1表示第j个用户在第i个信 息包时解码失败；
[0048] C)基站端记录编码结构矩阵P中的全0行和全1行的行标，并分别存储于矩阵 ln_0 和ln_l中；
[0049] d)当ln_l非空时，则将ln_0中的全部元素与ln_l中的随机一个元素所对应编号 的信息包进行异或操作，并将异或操作的结果作为下一时隙的校验包符号输出；
[0050] 当ln_l为空时，则判断ln_0中元素个数是否小于等于k/8,当ln_0中元素个数小 于等于k/8时，则查找编码结构矩阵P中行和最大对应的行标，并将该行标对应编号的信息 包与ln_0的全部元素对应编号的信息包进行异或操作，并异或操作的结果作为下一时隙 的校验包符号输出；
[00川当ln_l为空时，且当ln_0中元素个数大于k/8时，则将编码结构矩阵P去掉全0 行后得到的矩阵中行和最小对应的行标组成的矩阵记作min_line，并将矩阵min_line的 元素个数记为Num_min_line，从矩阵min_line中选出行数最多的若干行，其中，选择出来 的所有行所组成的矩阵中各列和均小于2,然后将选择出来的行的行标对应编号的信息包 与ln_0中的全部元素对应编号的信息包进行异或操作，并将异或操作的结果作为下一时 隙的校验包符号输出。
[0052] 步骤4)中对第i个用户成功接收的校验包进行解码，并将解码得到的信息添加到 已解码信息包序列号集合Di中的具体操作为：
[0053] 在第i个用户的所有校验包中找到度为1的校验包，若第i个用户的 所有校验包…中没有度为1的校验包时，则基站端在第P个时隙对第i个用户的模 拟解码操作终止；若第i个用户的所有校验包中存在度为1的校验包S。时，令 Sg二，其中，EI，将校验包S。与所有和校验包S。有联系的校验包进 行异或操作，再删除所有与校验包S。有联系的校验包，然后将异或操作的结果作为新的校 验包s。加入已解码信息包序号集合D1中。
[0054] 步骤a)中确定各用户未成功解码信息包序号集合的具体操作为：
[0055] 设k个信息包组成的序列集合为I={si，S2, . . .，SiJ，前一时隙基站端的得到的已 成功解码信息包序号集合为〇1，则未成功解码信息序号包集合为：
[0056] Ui=CiDiO 阳057] 仿真实验
[0058] 考虑蜂窝网络中的多媒体多播场景，整个蜂窝网络中有一个基站和M个（M最大取 100)多播用户均匀随机分布在一个半径为1的圆内，且我们假设在半径为0.Ol的圆内无多 播用户的分布，基站、用户均使用单天线，链路间存在路径损耗和瑞利衰落CN(0, 1)，路径损 耗系数n= 2. 6,瑞利衰落为均值为0、方差为1的复高斯分布。假设整个多播过程的系统 SNR为20地，P,/N。= 20地，P,为基站的发射功率，N。为高斯白噪声的方差。
[0059] 图3及图4分别为当窃听者处于不同位置时，窃听者截获概率、基站端传输效率两 个指标下的对比曲线图。在图3及图4的仿真中，基站端待传输的多媒体业务流所划分的 合法用户数目为k= 128,多播用户个数为M= 100,仿真中统计IO3次实现，对比方案是传 统LT喷泉编码方法。
[0060] 参考图3,当Eve处于不同位置时，从窃听者截获概率的对比曲线图中可W看出： 随着Eve与Alice之间距离的增加，本发明的Eve端截获概率性能远低于传统LT喷泉编码 方法，因而实现较高的安全无线数据传输。
[0061]参考图4,，当Eve处于不同位置时，本发明在基站端传输效率性能方面明显优于 传统的LT喷泉编码方法；此外，本发明的基站端传输效率不随Eve与Alice距离的增加而 变化，基本维持在35%左右。 阳06引参考图5及图6,Eve所处位置为（1，0)，即Bob、Eve与Alice之间的距离相等，且 仿真中统计IO4次实现，图5及图6分别讨论了窃听者截获概率和基站端传输效率随合法 用户个数变化的对比曲线图。
[0063]参考图5,，随着合法用户数目的增加，本发明在窃听者截获概率方面远优于传统 LT喷泉编码方法；且截获概率随合法用户数目的增加而增加。
[0064] 参考图6,随着合法用户数目的增加，本发明在基站端传输效率指标上远高于传统 LT喷泉编码方法，且基站端传输效率随合法用户数目的增加而降低。 阳0化]综上所述，本发明方法在窃听者截获概率和基站端传输效率两个指标上均优于传 统LT喷泉编码方法。
【主权项】
1. 一种基于喷泉编码的保障多媒体多播安全传输方法，其特征在于，包括以下步骤： 1) 将待传输的多媒体业务流划分为k个信息包S1,s2, ...，Sk，其中，一个信息包在一个 传输间隙进行编码及传输； 2) 在当前传输间隙Ts内基站端采用喷泉编码方法对该传输间隙对应的信息包进行编 码，得校验包； 3) 在当前传输间隙Tsft基站端向所有多播组用户广播步骤2)得到的校验包； 4) 当第i个用户接收到所述校验包时，则对外广播一个ACK信号，告知基站端第i个用 户已成功接收所述校验包，基站端将第i个用户成功接收的校验包添加到成功接收校验包 集合中，同时对第i个用户成功接收的校验包进行解码，并将解码得到的信息添加到已解 码信息包序号集合D1*，其中，iG[1，M]，M为能够成功接收到校验包的用户数； 5) 重复步骤2)、3)、4)及5)，直至k个信息包传输完为止； 6) 基站端判断各已解码信息包序号集合中的元素个数是否为k，当各已解码信息包序 号集合中的元素个数均不为k时，则重复步骤2)、3)、4)、5)及6);当已解码信息包序号集 合中的元素个数均为k时，则完成多媒体业务流的传输。2. 根据权利要求1所述的基于喷泉编码的保障多媒体多播安全传输方法，其特征在 于，步骤3)中在当前传输间隙Ts内基站端以固定功率向所有多播组用户广播步骤2)得到 的校验包。3. 根据权利要求2所述的基于喷泉编码的保障多媒体多播安全传输方法，其特征在 于，基站端以固定功率通过数据链路层的CRC编码以及物理层的信道编码后经信道将校验 包发送给所有多播组用户。4. 根据权利要求1所述的基于喷泉编码的保障多媒体多播安全传输方法，其特征在 于，步骤2)中的喷泉编码方法的具体操作为： a) 基站端根据前一时隙内更新的M个已成功解码信息包序号集合D1,D2,...Dm分别确 定各用户未成功解码信息包序号集合，得所有用户的信息包编码信息； b) 基站端根据步骤1)得到的所有用户的信息包编码信息设置编码结构矩阵P，其中， P为kXM阵，k为合法用户数目，编码结构矩阵P中第j个用户第i个信息PljG{〇, 1}，pu =〇表示第j个用户在第i个信息包时解码成功，P,= 1表示第j个用户在第i个信息包 时解码失败； c) 基站端记录编码结构矩阵P中的全O行和全1行的行标，并分别存储于矩阵ln_0和 ln_l中； d) 当ln_l非空时，则将ln_0中的全部元素与ln_l中的随机一个元素所对应编号的信 息包进行异或操作，并将异或操作的结果作为下一时隙的校验包符号输出； 当ln_l为空时，则判断ln_0中元素个数是否小于等于k/8,当ln_0中元素个数小于等 于k/8时，则查找编码结构矩阵P中行和最大对应的行标，并将该行标对应编号的信息包与 ln_〇的全部元素对应编号的信息包进行异或操作，并异或操作的结果作为下一时隙的校验 包符号输出； 当ln_l为空时，且当ln_0中元素个数大于k/8时，则将编码结构矩阵P去掉全O行 后得到的矩阵中行和最小对应的行标组成的矩阵记作min_line，并将矩阵min_line的元 素个数记为Num_min_line，从矩阵min_line中选出行数最多的若干行，其中，选择出来的 所有行所组成的矩阵中各列和均小于2,然后将选择出来的行的行标对应编号的信息包与ln_0中的全部元素对应编号的信息包进行异或操作，并将异或操作的结果作为下一时隙的 校验包符号输出。5. 根据权利要求1所述的基于喷泉编码的保障多媒体多播安全传输方法，其特征在 于，步骤4)中对第i个用户成功接收的校验包进行解码，并将解码得到的信息添加到已解 码信息包序列号集合D1*的具体操作为： 在第i个用户的所有校验包中找到度为1的校验包，若第i个用户的所有 校验包中没有度为1的校验包时，则基站端在第P个时隙对第i个用户的模 拟解码操作终止；若第i个用户的所有校验包 <，…夂^中存在度为1的校验包\时，令 & = ,其中，G ，将校验包sn与所有和校验包Sn有联系的校验包进行 异或操作，再删除所有与校验包\有联系的校验包，然后将异或操作的结果作为新的校验 包sn加入已解码信息包序号集合Di中。6. 根据权利要求1所述的基于喷泉编码的保障多媒体多播安全传输方法，其特征在 于，步骤a)中确定各用户未成功解码信息包序号集合的具体操作为： 设k个信息包组成的序列集合为I= {Sl，s2, ...，sk}，前一时隙基站端的得到的已成功 解码信息包序号集合为D1,则未成功解码信息序号包集合为： U1= CA〇
【专利摘要】本发明公开了一种基于喷泉编码的保障多媒体多播安全传输方法，包括：1)将待传输的多媒体业务流划分为k个信息包；2)在当前传输间隙Ts内基站端采用喷泉编码方法对该传输间隙对应的信息包进行编码，得校验包；3)在当前传输间隙Ts内基站端向所有多播组用户广播步骤2)得到的校验包；4)基站端将第i个用户成功接收的校验包添加到成功接收校验包集合中，同时对第i个用户成功接收的校验包进行解码，并将解码得到的信息添加到已解码信息包序号集合Di中；5)重复步骤2)、3)及4)，直至k个信息包传输完为止；6)当已解码信息包序号集合中的元素个数均为k时，则完成多媒体业务流的传输。本发明能够传输效率高，并且安全性和可靠性较高。
【IPC分类】H04L9/00, H04L29/06, H04W12/02
【公开号】CN105141412
【申请号】CN201510628396
【发明人】杜清河, 李婉瑜, 孙黎, 任品毅, 王熠晨
【申请人】西安交通大学
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年9月28日