本發(fā)明屬于無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，涉及d2d用戶(hù)通信的安全性，具體涉及一種基于博弈論的提升d2d通信網(wǎng)絡(luò)安全和質(zhì)量的方法。

背景技術(shù)：

device-to-device(d2d)通信作為下一代無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的核心技術(shù)之一，帶動(dòng)了無(wú)線(xiàn)蜂窩網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。傳統(tǒng)的蜂窩網(wǎng)絡(luò)面臨著資源分配緊張，頻譜利用率難以進(jìn)一步提高，在蜂窩用戶(hù)密集情況下通信質(zhì)量差等問(wèn)題。而在蜂窩網(wǎng)絡(luò)中加入d2d技術(shù)，使一部分終端節(jié)點(diǎn)成為d2d節(jié)點(diǎn)后，通過(guò)d2d網(wǎng)絡(luò)與蜂窩網(wǎng)絡(luò)的協(xié)作可以有效提高蜂窩網(wǎng)絡(luò)的頻譜利用率，進(jìn)一步擴(kuò)大蜂窩網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，惠及蜂窩邊緣原本信號(hào)較差的用戶(hù)，并減少核心基站的管理和計(jì)算負(fù)擔(dān)。整體上可以使蜂窩網(wǎng)絡(luò)的性能得到顯著提高。因此，d2d通信技術(shù)引起了業(yè)界的廣泛關(guān)注。

d2d用戶(hù)與蜂窩用戶(hù)復(fù)用一段資源，d2d用戶(hù)將可以直接接收到蜂窩網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)，這其中就會(huì)存在信號(hào)竊聽(tīng)的隱患。如公開(kāi)號(hào)為cn104871444a、名稱(chēng)為“設(shè)備到設(shè)備(d2d)通信的合法監(jiān)聽(tīng)”的發(fā)明公開(kāi)了用于被提供給用戶(hù)設(shè)備(ue)的鄰近服務(wù)(例如，設(shè)備到設(shè)備(d2d)通信)的合法監(jiān)聽(tīng)的技術(shù)。該方法可包括演進(jìn)的節(jié)點(diǎn)b(enb)向第一ue發(fā)送鄰近服務(wù)建立消息以建立與第二ue的d2d通信。enb可向第一ue或第二ue發(fā)送合法監(jiān)聽(tīng)消息以提供d2d通信的合法監(jiān)聽(tīng)。enb可從第一ue或第二ue接收與d2d通信相關(guān)聯(lián)的分組。enb可將從第一ue和第二lie接收到的分組傳輸?shù)胶诵木W(wǎng)(cn)以進(jìn)行復(fù)制。因此如果d2d用戶(hù)為惡意的竊聽(tīng)者，并試圖對(duì)截獲的蜂窩用戶(hù)信息進(jìn)行破解，就會(huì)造成蜂窩用戶(hù)信息的泄露。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)d2d通信與傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)結(jié)合時(shí)面臨的竊聽(tīng)安全風(fēng)險(xiǎn)和基站小區(qū)的效率問(wèn)題，提出一種基于討價(jià)還價(jià)博弈的方法，兼顧傳統(tǒng)蜂窩用戶(hù)和d2d用戶(hù)的收益，綜合提高整個(gè)基站區(qū)域的性能。本發(fā)明使用了討價(jià)還價(jià)博弈，考慮到了算法的計(jì)算時(shí)間因素，模型性能良好，具有較好的應(yīng)用前景。

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種基于博弈論的提升d2d通信網(wǎng)絡(luò)安全和質(zhì)量的方法，具體包含以下步驟：

步驟1：輸入基本的協(xié)議定價(jià)區(qū)間、最大迭代次數(shù)作為閾值數(shù)據(jù)；

步驟2：基于上述閾值進(jìn)行計(jì)算量的初始化；

步驟3：檢查協(xié)議單價(jià)是否滿(mǎn)足閾值條件和評(píng)估函數(shù)，如果滿(mǎn)足則繼續(xù)步驟4，如果不滿(mǎn)足則跳轉(zhuǎn)到步驟6，輸出結(jié)果；

步驟4：檢查當(dāng)前迭代次數(shù)是否達(dá)到閾值，以及協(xié)議單價(jià)的運(yùn)算過(guò)程是否滿(mǎn)足計(jì)算約束，即此輪最優(yōu)最低單價(jià)要小于此輪最優(yōu)最高單價(jià)，如果滿(mǎn)足則繼續(xù)步驟5，如果不滿(mǎn)足則跳轉(zhuǎn)到步驟6，輸出結(jié)果；

步驟5：根據(jù)當(dāng)前迭代次數(shù)，得到衰退函數(shù)，以此計(jì)算此輪中的綜合收益函數(shù)，得出此輪最優(yōu)協(xié)議單價(jià)；

步驟6：輸出計(jì)算結(jié)果，得到全局最優(yōu)協(xié)議單價(jià)和最優(yōu)迭代步數(shù)。

進(jìn)一步，上述評(píng)估函數(shù)進(jìn)行評(píng)估的過(guò)程為：

步驟1：輸入單價(jià)區(qū)間和雙方收益的閥值；

步驟2：判斷雙方收益是否大于閥值，如果大于則判斷雙方收益是否小于極小量，如果不大于則返回布爾值false；

步驟3：判斷雙方收益是否滿(mǎn)足閾值，如果滿(mǎn)足則返回布爾值true，否則返回布爾值false。

進(jìn)一步，上述衰退函數(shù)滿(mǎn)足：

1)是關(guān)于迭代次數(shù)的嚴(yán)格單調(diào)減函數(shù)；

2)當(dāng)開(kāi)始進(jìn)行迭代時(shí)，衰退特性較為明顯，以約束談判雙方盡快達(dá)成協(xié)議，而無(wú)法拖延；

3)當(dāng)步數(shù)到達(dá)一定次數(shù)后，衰退性質(zhì)逐漸減弱，當(dāng)步數(shù)為正無(wú)窮大時(shí)，衰退函數(shù)為零，此時(shí)雙方收益為零。

上述衰退函數(shù)可以根據(jù)使用者的應(yīng)用場(chǎng)景，進(jìn)行不同的設(shè)計(jì)。作為一種啟發(fā)式的算法，可以考慮使用如下函數(shù)形式所述衰退函數(shù)為：

進(jìn)一步，上述綜合收益函數(shù)滿(mǎn)足：

1)是關(guān)于d2d用戶(hù)收益和蜂窩用戶(hù)收益的復(fù)合函數(shù)；

2)當(dāng)雙方未達(dá)成協(xié)議時(shí)，雙方各自收益之和小于雙方達(dá)成協(xié)議時(shí)的系統(tǒng)總收益，即非零和博弈；

3)在定義區(qū)間內(nèi)，綜合效用函數(shù)至少存在一個(gè)極值點(diǎn)；

4)區(qū)間端點(diǎn)可能是極值點(diǎn)，但在評(píng)估函數(shù)的約束下一般較難取得。

需要說(shuō)明的是，上述綜合收益函數(shù)可以根據(jù)后續(xù)應(yīng)用進(jìn)行定制。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：

1，同時(shí)考慮到了蜂窩用戶(hù)和d2d用戶(hù)的收益，保障了了雙方的公平性，并在整體上提升了基站小區(qū)的通信效率和安全性。

2，通過(guò)使用bargaininggame的思路，使得蜂窩用戶(hù)和d2d用戶(hù)能夠就資源分配和激勵(lì)機(jī)制達(dá)成協(xié)議，更加高效地利用基站的無(wú)線(xiàn)通信資源。

3，在算法實(shí)現(xiàn)中考慮到了協(xié)商過(guò)程的時(shí)間因素，通過(guò)約束使得雙方能夠盡快達(dá)成協(xié)議，減少了迭代次數(shù)，在實(shí)際應(yīng)用中可以有效減少計(jì)算時(shí)間，較快地得出結(jié)果。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)模型圖；

圖2為評(píng)估函數(shù)的流程圖；

圖3為迭代算法的示意圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

本發(fā)明針對(duì)d2d用戶(hù)面臨的竊聽(tīng)風(fēng)險(xiǎn)提出一種可以應(yīng)用于d2d融入蜂窩網(wǎng)絡(luò)的方法，能夠較好地提升d2d用戶(hù)通信的安全性，并通過(guò)激勵(lì)機(jī)制，使得蜂窩用戶(hù)也能夠參與調(diào)度過(guò)程，使得蜂窩用戶(hù)也能夠提升通信效率，從而使得整個(gè)基站小區(qū)的網(wǎng)絡(luò)性能得到提高。主要使用人工加擾的方式來(lái)惡化竊聽(tīng)信道，并使用bargaininggame方法來(lái)促使d2d和蜂窩用戶(hù)達(dá)成協(xié)助協(xié)議，得到最優(yōu)的干擾功率的單價(jià)。

本發(fā)明的系統(tǒng)模型如圖1所示，本發(fā)明針對(duì)一個(gè)基站小區(qū)內(nèi)存在多個(gè)d2d用戶(hù)和蜂窩用戶(hù)共存的情況，劃分其為多個(gè)due(d2duserequipment)-to-cue(cellularuserequipment)對(duì)，對(duì)每個(gè)對(duì)進(jìn)行研究，當(dāng)每個(gè)對(duì)達(dá)到最優(yōu)時(shí)，整個(gè)基站的效能也將最優(yōu)。

系統(tǒng)中存在若干惡意的竊聽(tīng)節(jié)點(diǎn)，受害者是d2d用戶(hù)的發(fā)送方，本發(fā)明使用相對(duì)應(yīng)的蜂窩用戶(hù)作為協(xié)助方，進(jìn)行人工加擾(cuejammer)，惡化竊聽(tīng)者的竊聽(tīng)信道，實(shí)現(xiàn)保密容量所需的要求。

由于干擾節(jié)點(diǎn)的自私性，d2d用戶(hù)必需給予蜂窩用戶(hù)一定的好處，激勵(lì)其加擾，其中，d2d用戶(hù)關(guān)注的是自身安全性，蜂窩用戶(hù)關(guān)注的是其通信效率，要同時(shí)滿(mǎn)足雙方的關(guān)切是困難的。雙方各自的收益函數(shù)最終可以歸約成對(duì)于干擾功率單價(jià)的權(quán)衡。

本發(fā)明使用bargaininggame的思想，促使雙方以博弈的形式達(dá)成一項(xiàng)關(guān)于干擾功率單價(jià)的協(xié)議，并加入來(lái)談判時(shí)常的影響，算法中體現(xiàn)為迭代次數(shù)，以此約束雙方盡快達(dá)成協(xié)議，避免拖延。

本發(fā)明中主要涉及到以下幾個(gè)函數(shù)：

1.評(píng)估函數(shù)

用戶(hù)同時(shí)保障d2d用戶(hù)和蜂窩用戶(hù)收益的公平性，評(píng)估協(xié)議單價(jià)是否合理，評(píng)估的過(guò)程如圖2所示。其偽代碼實(shí)現(xiàn)過(guò)程為：

2.衰退函數(shù)

用于促使雙方盡快達(dá)成協(xié)議，是一個(gè)時(shí)間上的約束因子。

3.綜合收益函數(shù)

用戶(hù)綜合評(píng)價(jià)雙方的收益，是基站宏觀收益的一個(gè)體現(xiàn)，綜合收益函數(shù)的構(gòu)成如下所示：

其通過(guò)偽代碼實(shí)現(xiàn)的過(guò)程如下：

1.變量名稱(chēng)：

λmin：協(xié)議談判開(kāi)始的最低單價(jià)；

λmax：協(xié)議談判開(kāi)始的最高單價(jià)；

nthreshold：迭代步數(shù)的閾值限制；

計(jì)算得到的最優(yōu)單價(jià)；

n^*：計(jì)算得到的最少迭代步數(shù)；

ef：評(píng)估函數(shù)；

h：綜合收益函數(shù)；

2.算法步驟如圖3所示，如下：

步驟1)：輸入基本的協(xié)議定價(jià)區(qū)間，迭代步數(shù)等閾值；

步驟2)：基于上述基本值進(jìn)行計(jì)算量的初始化；

步驟3)：檢查協(xié)議單價(jià)是否滿(mǎn)足閾值條件和評(píng)估函數(shù)，如果滿(mǎn)足繼續(xù)步驟4，如果不滿(mǎn)足跳轉(zhuǎn)到步驟6，輸出結(jié)果；

步驟4)：檢查迭代次數(shù)是否達(dá)到閾值，以及協(xié)議單價(jià)的運(yùn)算過(guò)程是否滿(mǎn)足計(jì)算約束，即此輪最優(yōu)最低單價(jià)要小于此輪最優(yōu)最高單價(jià)，如果滿(mǎn)足繼續(xù)步驟5，如果不滿(mǎn)足跳轉(zhuǎn)到步驟6，輸出結(jié)果；

步驟5)：根據(jù)當(dāng)前迭代次數(shù)，得到衰退函數(shù)，以此計(jì)算此輪中的綜合收益函數(shù)，得出此輪最優(yōu)協(xié)議單價(jià)；

步驟6)：輸出計(jì)算結(jié)果，得到全局最優(yōu)協(xié)議單價(jià)和最優(yōu)迭代步數(shù)。