无线协作网络中的最优中继选择方案及中断概率分析

doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2018268

电信科学 ›› 2018, Vol. 34 ›› Issue (11): 87-95.doi: 10.11959/j.issn.1000-0801.2018268

无线协作网络中的最优中继选择方案及中断概率分析

冯友宏,杨志,丁绪星,岳雪峰,李琦琦,谢小娟

安徽师范大学物理与电子信息学院，安徽芜湖 241000

修回日期:2018-07-17 出版日期:2018-11-01 发布日期:2018-12-06
作者简介:冯友宏（1979-），男，安徽师范大学物电学院副教授，主要研究方向为物联网技术与网络安全。|杨志（1994-），男，安徽师范大学物电学院硕士生，主要研究方向为物联网技术与网络安全。|丁绪星（1971-），男，博士，安徽师范大学物理与电子信息学院教授，主要研究方向为物联网技术。|岳雪峰（1993-），男，安徽师范大学物理与电子信息学院硕士生，主要研究方向为物联网技术与网络安全。|李琦琦（1994-），女，安徽师范大学物理与电子信息学院硕士生，主要研究方向为物联网技术与网络安全。|谢小娟（1982-），女，安徽师范大学物理与电子信息学院讲师，主要研究方向为信号处理。
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(U1334210);江苏省高校研究生科研创新计划项目(KYLX15_0833);安徽省教育厅高校自然科学研究项目(KJ2018A0311)

Optimal relay selection scheme and outage probability analysis in cooperative wireless networks

Youhong FENG,Zhi YANG,Xuxing DING,Xuefeng YUE,Qiqi LI,Xiaojuan Xie

School of Physics and Electronic Information,Anhui Normal University,Wuhu 241000,China

Revised:2018-07-17 Online:2018-11-01 Published:2018-12-06
Supported by:
The National Natural Science Foundation of China(U1334210);Research and Innovation Project of Postgraduate of Nanjing Province of China(KYLX15_0833);Natural Key Items of Anhui Educational Committee(KJ2018A0311)

摘要/Abstract

摘要：

从物理层安全的角度出发，在含有协作中继的通信网络中，通过选择最优中继来传递信息可有效提升系统性能。讨论了在含有多个单天线窃听用户的多中继通信系统中对最优中继的选择方案，并对系统采用放大转发（amplify-and-forward，AF）协议和解码转发（decode-and-forward，DF）协议这两种不同的情况分别进行了讨论和比较，同时还对比了不含中继的直接传输情况。理论分析和仿真结果表明，最优中继选择方案可有效保障系统的安全性能。

关键词: 物理层安全, 中继选择, 放大转发, 译码转发, 中断概率

Abstract:

Optimal relay selection can effectively improve the system performance in the communication network with cooperative relays from the view of physical layer security.The optimal relay selection schemes for relay transmission system with multiple single-antenna eavesdroppers were investigated,and the differences between the amplify-and-forward (AF) protocol and the decode-and-forward (DF) protocol were we discussed and compared separately.For comparison,the direct transmission without relay was also discussed.The theoretical analysis and simulation results show that the optimal relay selection scheme can effectively guarantee the security of the system.

Key words: physical layer security, relay selection, amplify-and-forward, decode-and-forward, outage probability

中图分类号:

TP391

冯友宏,杨志,丁绪星,岳雪峰,李琦琦,谢小娟. 无线协作网络中的最优中继选择方案及中断概率分析[J]. 电信科学, 2018, 34(11): 87-95.

Youhong FENG,Zhi YANG,Xuxing DING,Xuefeng YUE,Qiqi LI,Xiaojuan Xie. Optimal relay selection scheme and outage probability analysis in cooperative wireless networks[J]. Telecommunications Science, 2018, 34(11): 87-95.

图/表 5

参考文献 17

[1]	WYNER A D . The wiretap channel[J]. Bell Syst.Tech.J., 1975,54(8): 1355-1387.
[2]	>LEUNG-YAN-LEUNG-YAN-CHEONG S K , HELLMAN M E . The Gaussian wiretap channel[J]. IEEE Transactions on Information Theory, 1978,24(4): 451-456.
[3]	CSISZAR I , KORNER J . Broadcast channels with confidential messages[J]. IEEE Transactions on Information Theory, 1978,24(3): 339-348.
[4]	LAI L , GAMAL H E . The relay-eavesdropper channel:cooperation for secrecy[J]. IEEE Transactions on Information Theory, 2008,54(9): 4005-4019.
[5]	EKREM E , ULUKUS S . Secrecy in cooperative relay broadcast channels[J]. IEEE Transactions on Information Theory, 2011,57(1): 137-155.
[6]	DONG L , HAN Z , PETROPULU A P ,et al. Improving wireless physical layer security via cooperating relays[J]. IEEE Transactions on Signal Processing, 2010,58(3): 1875-1888.
[7]	韩帅, 台祥雪, 孟维晓 . 空天地通信网络的物理层安全系统模型与关键技术[J]. 电信科学, 2018,34(3): 23-31.
	HAN S , TAI X X , MENG W X . Physical layer security for the air-space-ground communication networks[J]. Telecommunications Science, 2018,34(3): 23-31.
[8]	LANWMAN J N , TSE D N C , WORNELL G W . Cooperative diversity in wireless networks:efficient protocols and outage behavior[J]. IEEE Transactions on Information Theory, 2004,50(12): 3062-3080.
[9]	BLETSA A , SHIN H , WIN M Z . Cooperative communications with outage-optimal opportunistic relaying[J]. IEEE Transactions on Wireless Communications, 2007,6(9): 3450-3460.
[10]	ZOU Y , WANG X , SHEN W . Optimal relay selection for physical-layer security in cooperative wireless networks[J]. IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 2013,31(10): 2099-2111.
[11]	ZOU Y , WANG X , SHEN W . Intercept probability analysis of cooperative wireless networks with best relay selection in the presence of eavesdropping attack[C]// The 2013 IEEE Internation Conference on Communications,June 7-9,2013,Budapest,Hungary. Piscataway:IEEE Press, 2013.
[12]	BAO V N Q , LINH T N , DEBBAH M . Realy selection schemes for dual-hop networks under security constraints with multiple eavesdroppers[J]. IEEE Transactions on Wireless Communications, 2013,12(12): 6076-6085.
[13]	周巍, 高锐锋, 吉晓东 ,等. 基于协作干扰的全双工中继系统混合安全传输协议[J]. 电信科学, 2017,33(1): 16-23.
	ZHOU W , GAO R F , JI X D ,et al. A hybrid cooperative jamming protocol for full-duplex relay wiretap system[J]. Telecommunications Science, 2017,33(1): 16-23.
[14]	JU M C , HWANG K S , SONG H K . Relay selection of cooperative diversity networks with interference-limited destination[J]. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2013,62(9): 4658-4665.
[15]	赵耀环, 谢梦非, 尚勇 . 物理层安全中的最优中继选择及协同干扰策略[J]. 电子学报, 2015,43(4): 791-794.
	ZHAO Y H , XIE M F , SHANG Y . Cooperative Jamming with optimal relay selection and power allocation for physical layer security[J]. Acta Electronica Sinica, 2015,43(4): 791-794.
[16]	阳俐君, 曹张华, 张士兵 ,等. 单窃听双跳协作网络的中继选择方案及其性能分析[J]. 重庆邮电大学学报（自然科学版）, 2016,28(5): 648-657.
	YANG L J , CAO Z H , ZHANG S B ,et al. Relay selection schemes for dual-hop cooperative networks with an eavesdropper and their performance analysis[J]. Journal of Chongqing University of Posts and Telecommunications(Natural Science Edition), 2016,28(5): 648-657.
[17]	YANG L , CHEN J , JIANG H ,et al. Optimal relay selection for secure cooperative communications with an adaptive eavesdropper[J]. IEEE Transactions on Wireless Communications, 2017,16(1): 26-41.

无线协作网络中的最优中继选择方案及中断概率分析

Optimal relay selection scheme and outage probability analysis in cooperative wireless networks

在线阅读

PDF下载

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 5

参考文献 17

相关文章 15

Metrics

推荐阅读 0

[1]	沈静洁, 李光球, 罗延翠, 刘会芝. 过时CSI下全双工中继辅助D2D网络的物理层安全[J]. 电信科学, 2023, 39(3): 89-99.
[2]	丁一凡, 李光球, 李辉. NOMA-D2D协作无线系统的物理层安全[J]. 电信科学, 2022, 38(9): 83-94.
[3]	李良, 杨新杰. 一种基于多跳D2D和社交感知的新颖中继选择算法[J]. 电信科学, 2022, 38(8): 101-110.
[4]	丁一凡, 李光球, 李辉. 窃听者随机分布SWIPT-NOMA系统的物理层安全[J]. 电信科学, 2022, 38(3): 133-142.
[5]	陈健锋, 崔苗, 张广驰, 武庆庆, 曾慧. 双智能反射平面辅助无线携能通信系统的安全通信优化[J]. 电信科学, 2022, 38(1): 47-60.
[6]	程英, 李光球, 沈静洁, 韦亮. MF中继选择系统的物理层安全性能[J]. 电信科学, 2021, 37(9): 95-104.
[7]	徐赛, 韩帅, 孟维晓. 一种基于合作干扰的主窃信道安全传输方法[J]. 电信科学, 2021, 37(6): 105-114.
[8]	闫富朝,刘怡良,韩帅,孟维晓. 空天地通信网络中物理层安全技术综述[J]. 电信科学, 2020, 36(9): 1-13.
[9]	淡振雷,吴雪雯,欧阳键,汪萧萧,顾晨伟,林敏. 基于门限判断DF协议的多无人机中继传输中断性能分析[J]. 电信科学, 2020, 36(8): 103-111.
[10]	钱辉,李光球,丁一凡. 随机位置窃听场景下SWIPT系统的物理层安全性能[J]. 电信科学, 2020, 36(5): 65-72.
[11]	刘芳,王亚娟,赖峥嵘,刘元安. 全双工无线通信系统的智能安全中继选择策略[J]. 电信科学, 2020, 36(10): 79-86.
[12]	孙启超,包建荣,刘超,姜斌,朱芳,何剑海. 改进的极化选择译码转发中继协作[J]. 电信科学, 2020, 36(1): 77-87.
[13]	任婷洁,李光球,程英. 多中继与多用户选择的中继系统安全性能分析[J]. 电信科学, 2019, 35(8): 111-119.
[14]	涂山山,于金亮,孟远,WWAQAS M,刘雷. 面向5G雾计算中基于Q-learning的安全中继节点选择方法[J]. 电信科学, 2019, 35(7): 60-68.
[15]	江涛,李光球,蔡建辉. CE-OFDM调制中继选择AF系统的误码性能[J]. 电信科学, 2019, 35(12): 57-66.