Nakagami-m衰落信道下认知中继网络的安全性与可靠性优化策略

"本文研究了在Nakagami-m衰落信道下认知中继网络的安全性与可靠性折中方案，特别关注了存在窃听攻击的情况。通过采用最佳中继选择策略，旨在最大化主链路的安全信道容量，从而提高整体网络的安全性和可靠性。与直接传输方案对比，提出的方案在SRT性能上表现出优越性，且随中继数量增加及Nakagami信道衰落因子m增大，其性能显著提升。" 在无线通信领域，认知无线电网络(Cognitive Radio Networks, CRNs)被广泛研究以解决频谱资源紧张的问题。这种网络允许非授权用户在不干扰授权用户的前提下利用空闲频段进行通信。在认知中继网络中，中继节点可以协助源节点与目的节点之间的数据传输，提高通信效率和可靠性。然而，这样的网络也面临着安全挑战，如窃听攻击。 Nakagami-m衰落信道是一种广义模型，可以描述多种无线环境中的信号衰落，包括Rayleigh、Rician等特殊情况。m值表示信道的多径分量强度分布的集中程度，m=1对应Rayleigh衰落，m>1表示有更强烈的直射成分，即Rician衰落。在Nakagami-m衰落环境中，信道条件会频繁变化，对通信系统的性能有很大影响。 针对安全问题，物理层安全(Physical Layer Security, PLS)提供了一种不同于传统加密方法的保护手段，它利用无线信道的随机特性来保证信息的机密性。在认知中继网络中，解码转发(Decode-and-Forward, DF)策略是一种常用的中继策略，中继节点先解码接收到的信息，然后转发给目的节点，这有助于对抗窃听攻击。 论文提出的安全性与可靠性折中方案主要目标是最大化主链路的信道容量，同时考虑到窃听者的存在。最佳中继选择方案(Best Relay Selection, BRS)在此背景下尤为重要，通过智能地选择一个或多个中继，可以有效增强源节点到目的节点的信号传输，同时降低被窃听的风险。 数值仿真的结果证明了该方案的有效性，不仅在SRT性能上优于传统的直接传输方案，而且随着中继数量的增加，网络的整体安全性与可靠性得到提升。特别是在一定的中继数下，当Nakagami-m衰落因子m增大时，表明网络更能抵抗信道波动的影响，进一步提升了性能。 这项研究为认知中继网络在安全性和可靠性方面提供了新的优化策略，特别是在面临窃听攻击时，通过最佳中继选择能够显著改善系统的性能，对于设计更安全、可靠的无线通信系统具有重要的理论与实践意义。