795 浏览硕士论文网络技术专业范文------超密集网络中的物理层安全技术研究
摘要：随着移动数据的指数增长以及流量密集型应用的普及,人们对现有无线通信网络的要求越来越高,而日益匮乏的频谱资源已不能满足高质量通信服务的需求,为此,在5G时代提出了以用户为中心的超密集网络（User-Centric Ultra-Dense Networks,UUDN）架构。UUDN通过在热点区域大量部署小型接入节点,并围绕特定用户组织接入节点组（Access Points Group,APG）的方式,为用户提供最佳的网络服务,是未来5G网络架构的主流趋势。接入节点的增多以及节点与用户之间距离的缩近,使得UUDN系统的无线通信环境更加复杂多变,数据传输受到严重的威胁。物理层安全技术利用无线信道的唯一性、互易性和时变性等特征对数据进行加密,既不涉及复杂的密码计算,也不过分要求通信实体的计算能力,可以显著降低小型接入节点和移动终端的负担,是UUDN系统中实现数据安全传输的重要研究方向。本文针对UUDN系统中存在的主动和被动窃听情况,利用物理层安全技术分别提出了一种主动窃听检测算法和被动窃听干扰策略。论文的主要的工作和创新点归纳如下:（1）针对UUDN系统中存在的主动窃听场景,提出一种基于LS-FDC准则的多节点联合检测算法。首先,利用统计学中的线性收缩（Linear Shrinkage,LS）理论,对样本的协方差矩阵进行收缩优化,使其特征分解后更好的拟合总体特征值的分布情况。然后,APG中的各节点利用灵活检测准则（Flexible Detection Criterion,FDC）算法进行联合判定是否存在主动窃听者。仿真实验与理论分析表明:与传统的最小描述长度（Minimum Description Length,MDL）算法和FDC算法相比,导频长度远大于节点天线数目条件下,本文算法在较低信噪比时检测概率显著提高;导频长度小于节点天线数目条件下,其它算法检测能力严重失效,本文算法的检测概率依然能够保持较高的水平。（2）针对UUDN系统中存在的被动窃听场景,提出一种基于人工噪声辅助的下行数据安全传输方案。首先,当发送节点传输下行数据时,采用波束赋形和人工噪声联合技术,在发送信号的零空间添加一段人工噪声,保证不影响合法用户的同时增大对窃听信道的干扰,进而实现信息安全传输。然后,针对人工噪声与有用信号的功率分配问题,给出一种满足合法用户服务质量（Quality of Service,QoS）与最小功率分配系数条件下的最优功率分配策略。该分配策略在性能与节点功率之间做了优化处理,使其更适应于UUDN系统的传输场景:在用户QoS和最低功率分配系数的约束下,APG中的节点为了满足下行传输的需求,会优先增大其发送功率,如果在节点最大功率阀值范围内满足约束条件,则允许数据传输;反之,禁止数据传输。最后结合仿真,分析了节点天线数、信号传输距离、接收信噪比等因素对该功率分配策略的影响。
关键词：超密集网络;大规模MIMO天线;线性收缩;波束赋形;人工噪声;
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 超密集网络技术
1.2.2 物理层安全技术
1.3 本文研究内容和章节安排
第2章 超密集网络及物理层安全技术
2.1 超密集网络理论基础
2.1.1 超密集网络的定义及特征
2.1.2 超密集网络的组网方式
2.2 以用户为中心的超密集网络
2.2.1 以用户为中心的网络架构特点
2.2.2 UUDN的安全威胁、需求与挑战
2.3 物理层安全理论基础
2.3.1 物理层安全的信息论基础
2.3.2 窃听系统模型分析
2.4 总结
第3章 基于LS-FDC准则的主动窃听检测算法
3.1 引言
3.2 UUDN系统模型
3.3 问题描述
3.4 基于线性收缩的FDC窃听检测方法
3.4.1 利用线性收缩算法优化噪声子空间分量
3.4.2 通过FDC准则进行窃听检测
3.5 实验仿真与结果分析
3.5.1 各检测方法之间的性能比较
3.5.2 各参数对LS-FDC检测方法性能的影响
3.6 总结
第4章 基于人工噪声辅助的下行数据安全传输
4.1 引言
4.2 问题描述
4.3 人工噪声与有用信号之间的最优功率分配策略
4.4 实验仿真与结果分析
4.4.1 各参数对功率分配策略的影响
4.4.2 满足用户服务质量的发送端最小总功率分析
4.5 总结
第5章 总结和展望
5.1 论文工作总结
5.2 展望
致谢
参考文献
