本發(fā)明涉及無(wú)線通信技術(shù)中的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和物理層安全，特別是涉及一種基于多級(jí)社交信任關(guān)系具有三級(jí)決策的信道機(jī)會(huì)調(diào)度方法。

背景技術(shù)：

1、分布式網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)作信道機(jī)會(huì)調(diào)度，主要包括中繼點(diǎn)受控和自治兩種中繼點(diǎn)工作模式下的信道感知接入建模與統(tǒng)計(jì)優(yōu)化方法。其中，基于停止優(yōu)化理論進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，提出中繼資源受控模式下中繼信道全感知與接入統(tǒng)計(jì)決策方法。針對(duì)受控模式中繼信道感知開銷隨中繼點(diǎn)數(shù)量線性遞增問題，開展了中繼資源自治模式下的全分布信道感知接入方法研究，提出基于雙階停止優(yōu)化方法的數(shù)學(xué)建模方法，并建立了用戶信道競(jìng)爭(zhēng)感知與前跳廣播—多中繼點(diǎn)分布感知與后跳轉(zhuǎn)發(fā)的全分布式統(tǒng)計(jì)決策優(yōu)化方法，具有網(wǎng)絡(luò)吞吐量統(tǒng)計(jì)最優(yōu)性。但針對(duì)中繼不可信的場(chǎng)景，已有研究工作尚處于初級(jí)階段，已發(fā)表的論文中，針對(duì)具有一個(gè)不可信中繼的場(chǎng)景，首次將信宿輔助的協(xié)作干擾結(jié)合到多用戶對(duì)協(xié)作信道機(jī)會(huì)調(diào)度上，提出了一種安全信道機(jī)會(huì)調(diào)度方法，但其對(duì)于多不可信中繼的場(chǎng)景未進(jìn)行說明，且沒有考慮用戶對(duì)之間的相互協(xié)作，多中繼協(xié)作增益的利用不夠充分。

2、可見現(xiàn)有技術(shù)中的協(xié)同信道接入機(jī)會(huì)調(diào)度方法，主要存在以下三方面的缺陷：

3、1.節(jié)點(diǎn)角色單一，網(wǎng)絡(luò)一般只考慮中繼節(jié)點(diǎn)和用戶對(duì)節(jié)點(diǎn)，中繼節(jié)點(diǎn)僅作為中繼轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)，用戶節(jié)點(diǎn)只當(dāng)其獲得信道接入機(jī)會(huì)時(shí)才接入信道，導(dǎo)致大量用戶對(duì)在未接入信道時(shí)處于空閑狀態(tài)。

4、2.沒有考慮網(wǎng)絡(luò)內(nèi)潛在的社交關(guān)系，用戶對(duì)之間可能存在進(jìn)一步的深度信任關(guān)系。

5、3.沒有考慮多個(gè)不可信中繼下的安全傳輸，即需要采用其他的物理層安全傳輸手段，才能遏制不可信中繼對(duì)網(wǎng)絡(luò)的竊聽。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于上述問題，本發(fā)明提供用于克服上述問題或者至少部分地解決上述問題的一種信道機(jī)會(huì)調(diào)度方法。該方法用于多個(gè)信源-信宿對(duì)組成的異構(gòu)無(wú)線協(xié)同網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行分布式信道探測(cè)與安全接入決策。

2、本發(fā)明提供了如下方案：

3、一種信道機(jī)會(huì)調(diào)度方法，包括：

4、網(wǎng)絡(luò)描述：本發(fā)明所述的異構(gòu)無(wú)線協(xié)同網(wǎng)絡(luò)由多個(gè)信源-信宿對(duì)，簡(jiǎn)稱用戶對(duì)，和多個(gè)不可信中繼組成，不可信中繼會(huì)在用戶對(duì)的信源發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)竊聽，導(dǎo)致數(shù)據(jù)泄露，為了抑制其竊聽，在中繼模式下，當(dāng)信源發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，信宿會(huì)同步發(fā)送一個(gè)干擾信號(hào)，以干擾不可信中繼。在此基礎(chǔ)上，用戶對(duì)間存在深度信任關(guān)系(這種關(guān)系可能源于之前的數(shù)據(jù)傳輸、用戶的社交關(guān)系、傳輸任務(wù)等)，所有用戶對(duì)的信任關(guān)系組成了社交信任網(wǎng)絡(luò)，深度信任的用戶對(duì)可在對(duì)方傳輸數(shù)據(jù)時(shí)為其進(jìn)行中繼轉(zhuǎn)發(fā)，即作為潛在中繼存在。假設(shè)用戶對(duì)k個(gè)，表示為用戶對(duì)集合其中信源索引號(hào)為s1,...,sk,...,sk，信宿索引號(hào)為d1,...,dk,...,dk，不可信中繼節(jié)點(diǎn)為l個(gè)，表示為不可信中繼集合第j個(gè)不可信中繼索引號(hào)為rj；每個(gè)通信對(duì)k的信任合作用戶對(duì)集合為ak，則網(wǎng)絡(luò)的合作信任關(guān)系表示為

5、信道調(diào)度過程：

6、每一次信道競(jìng)爭(zhēng)開始時(shí)，所有用戶對(duì)都以分布式方式競(jìng)爭(zhēng)和訪問共享信道，以實(shí)現(xiàn)時(shí)分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸。

7、信道競(jìng)爭(zhēng)過程中，如果只有一個(gè)信源sk發(fā)送rts競(jìng)爭(zhēng)包，則該信源贏得信道，稱之為獲勝信源，其對(duì)應(yīng)合作中繼集合ak中的所有信源和信宿節(jié)點(diǎn)愿意為其數(shù)據(jù)傳輸提供中繼輔助。通過接收該rts，所有其他節(jié)點(diǎn)(信源、信宿和不可信中繼)均可通過信道估計(jì)獲得從sk到其自身的信道snr，即節(jié)點(diǎn)獲得第一跳信宿dk獲得直連信道snrγk。信宿dk可做第一級(jí)決策。第一級(jí)決策包括：

8、①停止并接入。dk發(fā)送一個(gè)cts包，令信源sk以速率接入直連信道。

9、②放棄接入。dk發(fā)送一個(gè)cts包，令所有信源重新競(jìng)爭(zhēng)信道。

10、③探測(cè)不可信中繼。

11、信宿dk選擇進(jìn)一步探測(cè)所有不可信中繼以獲得中繼和竊聽信道的snr，并根據(jù)探測(cè)后的信息進(jìn)一步?jīng)Q策。具體地，dk發(fā)送一個(gè)cts包，令l個(gè)不可信中繼節(jié)點(diǎn)依次回復(fù)rts，節(jié)點(diǎn)回復(fù)的rts內(nèi)包含的信息。通過接收節(jié)點(diǎn)的rts，dk可以估計(jì)第二跳探測(cè)時(shí)間τl＝τc+l·τr后，所有l(wèi)個(gè)rts接收完畢，dk即獲得所有不可信中繼鏈路的兩跳并計(jì)算得出中繼鏈路最大安全傳輸速率dk可做第二級(jí)決策。第二級(jí)決策包括：

12、①停止并接入。對(duì)于可選中繼集合dk在直接鏈路和協(xié)作干擾鏈路中優(yōu)選安全傳輸速率更大的方式，并發(fā)送一個(gè)cts包，令信源sk以相應(yīng)的速率在優(yōu)選鏈路上進(jìn)行傳輸，傳輸時(shí)間為

13、②放棄接入。dk發(fā)送一個(gè)cts包，令所有信源重新競(jìng)爭(zhēng)信道。

14、③探測(cè)可信合作中繼。

15、信宿dk選擇進(jìn)一步探測(cè)其建立社交信任關(guān)系的合作中繼，表示為集合并根據(jù)探測(cè)后的信息進(jìn)一步?jīng)Q策，j*為最優(yōu)的探測(cè)中繼數(shù)量。與不可信中繼探測(cè)類似，dk發(fā)送一個(gè)cts包，令集合內(nèi)的節(jié)點(diǎn)依次回復(fù)rts，節(jié)點(diǎn)回復(fù)的rts內(nèi)包含的信息。通過接收節(jié)點(diǎn)的rts，dk可以估計(jì)第二跳探測(cè)時(shí)間后，所有j*個(gè)rts接收完畢，dk即獲得集合內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)中繼鏈路的兩跳snr并計(jì)算得出中繼鏈路最大安全傳輸速率信宿dk可做第三級(jí)決策，第三級(jí)決策包括：

16、①對(duì)于可選中繼集合信宿dk在直接鏈路和協(xié)作干擾鏈路中優(yōu)選安全傳輸速率更大的方式，并發(fā)送一個(gè)cts包，令信源sk以相應(yīng)的速率在優(yōu)選鏈路上進(jìn)行傳輸，傳輸時(shí)間為

17、②放棄接入。信宿dk發(fā)送一個(gè)cts包，令所有信源重新競(jìng)爭(zhēng)信道。

18、單次接入傳輸結(jié)束后，所有信源重新開始下一輪信道競(jìng)爭(zhēng)，每一次信道競(jìng)爭(zhēng)-接入過程相互獨(dú)立。圖3給出了一次從信源sk贏得信道開始直至其在第三級(jí)決策后接入可信合作中繼輔助下的協(xié)作干擾鏈路的信令流程示意圖。

19、針對(duì)上述信道調(diào)度過程，通過數(shù)學(xué)推理和統(tǒng)計(jì)計(jì)算，將上述基于本地信息實(shí)時(shí)計(jì)算的三級(jí)調(diào)度過程進(jìn)行簡(jiǎn)化，使得前兩級(jí)決策過程簡(jiǎn)化為基于閾值比對(duì)的決策過程，決策閾值可通過信道統(tǒng)計(jì)信息離線計(jì)算獲得，不占用在線信道傳輸時(shí)間，減小了在線計(jì)算復(fù)雜度，盡可能提升了信道利用率。閾值計(jì)算過程可參照“具體實(shí)施方式”，基于閾值的信道調(diào)度方法可描述為以下步驟：

20、步驟1：基于給定的社交信任網(wǎng)絡(luò)根據(jù)分布式無(wú)線網(wǎng)絡(luò)信道統(tǒng)計(jì)獲得特性參數(shù)，通過線下迭代計(jì)算獲得系統(tǒng)平均安全吞吐量最優(yōu)決策一級(jí)閾值向量用戶對(duì)分類集合所述社交信任網(wǎng)絡(luò)包括建立了三級(jí)信任關(guān)系由多個(gè)信源、信宿對(duì)組成的異構(gòu)無(wú)線協(xié)同網(wǎng)絡(luò)；

21、步驟2：從持續(xù)時(shí)間δ的微時(shí)隙開始時(shí)，所有信源以相同概率p0發(fā)送rts數(shù)據(jù)包來(lái)獨(dú)立競(jìng)爭(zhēng)信道；

22、步驟3：信宿dk根據(jù)步驟1的計(jì)算結(jié)果，判斷所述信宿dk所在用戶對(duì)k屬于哪個(gè)分類，若進(jìn)入步驟4；否則轉(zhuǎn)至步驟5；

23、步驟4：如果信道信噪比則信宿dk選擇直連接入機(jī)制并發(fā)送cts數(shù)據(jù)包，信源sk以最大可達(dá)速率接入直連信道，持續(xù)時(shí)間τd，單次傳輸結(jié)束后回到步驟2；否則所述信宿dk放棄接入并發(fā)送cts數(shù)據(jù)包，下一時(shí)隙重新競(jìng)爭(zhēng)，回到步驟2；

24、步驟5：如果信道信噪比則信宿dk放棄接入并發(fā)送cts數(shù)據(jù)包，下一時(shí)隙重新競(jìng)爭(zhēng)，回到步驟2；如果信道信噪比則信宿dk選擇直連接入機(jī)制并發(fā)送cts數(shù)據(jù)包，信源sk隨后以最大可達(dá)速率接入直連信道，持續(xù)時(shí)間τd，單次傳輸結(jié)束后回到步驟2；否則，進(jìn)入步驟6；

25、步驟6：信宿dk選擇探測(cè)所有不可信中繼并發(fā)送cts數(shù)據(jù)包，l個(gè)不可信中繼隨后依次回復(fù)rts數(shù)據(jù)包，探測(cè)時(shí)間τl后，信宿dk獲得不可信中繼的協(xié)作兩跳鏈路snrs，計(jì)算直連接入機(jī)制接入的安全傳輸速率和不可信中繼輔助下的中繼輔助及協(xié)作干擾接入機(jī)制的安全傳輸速率令如果用戶對(duì)則進(jìn)入步驟7，否則用戶對(duì)進(jìn)入步驟8；

26、步驟7：如果則信宿dk決定停止并發(fā)送cts數(shù)據(jù)包，如果則信宿dk選擇直連接入機(jī)制，信源sk接收cts數(shù)據(jù)包后以最大可達(dá)速率接入直連信道，持續(xù)時(shí)間單次傳輸結(jié)束后回到步驟2，否則，信宿dk選擇中繼輔助及協(xié)作干擾接入機(jī)制，信源sk接收cts數(shù)據(jù)包后以最大可達(dá)速率接入信道，持續(xù)時(shí)間前時(shí)間內(nèi)，信源sk和信宿dk分別廣播數(shù)據(jù)和干擾信號(hào)，后時(shí)間，不可信中繼向信宿dk放大轉(zhuǎn)發(fā)其收到的數(shù)據(jù)包，單次傳輸結(jié)束后回到步驟2；否則信宿dk放棄接入并發(fā)送cts數(shù)據(jù)包，下一時(shí)隙重新競(jìng)爭(zhēng)，回到步驟2；

27、步驟8：計(jì)算最佳可信合作中繼探測(cè)數(shù)j*；遍歷j＝1,…,|ak|，計(jì)算差值函數(shù)若則j*＝j(luò)，結(jié)束遍歷；否則j*＝|ak|，最優(yōu)探測(cè)的中繼節(jié)點(diǎn)集合則為計(jì)算探測(cè)可信合作中繼收益進(jìn)入步驟9；

28、步驟9：如果則信宿dk選擇停止并發(fā)送cts數(shù)據(jù)包返回步驟7；如果則信宿dk放棄接入并發(fā)送cts數(shù)據(jù)包，下一時(shí)隙重新競(jìng)爭(zhēng)，回到步驟2；否則信宿dk選擇探測(cè)j*個(gè)可信合作中繼并發(fā)送cts數(shù)據(jù)包，集合內(nèi)的可信中繼隨后依次回復(fù)rts數(shù)據(jù)包，探測(cè)時(shí)間后，信宿dk獲得可信中繼的協(xié)作兩跳鏈路計(jì)算可信中繼輔助下的中繼輔助及協(xié)作干擾接入機(jī)制的安全傳輸速率進(jìn)入步驟10；

29、步驟10：比較的大小，如果最大，則信宿dk選擇選擇直連接入機(jī)制，信源sk接收cts數(shù)據(jù)包后以最大可達(dá)速率接入直連信道，持續(xù)時(shí)間如果最大，則信宿dk選擇中繼輔助及協(xié)作干擾接入機(jī)制，信源sk接收cts數(shù)據(jù)包后以最大可達(dá)速率接入信道，持續(xù)時(shí)間前時(shí)間內(nèi)，信源sk和信宿dk分別廣播數(shù)據(jù)包和干擾，后時(shí)間，不可信或可信合作中繼向信宿dk放大轉(zhuǎn)發(fā)其收到的數(shù)據(jù)包，單次傳輸結(jié)束后回到步驟2；否則最大，信宿dk放棄接入并發(fā)送cts數(shù)據(jù)包，下一時(shí)隙重新競(jìng)爭(zhēng)，回到步驟2。

30、根據(jù)本發(fā)明提供的具體實(shí)施例，本發(fā)明公開了以下技術(shù)效果：

31、本發(fā)明實(shí)施例提供的一種信道機(jī)會(huì)調(diào)度方法，基于用戶對(duì)之間的社交信任關(guān)系，相互深度信任的通信節(jié)點(diǎn)可同時(shí)作為對(duì)方的中繼節(jié)點(diǎn)，增加了角色多樣性，充分利用時(shí)空多樣性和中繼分集增益。在第二級(jí)的可信合作中繼探測(cè)中，選擇性探測(cè)最優(yōu)的中繼節(jié)點(diǎn)集合，將探測(cè)中繼的時(shí)間開銷與探測(cè)收益相關(guān)聯(lián)，選擇預(yù)期收益最大的中繼集合進(jìn)行探測(cè)，在有限的探測(cè)開銷下探測(cè)信道條件較好的可信合作中繼節(jié)點(diǎn)，避免不必要的探測(cè)開銷。根據(jù)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際情況，對(duì)無(wú)線組網(wǎng)中用戶對(duì)的社交信任關(guān)系進(jìn)行了建模，同時(shí)考慮了中繼不可信竊聽和通信節(jié)點(diǎn)深度信任合作兩種情況，將網(wǎng)絡(luò)信任分為三級(jí)，符合現(xiàn)有的臨時(shí)組網(wǎng)、應(yīng)急網(wǎng)絡(luò)、無(wú)人機(jī)集群等靈活多變且節(jié)點(diǎn)安全校驗(yàn)缺乏的不安全網(wǎng)絡(luò)，具備具有較強(qiáng)的靈活性和適用性。

32、當(dāng)然，實(shí)施本發(fā)明的任一產(chǎn)品并不一定需要同時(shí)達(dá)到以上所述的所有優(yōu)點(diǎn)。