基于稳定匹配的认知无线网络协作物理层安全机制

doi:10.3969/j.issn.0372-2112.2018.05.011

电子学报 ›› 2018, Vol. 46 ›› Issue (5): 1095-1100.DOI: 10.3969/j.issn.0372-2112.2018.05.011

基于稳定匹配的认知无线网络协作物理层安全机制

冯晓峰, 高新波, 宗汝

西安电子科技大学电子工程学院综合业务网及关键技术国家重点实验室, 陕西西安 710071

收稿日期:2017-05-09 修回日期:2017-08-03 出版日期:2018-05-25
- 作者简介:
- 冯晓峰 男,1986年1月出生于河南省信阳市,现为西安电子科技大学电子工程学院博士研究生,主要研究方向为认知无线网络、物理层安全.E-mail:fengxiaofeng1986@163.com;高新波 男,博士,教育部长江学者特聘教授,国家杰出青年科学基金获得者.1972年8月出生于山东莱芜市,现任综合业务网理论及关键技术国家重点实验室主任,西安电子科技大学模式识别与智能系统学科负责人,科技部重点领域创新团队负责人、教育部创新团队负责人,IET Fellow、CIE Fellow、IEEE高级会员、中国电子学会青年科学家俱乐部副主席、中国计算机学会理事、中国图象图形学学会常务理事、陕西省图象图形学学会副理事长.目前主要从事多媒体内容分析、机器学习和模式识别等领域的研究和教学工作.E-mail:xbgao@mail.xidian.edu.cn;宗汝男,工程师,1981年6月出生于河南省平顶山市,现为西安电子科技大学电子工程学院电工电子教学基地教师,主要研究方向为无线通信、异构无线网络以及博弈论和拍卖理论.E-mail:zongru@mail.xidian.edu.cn
- 基金资助:
- 国家重点研发计划 (No.2016QY01W0204）; 陕西省重点产业创新链项目-工业领域 (No.2016KTZDGY-02）; 国家高层次人才特殊支持计划 (No.CS31117200001）; 通信网信息传输与分发技术重点实验室2017基金项目 (No.61421040307）

A Stable Matching Based Physical Layer Security Scheme for Cognitive Radio Networks

FENG Xiao-feng, GAO Xin-bo, ZONG Ru

State Key Laboratory of Integrated Services Networks, School of Electronic Engineering, Xidian University, Xi'an, Shaanxi 710071, China

Received:2017-05-09 Revised:2017-08-03 Online:2018-05-25 Published:2018-05-25
- Supported by:
- National Key Research and Development Program of China (No.2016QY01W0204); Industry Chain Program of Key Industries Innovation of Shaanxi Province - Industrial Field (No.2016KTZDGY-02); National High-level Talents Special Support Plan of China (No.CS31117200001); Key Laboratory of Transmission and Distribution Technology of Communication Network Information in 2017 (No.61421040307)

摘要/Abstract

摘要： 在Underlay认知无线网络中，次用户被允许在主用户进行数据发送时接入主用户的频谱.此时，主用户将对次用户和窃听者造成干扰.利用协作干扰技术，主用户产生的干扰可以被用来改善次用户的物理层安全.基于此，本文针对包含多个主次用户的Underlay认知无线网络，提出了一种新的协作物理层安全机制.为了在保证主用户通信质量的前提下，最大化网络中次用户的总的安全容量，该机制将对次用户进行合理的频谱接入选择和功率控制.另外，考虑到个体理性和自私性对于频谱接入稳定性的影响，该机制利用稳定匹配理论将频谱接入选择问题建模为一对一的双边匹配问题，通过构建主次用户之间的稳定匹配来保证频谱接入的稳定性.仿真结果表明，使用本文所提安全机制，可以在保证主用户通信质量的前提下，稳定而又有效地改善网络中次用户获得的总的安全容量.

关键词: 认知无线网络, 物理层安全, 斯塔克伯格博弈, 稳定匹配

Abstract: In an underlay cognitive radio network,secondary user (SU) is allowed to access the spectrum when the primary user (PU) is transmitting.At this time,both of SU and eavesdropper will be interfered by PU.Using cooperative jamming technology,the interference produced by PU can be used to improve the physical layer security of SU.Based on this,a novel cooperative physical layer security scheme will be proposed for an underlay cognitive radio network with multiple PUs and SUs.In the proposed scheme,in order to maximize the total security capacity obtained by all SUs under the premise of guarantee of PUs' communication quality,a suitable spectrum access and power control method is designed for SU.Moreover,considering the impact on the access stability of individual rational and selfish,the spectrum access selection problem is formulated as a one-to-one two-side matching.The stability of spectrum access can be guaranteed through building a stable matching between PUs and SUs.The simulation results show that through using the proposed scheme,the communication quality of PU can be guaranteed,and the total secrecy capacity obtained by all SUs can be efficiently improved.

Key words: cognitive radio networks, physical layer security, stackelberg game, stable matching

中图分类号:

TN915

冯晓峰, 高新波, 宗汝. 基于稳定匹配的认知无线网络协作物理层安全机制[J]. 电子学报, 2018, 46(5): 1095-1100.

FENG Xiao-feng, GAO Xin-bo, ZONG Ru . A Stable Matching Based Physical Layer Security Scheme for Cognitive Radio Networks[J]. Acta Electronica Sinica, 2018, 46(5): 1095-1100.

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基于稳定匹配的认知无线网络协作物理层安全机制

A Stable Matching Based Physical Layer Security Scheme for Cognitive Radio Networks

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