复杂干扰环境下无人机辅助的物联网通信中安全传输设计

In view of the requirements of Internet of Things (IoT) for remote interconnection, mass equipment access, and large communication capacity, combined with the advantages of wide coverage, flexible mobility, and line-of-sight transmission of unmanned aerial vehicles (UAVs), this work focuses on UAV-assisted IoT communications and aims at solving the difficulties and challenges brought by the complex interference environment caused by intra-layer/inter-layer hybrid co-channel interference and malicious interference to the secure transmission of IoT. The following problems are well investigated in this work.. Firstly, we analyze the spatial distribution of multiple types of interferers in the aerial-ground heterogeneous network and the transmission characteristics of different interference links, and establish a mathematical model for the complex interference environment. Then, we study the mechanism of the malicious eavesdropping of malicious users on the secure transmission performance of the desired communication, and build the constraint relationship between secure transmission and resource allocation based on the security region. On this basis, combined with the energy-limited characteristics of UAV and IoT nodes, a secure and efficient resource allocation strategy under complex interference environments is designed.. Through the above-mentioned technical research, this work can provide a resource allocation scheme for ensuring the secure transmission of the IoT in a complex interference environment, and provide a secure, energy-efficient and highly reliable UAV access and transmission service for a large number of intelligent devices, which promotes the development and application of the IoT.

针对物联网对于远程互联、海量设备接入、通信容量大的应用需求，结合无人机覆盖范围广、机动灵活、视距传输等优势，本课题面向无人机辅助的物联网通信开展研究，重点解决层内/层间混合共信道干扰及恶意干扰导致的复杂干扰环境对物联网安全传输带来的难点与挑战，具体研究包括：. 首先分析空地异构网络中多类干扰源的空间分布及不同干扰链路的传输特性，建立复杂干扰环境的数学模型；然后，研究恶意用户的非法窃听对目标通信安全传输性能的影响机理，基于安全区域构建安全传输与资源分配的约束关系；在此基础上，结合无人机与物联网节点能量受限的特点，设计适用于复杂干扰环境下的安全高效资源分配策略。. 通过上述技术攻关，可提供复杂干扰环境下保障物联网安全传输的资源分配方案，为海量智能设备提供安全、高能效、高可靠的无人机接入与传输服务，进而推动物联网的发展应用。

针对物联网对于远程互联、海量设备接入、通信容量大的应用需求，结合无人机覆盖范围广、机动灵活、视距传输等优势，本项目面向无人机辅助的物联网通信开展研究，重点解决频谱资源受限导致的层内/层间混合共信道干扰环境以及节点能量资源受限对物联网安全传输带来的难点与挑战，具体研究内容如下：.1. 提出了一种面向空地异构双层网络的混合共信道干扰建模方法。针对网络结构多层、异构、互补的特点对于共信道干扰分析带来的挑战，从形成共信道干扰的原因入手分析，将复杂的混合共信道干扰建模问题分解为层内与层间共信道干扰建模问题。具体来讲，首先对无人机网络层内共信道累积干扰进行建模分析。在此基础上，分析了层内与层间组成的混合共信道干扰模型。.2. 提出了一种基于安全中断概率的安全区域分析方法。针对安全传输这一定性目标无法直观指导资源分配优化方向，导致优化约束不明确、优化数学模型建立困难等问题，提出了一种安全区域的概念。该变量的提出能够直观地表示实现最优资源分配后的效果，引导后续的资源分配的优化方向，为建立安全传输目标与资源分配间的约束关系提供了桥梁作用。.3. 提出了一种面向安全区域和能量效率的资源分配策略。在上述安全区域分析基础上，针对不同窃听者位置信息条件，设计了以最小化安全中断概率为目标的传输方案。在此基础上，以能效为优化目标，对复杂干扰下的功率分配算法进行了设计。. 研究成果可实现复杂干扰环境下无人机辅助的物联网通信安全传输，进一步扩大物联网的覆盖范围、延长网络寿命、增强系统容量，为物联网的发展应用提供强有力的支撑。