1.一种基于电力线通信的多跳数据安全传输方法,应用于台区的移动终端和电能表之间的通信数据传输,其特征在于,包括以下步骤:
s1.获取多跳宽带电力线上各个通信信道的信道状态信息和通信参数,依据各个所述通信参数构建与每个所述通信信道一一对应的信道传递函数,各个所述通信参数结合mk模型对各个所述信道传递函数构建实际信道模型;
s2.依据所述实际信道模型建立电力线通信系统模型;
s3.将联合收发矩阵输入所述电力线通信系统模型中得到目标函数;
s4.对所述目标函数采用迭代分布式算法进行优化求解,得到所述电力线通信系统模型上多跳数据安全传输的安全速率。
2.根据权利要求1所述的基于电力线通信的多跳数据安全传输方法,其特征在于,所述通信参数包括各个所述通信信道的路径数量、路径的传输距离、信号频率和通信节点;
其中,所述通信节点能用于窃听用户窃取所述通信信道上的传输数据。
3.根据权利要求2所述的基于电力线通信的多跳数据安全传输方法,其特征在于,根据如下公式作为多跳宽带电力线的所述实际信道模型:
其中,i为路径的编号,gi为每条路径的加权系数且数值为不大于1的自然数,a(f,di)为所述通信信道的衰减系数,α0、α1和k均是衰减参数,k为0.5~1,di为第i条路径的传输距离,τi为路径i上的时延
4.根据权利要求2所述的基于电力线通信的多跳数据安全传输方法,其特征在于,所述电力线通信系统模型包括发射端、中继和接收端,基于加性高斯白噪声对所有的用于接收数据的所述通信节点的均值为零和方差σ2进行处理,得到所述发射端、所述中继和所述接收端它们之间链路的信道矩阵。
5.根据权利要求1所述的基于电力线通信的多跳数据安全传输方法,其特征在于,所述联合收发矩阵包括发射预编码矩阵、中继编码矩阵和接收滤波矩阵;所述目标函数包括各发射功率的约束、通信通道数的约束以及对窃听用户均方误差的约束,在满足发射端和中断端的传输功率约束,所述目标函数为:
s.t.∶msee,k≥εk
其中,k为不小于1的自然数,{uk}为所述发射预编码矩阵,{vm}为所述中继编码矩阵,{wk}为所述接收滤波矩阵,{we,k}为所述窃听用户的接收滤波矩阵,msek为接收端对所述多跳宽带电力线上传输数据的均方误差,msee,k为所述窃听用户对传输数据的均方误差,
6.根据权利要求5所述的基于电力线通信的多跳数据安全传输方法,其特征在于,根据所述迭代分布式算法对所述目标函数进行优化求解的步骤包括:
s41.对所述发射预编码矩阵和所述中继编码矩阵的矩阵变量设置初始值,并采用所述迭代分布式算法计算出所述接收滤波矩阵的最优线性矩阵;
s42.根据所述目标函数,求解得到所述窃听用户的优化接收滤波矩阵;
s43.基于所述最优线性矩阵、所述优化接收滤波矩阵和在所述步骤s41迭代得到的所述中继编码矩阵,再采用所述迭代分布式算法计算得到优化后的发射预编码矩阵;
s44,基于所述最优线性矩阵、所述优化接收滤波矩阵和所述优化后的发射预编码矩阵,采用所述迭代分布式算法计算得到优化后的中继编码矩阵。
7.根据权利要求6所述的基于电力线通信的多跳数据安全传输方法,其特征在于,根据所述迭代分布式算法计算步骤包括:
s01.初始化,设置迭代计数器n=0,接收端的均方误差tmse(n)=0,所述发射预编码矩阵和所述中继编码矩阵的矩阵变量设置初始值为
s02.根据所述目标函数获得的所述发射预编码矩阵
s03.根据所述步骤s02中迭代获得的
s04.根据获得的
s05.若tmse(n+1)-tmse(n)≤ξ,结束所述迭代分布式算法计算;若tmse(n+1)-tmse(n)>ξ,n=n+1,执行所述步骤s02;
其中,ξ为给定的前后两次迭代的数值差。
8.根据权利要求6所述的基于电力线通信的多跳数据安全传输方法,其特征在于,根据所述最优线性矩阵、所述优化后的中继编码矩阵和所述优化后的发射预编码矩阵求解所述窃听用户和合法用户接收端的通信速率,根据以下公式求解得出所述合法用户接收端的通过所述多跳宽带电力线传输数据的安全速率,且安全速率大于0;安全速率的公式为:
ratedk=max(0,comdk)-max(0,come),k=1,......k
其中,comdk为所述合法用户接收端的通信速率,come为所述窃听用户的通信速率。
9.一种基于电力线通信的多跳数据安全传输装置,应用于台区的移动终端和电能表之间的通信数据传输,其特征在于,包括:
实际信道模型单元,用于根据获取多跳宽带电力线上各个通信信道的信道状态信息和通信参数,依据各个所述通信参数构建与每个所述通信信道一一对应的信道传递函数,各个所述通信参数结合mk模型对各个所述信道传递函数构建实际信道模型;
电力线通信系统模型单元,用于依据所述实际信道模型建立电力线通信系统模型;
建立目标函数单元,用于将联合收发矩阵输入所述电力线通信系统模型中得到目标函数;
计算单元,用于根据所述目标函数采用迭代分布式算法进行优化求解,得到所述电力线通信系统模型上多跳数据安全传输的安全速率。
10.一种设备,其特征在于,包括处理器以及存储器;
所述存储器,用于存储程序代码,并将所述程序代码传输给所述处理器;
所述处理器,用于根据所述程序代码中的指令执行权利要求1-8任一项所述的基于电力线通信的多跳数据安全传输方法。