合作联盟中的节点选择及功率优化方法.pdfVIP

第 ３８ 卷　第 ５ 期 系统工程与电子技术 Ｖｏｌ．３８　Ｎｏ．５ ２０１６ 年 ５ 月 Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Mａｙ  ２０１６ 文章编号：１００１-５０６Ｘ（２０１６）０５-１１７６-０６　 网址：ｗｗｗ．ｓｙｓ-ｅｌｅ．ｃｏｍ 收稿日期：２０１５ ０６ ２５；修回日期：２０１５ １１ １１；网络优先出版日期：２０１５ １２ ０９。 网络优先出版地址：ｈｔｔｐ：∥ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／１１．２４２２．ＴＮ１４１７．０１２．ｈｔｍｌ 基金项目：国家自然科学基金６１５７１３２３）；国家高技术研究发展计划（８６３ 计划）（２０１３ＡＡ１２２６０２）资助课题 合作联盟中的节点选择及功率优化方法 付晓梅，姚晓明，宗　群 （天津大学电子信息工程学院，天津 ３０００７２） 　　摘　要：无线网络中节点的合作通过形成联盟可以有效增大系统的安全容量。现有研究只是解决了联盟自 身收益最大化的局部优化问题，没有从全局考虑联盟之间存在的竞争和干扰问题。文章首先基于联盟博弈理论， 提出了实现物理层安全性能最大的分布式中继选择方案；在此基础上，针对联盟之间存在的干扰和竞争问题，基 于有代价的非合作博弈，提出联盟功率的优化方法；根据优化后的联盟功率，联盟内的节点依据信道增益分配联 盟的最优功率。仿真分析和性能比较表明，所提出的方法不仅可以形成稳定的联盟，与只考虑局部最优的安全性 能相比较，降低了联盟的功率消耗，且提高了联盟的安全收益。 关键词：物理层安全；中继选择；联盟博弈；功率优化 中图分类号：ＴＮ ９２９．５　　　　文献标志码：Ａ　　　　DOI：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１-５０６Ｘ．２０１６．０５．３１ Relayselectionandpoweroptimizationincooperativecoalitions ＦＵ Ｘｉａｏ-ｍｅｉ，ＹＡＯ Ｘｉａｏ-ｍｉｎｇ，ＺＯＮＧ Ｑｕｎ （SchoolofElectronicInformationEngineering，TianjinUniversity，Tianjin３０００７２ ，China） 　　Abstract：Ｔｈｒｏｕｇｈ ｆｏｒｍｉｎｇ ｃｏａｌｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｅ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｎｏｄｅ ｃｏｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｃａｎ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｌａｙｅｒ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｃａｐａｃｉｔｙ．Ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎｌｙ ｆｏｃｕｓｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｐａｒｔｉａｌｌｙ ｏｐｔｉｍａｌ ｐｒｏｂｌｅｍ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏａｌｉｔｉｏｎ ｗｉｔｈｏｕｔ ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｍｐｅｔｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ａｍｏｎｇ ｔｈｅ ｃｏａｌｉｔｉｏｎｓ．Ａ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｒｅｌａｙ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏａｌｉｔｉｏｎ ｇａｍｅ．Ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｐｏｗｅｒ ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｉｓ ａｌｓｏ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｔｏ ｄｅａｌ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｏｍｐｅｔｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｎｏｎ-ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ ｇａｍｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｐｒｉｃｅ． Ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｃｏａｌｉｔｉｏｎ ｐｏｗｅｒ ｉｓ ｄｉｖｉｄｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｎｏｄｅ ｐｏｗｅｒ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｃｈａｎｎｅｌ ｇａｉｎ ｔｏ ｔｈｅ ｄｅｓｔｉｎａｔｉｏｎ． Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｔｈｅ ｓｔａｂｌｅ ｃｏａｌｉｔｉｏｎ ｃａｎ ｂｅ ｆｏｒｍｅｄ，ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ ｅｆｆｅｃ- ｔｉｖｅｌｙ ｓａｖｅ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｃｏｓｔ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｕｔｉｌｉｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏａｌｉｔｉｏｎ． Keywords：ｐｈｙｓｉｃａｌ ｌａｙｅｒ ｓｅｃｕｒｉｔｙ；ｒｅｌａｙ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ；ｃｏａｌｉｔｉｏｎ ｇａｍｅ；ｐｏｗｅｒ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ０　引　言 　　无线通信的开放性使网络中的节点很容易被攻击和窃 听，从而产生安全性问题［１］。Wｙｎｅｒ证明如果窃听信道条件比