gòu)建了通信鏈路和干擾節(jié)點間的不完信息博弈，通過對通信鏈路和友好干擾節(jié)點之間的不完全信息博弈進行海薩尼轉(zhuǎn)換，提出了混合策略Nash均衡閉式解求解方法。對第二層博弈，構(gòu)建了兩條通信鏈路間的“二人”博弈，并在非合作博弈和合作博弈框架下對雙鏈路網(wǎng)絡中人工干擾的功率控制問題進行了理論分析。大量仿真實驗表明，通過對雙通信鏈路網(wǎng)絡的人工干擾功