摘要：数据传输安全已经成为制约车联网产业发展的关键性问题,其中安全速率是衡量数据传输安全的核心指标。本文聚焦于由一个基站、多台蜂窝通信的车辆(vehicle-to-infrastructure,V2I)、多台直通通信(vehicle-to-vehicle,V2V)的车辆和一个窃听者组成的车联网,研究V2I链路的和安全速率最大化问题,其中和安全速率表示所有链路的安全速率之和。为此,本文首先建立最大化和速率目标函数的优化问题,约束条件为满足通信链路的基本服务质量。这是一个非线性非凸的优化问题,本文提出了深度强化学习算法求解这个问题。在该算法下,每个V2V链路被设计成强化学习代理,代理和通信环境相互交互,得到状态空间和奖励函数,并通过使用经验重发来学习改进频谱和功率分配以提升V2I通信中的安全速率。实验仿真结果展示了系统参数对和安全速率的影响。

摘要：为了提高无线携能通信(Simultaneous Wireless nformation and Power Transfer,SWIPT)通信系统的安全性,同时克服系统收发机硬件损伤(Hardware Impairments,HIs)的影响,提出一种硬件损伤下的智能反射面(Intelligent Reflecting Surface,IRS)辅助的SWIPT系统安全波束成形设计方法.考虑能量接收设备为潜在的窃听者,在基站最大发射功率、最小接收能量和IRS相移约束下,通过联合优化基站波束赋形矢量、人工噪声矢量和IRS的相移矩阵,构建系统安全速率最大化问题.针对该优化问题是非凸的,且优化变量是耦合的,提出一种基于交替优化和半正定松弛的有效算法来次优地解决该问题.仿真结果表明,本文所提算法能够在保障能量需求的同时,提升系统的安全性和抗硬件损伤能力.

摘要：针对双向多天线中继系统中存在多个单天线窃听者的场景,在保证两个源节点安全速率情况下,提出了两种中继节点发送功率最小化方案:人工噪声辅助的波束成形(artificial noise aided beamforming,ANAB)方案和零空间波束成形(null space beamforming,NSB)方案。ANAB采用半定松弛(semidefinite relaxation,SDR)技术和连续的凸估计(successive convex approximation,SCA)算法,得到局部最优的波束成形和人工噪声协方差矩阵。考虑到中继节点的天线个数大于窃听节点个数,设计了低复杂度NSB方案,在等效窃听信道矩阵的零空间中发送保密信息,通过求解一个SDP问题得到波束成形解。仿真结果表明,所提的安全发送方法可以有效地降低中继节点的发送功率。

摘要：针对存在信道估计误差的多入单出(Multiple-Input Single-Output,MISO)中继窃听信道模型,研究了最差情形下安全速率最大化(Worst-Case Secrecy Rate Maximization,WCSRM)问题,并提出了相应的鲁棒传输方案。在非理想的信道条件下,利用半定松弛(Semi-Definite Relaxation,SDR)方法设计出最优的波束赋形因子,推导了系统安全速率表达式,并与非鲁棒的传输方案进行对比,最后进行蒙特卡洛仿真验证了理论分析的正确性。理论分析和仿真结果表明:鲁棒传输方案能明显提高安全速率,从而增强系统的安全性能。

摘要：智能反射表面(IRS)可通过调整反射单元的相位来提升无线通信物理层安全。针对IRS辅助的多输入单输出(MISO)通信系统,提出一种基于交替迭代的物理层安全设计方案。首先基于安全速率最大化原则,构建一个含有非凸约束的非凸目标函数;然后采用丁克尔巴赫算法和黎曼流形优化算法将非凸问题转化为一系列易于求解的子问题;最后采用交替迭代法实现发送波束成形和IRS相移矩阵的优化设计。仿真结果表明,与现有方案相比,所提方案在计算复杂度与系统安全速率之间取得了更好的折中。

摘要：考虑在物理层保障无人机多用户通信系统的信息传输安全,一架无人机与多个地面用户进行通信,存在一个地面窃听者尝试窃取无人机发送给用户的机密信息。研究将无人机与地面节点之间的空地信道建模为更符合实际的概率视距信道,在满足无人机飞行条件约束和离散的用户调度约束下,通过联合设计无人机的三维飞行轨迹和用户调度来最大化用户的最小平均安全速率。为求解该模型下的安全通信优化设计问题,首先将其解耦为三个子问题,然后利用整数松弛和连续凸近似方法分别求解三个子问题,最后利用块坐标下降法求出无人机的三维飞行轨迹;在此基础上,根据飞行过程中得到的瞬时信道状态信息,提出无人机飞行速度和用户调度实时优化算法。该算法将优化问题建模为线性规划问题,并用内点法求解。仿真结果表明,与已有基准算法相比,基于概率视距信道模型优化无人机的飞行轨迹可显著提升系统的安全速率,所提的飞行速度和用户调度实时优化算法可进一步提升安全速率性能。

摘要：无人机通信因其建造使用成本低、安全风险小、机动性能好等特点,成为民用和军用领域的研究热点.在未来信息战场中,敌方窃听会试图窃取无人机传输的控制指令和机密信息.针对存在窃听的无人机通信场景,提出了一种安全波束成形方案,实现了系统安全速率的最大化.仿真结果表明,所提的算法能有效地抑制敌方终端的窃听行为,提升系统的安全传输性能.

摘要：考虑多波束卫星通信中存在多天线窃听用户的场景以及非理想信道状态信息带来的系统安全性能恶化,针对合法信道与窃听信道均不理想的多用户MISOME(Multi Input,Single Output,Multi Eavesdropper)系统,该文基于两种类型的信道误差提出了两种鲁棒安全传输方法。在确定误差模型下,利用发送波束成形以及人工噪声协方差的联合优化设计解决系统最差情况安全速率最大化问题(Worst-Case Secrecy Rate Maximization,WC-SRM)问题,通过推导分析将非凸的WC-SRM问题等价为一个1维搜索问题,而这个等价问题的最优解可通过一系列半定规划(Semi Definite Program,SDP)问题的求解而得到。在统计误差模型下,为求解中断概率约束安全速率最大化(Outage Probability Constrained Secrecy Rate Maximization,OP-SRM)问题,该文提出一种基于WC-SRM的鲁棒安全设计的可靠近似方案。仿真分析验证了该文所提方法的鲁棒性与有效性。

摘要：针对协方差信道状态信息(Channel State Information,CSI)不理想导致的通信系统安全性能恶化问题,该文提出一种鲁棒的人工噪声辅助的物理层安全发送方法。该方法基于非理想的协方差信道信息,对发送者的波束成形向量及人工噪声协方差进行联合优化设计,从而最大化系统的最差情况安全速率(Worst-Case Secrecy Rate,WCSR)。该功率受限的安全速率最大化问题是非凸的,采用半定松弛(Semi Definite Relaxation,SDR)技术和Lagrange对偶理论将其转化为一系列的半定规划(Semi Definite Program,SDP)问题进行求解。仿真结果表明,与现有方案相比,所提方法的安全性能有了明显的提升。

摘要：针对多用户多输入单输出(MISO,multiple-input single-output)干扰信道中保密信息泄露问题,提出了理想信道状态信息(CSI,channel state information)下的安全协同波束成形(SCB,secure coordinated beamforming)方案和非理想CSI下的顽健安全协同波束成形(RSCB,robust secure coordinated beamforming)方案。对于理想CSI情况,联合设计最优的协同波束成形向量,最大化最小安全速率。采用半定松弛(SDR,semidefinite relaxation)技术和连续的凸估计(SCA,successive convex approximation)算法得到原始非凸问题的局部最优解。进一步,将该框架扩展到信道向量和信道协方差矩阵存在确定误差的情况,提出的RSCB方案能够最大化最差情况的安全速率。仿真结果验证了所提方案的有效性和顽健性。