无线网络中高能效的物理层安全信息传输技术研究

With the rapid evolution of wireless communication technologies and the changing business needs of mobile data services, different wireless networks are going to combine each other. The integration and cooperation of heterogeneous networks are the inevitable trends of the network developments at present and in future. In the developments of wireless networks, the problems of information security and energy consumption have become increasingly serious. Physical-layer security theories provide a technological approach from the physical layer of protocol stack to cope with these problems. For the purpose of “green security”, this research project based on physical-layer security theories and green communication technologies, focuses on studying energy-efficient physical-layer security transmission technologies by using the performance metric of secure energy efficiency. From the viewpoints of resource allocation, signal preprocessing, cooperative transmission, and topology control, we will carry out these research works including energy-efficient secure resource allocation, beamforming/precoding, cooperative signal/interference retransmission, and network deployments, to achieve energy-efficient secure information transmission. The research results of this project will be expected to provide technical supports for energy-efficient secure information transmission in some personalized distributed wireless networks, even in future mobile networks, Internet of Things, and Internet of Vehicles.

通信技术的飞速发展和移动业务需求的不断变化，促使各种无线通信网络相互融合发展。异构网络融合发展和异构网络协作共存，将是当前和今后很长一段时间内无线网络发展的必然趋势。在这一发展变化过程中，信息安全问题和网络能耗问题日益突出。物理层安全理论提供了一条从物理层解决信息安全和系统能耗的技术途径。本项目以“绿色的安全”为宗旨，基于物理层安全理论和绿色通信技术，以“安全能效”为指标，致力于高能效的物理层安全传输技术研究，主要从资源分配、信号预处理、协作传输和拓扑控制等多个角度入手，开展高能效的系统资源分配、安全波束成形/预编码、中间节点安全协作、网络节点安全部署等方面的研究工作，在保证基本的安全服务质量要求前提下尽可能地降低能耗，提高能效，从而实现高能效的安全可靠的信息传输。研究成果可以为一些个性化的分布式无线网络，甚至未来移动网、物联网、车联网等实现高能效的安全信息传输提供技术支持。

无人机辅助的无线通信网络和分布式无线传感器网络存在着信息安全问题和能量制约问题。然而，无线通信资源的多维特性、通信节点的分布式特点、无人机移动的可控性和部署的灵活性等特点，为联合解决信息安全和能量制约问题提供了系统优化设计的多维自由度。本项目致力于通过物理层资源优化、通信节点自主协作、无人机最优位置部署、无人机航迹全局规划等技术手段，从多个角度提升系统的信息安全和能量利用效率。主要研究内容概括为以下四个方面：（1）无线网络物理层安全的基本问题和应用前景研究；（2）基于协作中继或协作干扰的资源分配、波束成形物理层安全算法研究；（3）考虑信息安全和能量效率的无人机最优位置实时优化算法研究；（4）高能效的安全的无人机全局航迹规划和资源分配方法研究。本项目的研究成果对于在无人机辅助的移动通信网、物联网、车联网等场景中实现高能效的安全信息传输具有一定的理论指导意义和实际参考价值。