利索能及
我要发布
收藏
专利号: 2020107826662
申请人: 桂林电子科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-07-05
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种增强NOMA可见光通信网络安全的动态资源分配方法,其特征在于,包含如下步骤:

1)基于下行NOMA的室内可见光通信网络中,由多个部署在屋顶上的室内光接入点和多个在地板上移动用户组成,每个室内光接入点覆盖一个光小区,在此范围内的移动用户与该室内光接入点基于NOMA进行可见光通信,在每个光小区的边缘,有一个窃听者Eve伺机窃听该室内光接入点发送给与其相关联的合法移动用户的信息,假定合法用户和Eve均配备单个光电二极管PD接收机,并且PD接收机的视场足够大,能够收到LED发光角度范围内的所有信号;

2)假定某一时刻某光接入点覆盖范围内有若干个移动用户,移动用户通过信道估计其信道状态信息CSI,并利用上行红外链路信道将其反馈给关联的光接入点,即每个光接入点能够获取与其相关联的移动用户的CSI,Eve在光小区的边缘进行窃听,并且Eve与光接入点之间的距离保持不变,则Eve的瞬时CSI为已知,光接入点在获取到移动用户与Eve的CSI之后,将信道增益排序,并将排序信息传送给移动用户与Eve;

3)根据步骤2)的信道增益排序信息,并利用NOMA的串行干扰消除SIC技术,计算获得任一时刻合法移动用户的接收信干噪比,以及Eve窃听该用户的瞬时信干噪比;

4)根据步骤3)得到的合法移动用户的接收信干噪比,以及Eve窃听该用户的瞬时信干噪比,计算合法移动用户的可达安全速率;

5)重复步骤2)至步骤4),直至计算完某光接入点覆盖范围内所有合法移动用户的和安全容量;

6)重复步骤2)到步骤5),直至计算完所有光接入点内所有合法移动用户的和安全容量,并用网络和安全容量来表示;

7)构建用户移动情况下安全通信与功率分配的联合优化问题,在每个光接入点的功率以及光接入点基于NOMA分配给关联用户的功率的约束条件下,使网络和安全容量达到最大;

8)利用分层功率分配算法,求解步骤7)构建的用户移动情况下安全通信与功率分配的联合优化问题,完成移动用户的资源分配;

步骤3)中,根据获得的信道增益排序信息,并利用NOMA的SIC技术,计算出时刻t用户m的接收信干噪比表示为:

其中 表示时刻t光接入点s所服务的用户集合 中的任一用户m′,其光无线信道增益 大于用户m的信道增益时刻t Eve窃听用户m的信干噪比表示为:步骤4)中,计算出时刻t用户m的可达安全速率为:+

Rs,m,t=[log(1+Qs,m,t)‑log(1+Qs,e→m,t)]           (7);

步骤5)中,计算出时刻t光接入点s范围内所有移动用户的和安全容量为:步骤6)中,计算时刻t所有光接入点范围内所有移动用户的网络和安全容量为:步骤7)中,构建用户移动情况下安全通信与功率分配的联合优化问题,表达式如下:在满足每个光接入点的功率约束(10‑2)以及光接入点基于NOMA分配给关联用户的功率的约束(10‑3)和(10‑4)条件下,使网络和安全容量达到最大;

步骤8)中,求解用户移动情况下安全通信与功率分配的联合优化问题,因为(10‑1)中目标函数的对数减特性,优化问题(10)是一个非凸优化问题,因此,基于凸优化理论,不能直接获得最优解;优化问题(10)存在两种功率分配:光控制中心对每个光接入点的功率分配、每个光接入点基于NOMA对关联用户的功率分配;因此采用一种分层功率分配算法,该算法包含两个阶段:在光控制中心确定各光接入点的最佳发射功率,在每个光接入点上确定基于NOMA对关联用户的最佳发射功率;

第一阶段:给定各个光接入点的功率,在每个光接入点上确定基于NOMA对关联用户的最佳发射功率,假设时刻t光接入点s分配的功率为Ps,t,则优化问题(10)简化为子优化问题(11):

时刻t在光接入点s上通过对关联用户基于NOMA的功率分配,使光接入点s范围内所有移动用户的和安全容量最大;为了使时刻t与光接入点s相关联的移动用户的和安全容量最大化,将光接入点s的总功率分配给信道增益最大的移动用户,因此第一阶段的主要任务是寻求具有最大信道增益的移动用户 即:然后将时刻t光接入点s的功率Ps,t全部发送给该移动用户第二阶段:根据各个光接入点反馈的对其关联移动用户的功率分配情况,光控制中心确定各光接入点的最佳发射功率,此时的网络和安全容量最大化问题为:即在光控制中心通过确定各光接入点的最佳发射功率,使网络和安全容量最大化,定义:

+

由公式(14)可知,当As,t<Βs,t时,优化问题(13)目标函数中的运算符[·]可消除,因此优化问题(13)进一步简化为:其中 表示在该集合内可获得正安全速率,即位于 内的光接入点视作无用节点,光控制中心不必分配功率给他们;

优化问题(15)中的网络和安全容量最大化问题涉及到每个 光接入点的安全容量最大化问题,这是一个分布式博弈问题,基于非协作安全博弈理论,得到光控制中心对光接入点的迭代功率分配算法,用算法1来描述:

2.根据权利要求1所述的一种增强NOMA可见光通信网络安全的动态资源分配方法,其特征在于,步骤1)中,室内光接入点的集合用 来表示,而所有合法移动用户的集合用 表示;假设ys为室内光接入点s的位置,该位置固定;xm,t为时刻t用户m的位置,随着时间的推移,用户m的运动轨迹表示为{xm,t}t=1,…。

3.根据权利要求1所述的一种增强NOMA可见光通信网络安全的动态资源分配方法,其特征在于,步骤2)中,假设时刻t光接入点s的总功率用Ps,t表示,其最大允许值假设为Ps,max,时刻t光接入点s发送给用户m的功率用ps,m,t表示,由于用户移动,某一时刻t光接入点s是否服务用户,用下述公式(1)进行判断:而某一时刻t用户m与光接入点s是否存在用户关联,用下述公式(2)进行判断:则将用户移动引起的光接入点与发送功率动态分配问题,转换成动态调整每个光接入点的总功率以及每个光接入点基于NOMA分配给合法用户功率的问题;假设时刻t光接入点s服务的用户集合为 且满足 时刻t用户m与光接入点s关联,则用户m的光无线信道增益为 是用户m与光接入点s的空间距离‖xm,t‑ys‖,PD接收机的入射角 以及光接入点s内LED辐射角φs的函数,由于不同光小区的覆盖范围存在重叠,则时刻t用户m遭受的相邻小区干扰为:其中 表示室内光接入点集合 除去光接入点s后的集合,任一光接入点Ps′,t为任一时刻t光接入点s′的发送功率,hs′,m,t为光接入点s′与用户m之间的光无线信道增益;

时刻t用户m的瞬时CSI表示为:其中nm为时刻t用户m受到的噪声影响,Eve在光接入点s覆盖的光小区边缘进行窃听,由于LED的半功率半角固定,因此Eve与光接入点之间的传播距离保持不变,因此Eve的瞬时CSI是确定的,记为hs,e,t;光接入点在获取到移动用户与Eve的CSI之后,将信道增益排序,并将排序信息传送给移动用户与Eve。