一种实现物理层安全的协作干扰的激励方法及装置与流程

本发明涉及移动通信
技术领域：
，特别涉及一种实现物理层安全的协作干扰的激励方法及装置。
背景技术：
：随着无线通信技术的发展，对信息通信的安全和保障方面提出了更高的要求，特别是近年来，为了实现更广泛的网络覆盖和更快的数据传输速率，协作中继通信被提出并被广泛应用。由于协作节点的引入，使得网络结构开放性更强、结构更加复杂，通信安全面临更大的威胁和挑战。当前中继网络中，网络内的节点为能量有限、具有自私性的无源节点，因此各节点为了各自能源的最优利用，并不愿意主动协作其他节点进行物理层安全通信，基于此，有文献利用博弈论分析了多用户共享单一协作节点时的系统性能。另有学者提出利用斯塔克尔伯格博弈来激励多个协作节点同时为同一源节点提供安全协作服务，采用双层博弈策略，以最大化包括源节点在内的每个节点自身效用。通常，将接受协作服务的节点称之为数据发送节点，接收数据发送节点服务请求的节点称之为目标节点。现有技术中，提出了一个或多个协作节点服务于一个合法数据发送节点的情形，这些均以用户知晓协作节点的具体位置信息为基础，而对于协作节点位置信息不确定的场景并未给出具体解决方案。而在实际的通信情形下，无论是窃听节点还是协作节点，由于节点本身的隐私性与其自身的能量限制，其所处的地理位置并不是实时更新的，因此出现用户并不能实时获得协作节点或窃听节点的具体位置信息，会造成协作节点和数据发送节点的信息不对称性的问题。特别是协作节点的位置，对协作干扰服务能否实现有着极其重要的影响，但是现有的协作干扰激励并未将此考虑在内。技术实现要素：本发明实施例的目的在于提供一种实现物理层安全的协作干扰的激励方法及装置，以解决发送节点在无法获得协作节点具体位置信息的情况下，给出有效的激励策略，在满足合法通信用户间安全容量要求的同时，使得协作节点在不同位置都能获得最大化的收益。为达到上述目的，本发明实施例公开了一种实现物理层安全的协作干扰的激励方法，应用于数据发送节点，所述方法包括：获得目标节点以及窃听节点的位置信息、所述数据发送节点至所述目标节点的第一信道功率增益、所述数据发送节点至所述窃听节点的第二信道功率增益；获得协作节点可能处于的M个位置；针对所述M个位置中的每一位置，根据所述第一信道功率增益、所述第二信道功率增益、处于所述位置的协作节点至所述目标节点的第三信道功率增益、处于所述位置的协作节点至所述窃听节点的第四信道功率增益、以及处于所述位置的协作节点对所述数据发送节点的安全容量的改善效果，判断所述协作节点处于所述位置时是否能够实现安全通信；如果是，将所述位置确定为所述协作节点的备选位置；将所确定的备选位置，根据所述第四信道功率增益进行等级划分；针对每一位置对应的等级，根据自身业务需求、所述位置信息、效益函数以及所述位置对应的等级，利用契约论方法，确定所述协作节点处于所述等级时所能得到的服务报酬以及需要提供的协作干扰功率；广播所确定的每一等级对应的服务报酬以及需要提供的协作干扰功率，以使接收到所述每一等级对应的服务报酬以及需要提供的协作干扰功率的协作节点以与自身位置对应等级的协作干扰功率发送干扰信号。优选的，所述针对所述M个位置中的每一位置，根据所述第一信道功率增益、所述第二信道功率增益、处于所述位置的协作节点至所述目标节点的第三信道功率增益、处于所述位置的协作节点至所述窃听节点的第四信道功率增益、以及处于所述位置对应等级的协作节点对所述数据发送节点的安全容量的改善效果，判断所述协作节点处于所述位置时是否能够实现安全通信，包括：判断所述协作节点处于所述位置时协助所述数据发送节点实现在所述目标节点处的安全容量增量Cs_i是否大于零；如果是，表示所述协作节点处于所述位置时能够实现安全通信；其中，Cs_i=(Csd-Cse)+|Pi≠0-(Csd-Cse)+|Pi=0]]>Csd为所述数据发送节点到所述目标节点的信道容量，表达式为：Csd=log2(1+Pshsdσ2+Pihid)]]>Cse为所述数据发送节点到所述窃听节点的信道容量，表达式为：Cse=log2(1+Pshseσ2+Pihie)]]>hsd、hse、hid、hie分别为所述第一信道功率增益、所述第二信道功率增益、所述第三信道功率增益、所述第四信道功率增益，Ps为所述数据发送节点到所述目标节点的信号发射功率，Pi为所述协作节点对外的预设协作干扰功率，σ2为信道中的高斯白噪声功率。优选的，所述效益函数的具体表达为：R=Σi=1Nβi·(ω·Cs_θi-Tθi)]]>Cs_θi的具体表达式为：Cs_θi=(Csd_i-Cse_i)+|Qθi≠0-(Csd_i-Cse_i)+|Qθi=0]]>Csd_i为所述数据发送节点到所述目标节点的信道容量，表达式为：Csd_i=log2(1+Pshsdσ2+Qθihid)]]>Cse_i为所述数据发送节点到所述窃听节点的信道容量，表达式为：Cse_i=log2(1+Pshseσ2+Qθihie)]]>其中，R为所述数据发送节点的效益；θi为处于第i个备选位置的协作节点对应的等级，Tθi为等级为θi的备选位置的协作节点所能得到的服务报酬，Qθi为等级为θi的备选位置的协作节点对外提供的协作干扰功率，N为所述协作节点的备选位置的个数，βi为协作节点处于第i个备选位置的概率，且对全部所述协作节点的备选位置，存在ω表示每单位安全容量的增加所对应的增益，Cs_θi为所述数据发送节点在等级为θi的备选位置的协作节点激励下，获得的安全容量。优选的，所述协作节点的效益的函数具体表达为：U(θi)＝Tθi-fθi·Qθi其中，U(θi)为处于等级为θi的备选位置的协作节点的效益，Qθi为处于等级为θi的备选位置的协作节点对外的协作干扰功率，fθi为处于等级为θi的备选位置的协作节点每单位功率消耗所对应的效益的降低。为达到上述目的，本发明实施例还公开了一种实现物理层安全的协作干扰的激励装置，应用于数据发送节点，所述装置包括：第一获得模块，用于获得目标节点以及窃听节点的位置信息、所述数据发送节点至所述目标节点的第一信道功率增益、所述数据发送节点至所述窃听节点的第二信道功率增益；第二获得模块，用于获得协作节点可能处于的M个位置；第一判断模块，用于针对所述M个位置中的每一位置，根据所述第一信道功率增益、所述第二信道功率增益、处于所述位置的协作节点至所述目标节点的第三信道功率增益、处于所述位置的协作节点至所述窃听节点的第四信道功率增益、以及处于所述位置的协作节点对所述数据发送节点的安全容量的改善效果，判断所述协作节点处于所述位置时是否能够实现安全通信；第一确定模块，用于所述第一判断模块判断结果为是的情况下，将所述位置确定为所述协作节点的备选位置；等级划分模块，用于将所确定的备选位置，根据所述第四信道功率增益进行等级划分；第二确定模块，用于针对每一位置对应的等级，根据自身业务需求、所述位置信息、效益函数以及所述位置对应的等级，利用契约论方法，确定所述协作节点处于所述等级时所能得到的服务报酬以及需要提供的协作干扰功率；广播模块，用于广播所确定的每一等级对应的服务报酬以及需要提供的协作干扰功率，以使接收到所述每一等级对应的服务报酬以及需要提供的协作干扰功率的协作节点以与自身位置对应等级的协作干扰功率发送干扰信号。优选的，所述第一判断模块包括：第二判断模块和表示模块，所述第二判断模块，用于判断所述协作节点处于所述位置时协助所述数据发送节点实现在所述目标节点处的安全容量增量Cs_i是否大于零；所述表示模块，用于在所述第一判断模块判断结果为是的情况下，表示所述协作节点处于所述位置时能够实现安全通信；其中，Cs_i=(Csd-Cse)+|Pi≠0-(Csd-Cse)+|Pi=0]]>Cd为所述数据发送节点到所述目标节点的信道容量，表达式为：Csd=log2(1+Pshsdσ2+Pihid)]]>Cse为所述数据发送节点到所述窃听节点的信道容量，表达式为：Cse=log2(1+Pshseσ2+Pihie)]]>hsd、hse、hid、hie分别为所述第一信道功率增益、所述第二信道功率增益、所述第三信道功率增益、所述第四信道功率增益，Ps为所述数据发送节点到所述目标节点的信号发射功率，Pi为所述协作节点对外的预设协作干扰功率，σ2为信道中的高斯白噪声功率。优选的，所述效益函数的具体表达为：R=Σi=1Nβi·(ω·Cs_θi-Tθi)]]>Cs_θi的具体表达式为：Cs_θi=(Csd_i-Cse_i)+|Qθi≠0-(Csd_i-Cse_i)+|Qθi=0]]>Csd_i为所述数据发送节点到所述目标节点的信道容量，表达式为：Csd_i=log2(1+Pshsdσ2+Qθihid)]]>Cse_i为所述数据发送节点到所述窃听节点的信道容量，表达式为：Cse_i=log2(1+Pshseσ2+Qθihie)]]>其中，R为所述数据发送节点的效益；θi为处于第i个备选位置的协作节点对应的等级，Tθi为等级为θi的备选位置的协作节点所能得到的服务报酬，Qθi为等级为θi的备选位置的协作节点对外提供的协作干扰功率，N为所述协作节点的备选位置的个数，βi为协作节点处于第i个备选位置的概率，且对全部所述协作节点的备选位置，存在ω表示每单位安全容量的增加所对应的增益，Cs_θi为所述数据发送节点在等级为θi的备选位置的协作节点激励下，获得的安全容量。优选的，所述协作节点的效益的函数具体表达为：U(θi)＝Tθi-fθi·Qθi其中，U(θi)为处于等级为θi的备选位置的协作节点的效益，Qθi为处于等级为θi的备选位置的协作节点对外的协作干扰功率，fθi为处于等级为θi的备选位置的协作节点每单位功率消耗所对应的效益的降低。由上述的技术方案可见，本发明实施例提供的实现物理层安全的协作干扰的激励方法及装置，应用于数据发送节点，获得目标节点以及窃听节点的位置信息、数据发送节点至所述目标节点的第一信道功率增益、数据发送节点至窃听节点的第二信道功率增益；获得协作节点可能处于的M个位置；针对M个位置中的每一位置，根据第一信道功率增益、第二信道功率增益、处于所述位置的协作节点至目标节点的第三信道功率增益、处于所述位置的协作节点至窃听节点的第四信道功率增益、以及处于所述位置的协作节点对数据发送节点的安全容量的改善效果，判断协作节点处于所述位置时是否能够实现安全通信；如果是，将所述位置确定为协作节点的备选位置；将所确定的备选位置，根据第四信道功率增益进行等级划分；针对每一位置对应的等级，根据自身业务需求、所述位置信息、效益函数以及所述位置对应的等级，利用契约论方法，确定所述协作节点处于所述等级时所能得到的服务报酬以及需要提供的协作干扰功率；广播所确定的每一等级对应的服务报酬以及需要提供的协作干扰功率，以使接收到所述每一等级对应的服务报酬以及需要提供的协作干扰功率的协作节点以与自身位置对应等级的协作干扰功率发送干扰信号。应用本发明实施例提供的技术方案，可以解决发送节点在无法获得协作节点具体位置信息的情况下，给出有效的激励策略，在满足合法通信用户间安全容量要求的同时，使得协作节点在不同位置都能获得最大化的收益。当然，实施本发明的任一方法或装置必不一定需要同时达到以上所述的所有优点。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明实施例提供的实现物理层安全的协作干扰的激励方法的一种流程示意图；图2为本发明实施例提供的实现物理层安全的协作干扰的激励装置的一种结构示意图；图3为本发明实施例提供的协作节点在不同等级位置时与协作干扰功率对应的曲线图；图4为本发明实施例提供的协作节点在不同等级位置时与服务报酬对应的曲线图；图5为本发明实施例提供的同一协作节点在不同等级位置时获得的效益对应的曲线图；图6为本发明实施例提供的数据发送节点在处于不同等级位置的协作节点的协作激励下获得的效益对应的曲线图；图7为本发明实施例提供的处于不同等级位置的的协作节点获得的协作节点效益与不同等级的服务报酬和协作干扰功率对应的曲线图。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。为解决现有技术问题，本发明实施例提供了一种实现物理层安全的协作干扰的激励方法及装置，适用于数据发送节点，以下分别进行详细说明。需要说明的是，本发明实施例是针对协作节点与数据发送节点之间的信息不对称特性，利用信号甄别模型，设计最大化数据发送节点效益的激励机制。本领域技术人员可以理解的是，将数据发送节点、目标节点、窃听节点和协作节点对应通信模型，数据发送节点可以理解为需要进行通信的用户，目标节点理解为基站，窃听节点为窃听者，协作节点作为移动中继；协作节点协助数据发送节点提高频谱资源和提供干扰功率以降低窃听节点的信噪比。本发明实施例，重点在介绍通过协作节点提高数据发送节点的频谱资源，提高数据发送节点和目标节点的通信质量。图1为本发明实施例提供的实现物理层安全的协作干扰的激励方法的一种流程示意图，包括如下步骤：S101，获得目标节点以及窃听节点的位置信息、所述数据发送节点至所述目标节点的第一信道功率增益、所述数据发送节点至所述窃听节点的第二信道功率增益。需要说明的是，数据发送节点在需要获得协助激励的情况下，首先获得目标节点和到窃听节点的位置消息。本领域技术人员可以理解的是，数据发送节点到目标节点以及数据发送节点到窃听节点的信道功率增益与其对应的链路距离有关，所以在获得上述位置消息的情况下，即可得到各自链路的信道功率增益，获得链路的信道功率增益为现有技术，本发明实施例在此不对其进行赘述。S102，获得协作节点可能处于的M个位置。实际应用中，在数据发送节点并不知道协作节点的具体位置的情况下，选择M个协作节点可能处于的位置，由于M个位置比较具有随机性，可能存在的位置无法满足协作节点对数据发送节点的安全容量的改善效果，即不能满足数据发送节点安全通信的要求，仍需进一步的选择处理。S103，针对所述M个位置中的每一位置，根据所述第一信道功率增益、所述第二信道功率增益、处于所述位置的协作节点至所述目标节点的第三信道功率增益、处于所述位置的协作节点至所述窃听节点的第四信道功率增益、以及处于所述位置的协作节点对所述数据发送节点的安全容量的改善效果，判断所述协作节点处于所述位置时是否能够实现安全通信。具体的，包括：判断所述协作节点处于所述位置时协助所述数据发送节点实现在所述目标节点处的安全容量增量Cs_i是否大于零；如果是，表示所述协作节点处于所述位置时能够实现安全通信。其中，Cs_i=(Csd-Cse)+|Pi≠0-(Csd-Cse)+|Pi=0]]>Csd为所述数据发送节点到所述目标节点的信道容量，表达式为：Csd=log2(1+Pshsdσ2+Pihid)]]>Cse为所述数据发送节点到所述窃听节点的信道容量，表达式为：Cse=log2(1+Pshseσ2+Pihie)]]>hsd、hse、hid、hie分别为所述第一信道功率增益、所述第二信道功率增益、所述第三信道功率增益、所述第四信道功率增益，Ps为所述数据发送节点到所述目标节点的信号发射功率，Pi为所述协作节点对外的预设协作干扰功率，σ2为信道中的高斯白噪声功率。需要说明的是，在本发明实施例出现的公式中含有“()+”的，表示：将括号内的值与0比较，并选取最大的作为()+的值，()+的值是非负的。以(Csd-Cse)+为例，在Csd-Cse的值为小于0时，(Csd-Cse)+＝0；在Csd-Cse的值为大于0时，(Csd-Cse)+＝Csd-Cse。本领域技术人员可以理解的是，在上述M个可能位置中，存在能够使得数据发送节点实现安全通信的位置，条件是协作节点在该位置时，满足协作节点到数据发送节点的安全容量的改善效果大于0，即数据发送节点本身的安全容量增量大于0。具体实现方式为：确定其中一个位置，即协作节点的位置信息固定，可以得到协作节点到目标节点以及协作节点到窃听节点的链路距离，即得到这两条链路的信道功率增益。从数据发送节点的安全容量的改善效果对应的公式可以得出，当hsd、hse、hid、hie确定、数据发送节点到所述目标节点的信号发射功率Ps为数据发送节点的已知信息、信道中的高斯白噪声功率σ2具有统计特性，在通信系统中有具体计算公式，该改善效果还与协作节点的协作干扰功率Pi相关，此处将Pi作为一个预设的协作干扰功率进行计算，即可得到计算结果。需要说明的是，此处只要Pi大于0即可。示例性的，将Pi设为10dBm，本发明实施例不做具体限制。S104，将所述位置确定为所述协作节点的备选位置。示例性的，在M个可能位置中存在一个位置，至目标节点距离为500m，至窃听节点的距离为300m，可得到信道功率增益，即信道功率增益矩阵中的每个值，在Pi设为10dBm，高斯白噪声的功率σ2为-180dBm时，得到安全容量的改善效果大于0，即可将该点作为协作节点的备选位置。依次进行位置的选择和确认，直到选取满足设置的数目N后即可。S105，将所确定的备选位置，根据所述第四信道功率增益进行等级划分。需要说明的是，第四信道功率增益为协作节点至所述窃听节点，对于N个备选位置中的每个位置而言，均能得到一个与之对应的信道功率增益hie，即可得到N个hie值。用该N个hie值来表示等级的大小，用θi表示备选位置对应的等级，并进行等级划分，通常，N个hie值即对应N个等级，假设N＝20，即存在20个等级。本领域技术人员可以理解的是，在距离目标节点距离相同的情况下，距离窃听节点越近的位置，其等级越高，反之也成立。S106，针对每一位置对应的等级，根据自身业务需求、所述位置信息、效益函数以及所述位置对应的等级，利用契约论方法，确定所述协作节点处于所述等级时所能得到的服务报酬以及需要提供的协作干扰功率。需要说明的是，数据发送节点根据自身的业务需求，将一对协作干扰功率Qθi和对应的服务报酬Tθi视为一个集合，初始化主要是根据N值将对应数目的的协作干扰功率Qθi和对应的服务报酬Tθi归零化，并且确定这些数值的数量级大小，该部分为初始化时进行的设置，为现有技术，本发明不做赘述。本领域技术人员可以理解的是，数据发送节点在无法得到协作节点的具体位置的情况下，依据数据发送节点以往的统计数据分析可以得到协作节点的概率分布信息，或者可以依据实际需要进行设定其概率分布，本发明实施例在此不做具体限定。对于所有可能的位置分布而言，具有概率之和为1，假设协作节点就处于设定的N个位置中。假设，当协作节点的位置服从均匀分布时，每个位置的概率信息为1/N。具体的，所述效益函数的具体表达为：R=Σi=1Nβi·(ω·Cs_θi-Tθi)]]>Cs_θi的具体表达式为：Cs_θi=(Csd_i-Cse_i)+|Qθi≠0-(Csd_i-Cse_i)+|Qθi=0]]>Csd_i为所述数据发送节点到所述目标节点的信道容量，表达式为：Csd_i=log2(1+Pshsdσ2+Qθihid)]]>Cse_i为所述数据发送节点到所述窃听节点的信道容量，表达式为：Cse_i=log2(1+Pshseσ2+Qθihie)]]>其中，R为所述数据发送节点的效益；θi为处于第i个备选位置的协作节点对应的等级，Tθi为等级为θi的备选位置的协作节点所能得到的服务报酬，Qθi为等级为θi的备选位置的协作节点对外提供的协作干扰功率，N为所述协作节点的备选位置的个数，βi为协作节点处于第i个备选位置的概率，且对全部所述协作节点的备选位置，存在ω表示每单位安全容量的增加所对应的增益，Cs_θi为所述数据发送节点在等级为θi的备选位置的协作节点激励下，获得的安全容量。实际应用中，数据发送节点的效益与协作节点对数据发送节点的安全容量的改善与有关，具体的，与协作节点的协作干扰功率和协作节点对应的服务报酬有关，协作节点的服务报酬即为数据发送节点为得到对应的协作干扰功率的付出。具体的，所述协作节点的效益的函数具体表达为：U(θi)＝Tθi-fθi·Qθi其中，U(θi)为处于等级为θi的备选位置的协作节点的效益，Qθi为处于等级为θi的备选位置的协作节点对外的协作干扰功率，fθi为处于等级为θi的备选位置的协作节点每单位功率消耗所对应的效益的降低。实际应用中，协作节点所得到的效益必不能为负值，否则失去了协作的意义，则协作节点的效益函数U(θi)需要遵从的限制条件为：效益不小于0，依据数据发送节点的效益函数，得到：U(θi)＝Tθi-fθi·Qθi≥0对于协作节点而言，需满足具有任意等级θi的协作节点都应该具有选择符合其自身等级的(Tθi,Qθi)的足够理由，即选择符合自身等级的(Tθi,Qθi)获得的效益U(θi)必然大于选择其他等级所获得的效益，称为激励相容，表达为：Tθi-fθi·Qθi≥Tθj-fθi·Qθj对于协作节点的等级θi而言，本实施例中假设所有备选位置均具有不同的等级θi，对于实际应用中，若有相同等级的存在依然可以使用本方案，可以将等级相同的节点进行合并处理，然后将其概率相加得到新的概率，本方案对此不做具体限定。对于越高等级的协作节点来说，所需要发送的协作干扰功率Qθi越大，相应的，得到的报酬Tθi也越大，报酬关系表达为：Qθ0≤Qθ1≤…Qθi-1≤Qθi≤…QθN首先等级θi越高，所对应的最优(Tθi,Qθi)中，协作节点所需要提供的协作干扰功率Qθi以及其能够获得的服务报酬Tθi都越高。我们将利用协作节点效益不小于0以及激励相容条件进行证明。假设存在两个不同的等级θi和θj，i,j∈{1,2,3,...,N}，通过变形激励相容的公式，可以得到：Tθi-Tθj≥fθi·(Qθi-Qθj)因为fθi是恒正的，当Tθi＞Tθj时，Qθi＞Qθj.由激励相容的条件可以得到：Tθi-fθi·Qθi≥Tθj-fθi·QθjTθj-fθj·Qθj≥Tθi-fθj·Qθi]]>将这两个不等式相加，可以得到：(fθi-fθj)．(Qθi-Qθj)≥0fθi是θi的单调递减函数，结合上述得到的公式，如果θi≥θj，则有fθi≥fθj，进一步可以推导出Qθi≥Qθj。同理可得当θi≤θj时的大小情况，因此可以得到以下结论：对等级来说，θi-1<θi时，有Tθ0≤Tθ1≤…Tθi-1≤Tθi≤…TθN和Qθ0≤Qθ1≤…Qθi-1≤Qθi≤…QθN。对于函数R为了求得最优值，需将其化解为一个等式，当θi＞1时由协作节点效益不小于0以及激励相容，可得到：Tθi-fθi·Qθi≥Tθ1-fθi·Qθ1≥Tθ1-fθi·Qθ1即：Tθi-fθi·Qθi≥Tθ1-fθ1·Qθ1i∈{2,3,...,N}时，满足该条件，同理，可求得其他等级，得到Uθi≥Uθi-1考虑三个不同的相邻等级，θi-1，θi，θi+1，根据激励相容的条件可以得到：Tθi+1-fθi+1·Qθi+1≥Tθi-fθi+1·QθiTθi-fθi·Qθi≥Tθi-1-fθi·Qθi-1.]]>根据单调性的条件有，Tθi-Tθi-1≥fθi·(Qθi-Qθi-1)≥fθi+1·(Qθi-Qθi-1)再由激励相容条件可以得到，Tθi-fθi·Qθi≥Tθi-1-fθi·Qθi-1Tθi-1-fθi-1·Qθi-1≥Tθi-fθi-1·Qθi其中，i,j∈{2,…,N},i≠j，通过这个过程，可以将原本不等式数量为N*(N-1)的激励相容条件，精简到2*(N-1)个，其中又分为N-1个上述两个不等式。对上述两个不等式进行变形，得到：Tθi-1+fθi·(Qθi-Qθi-1)≤Tθi≤Tθi-1+fθi-1·(Qθi-Qθi-1)上述不等式展示了数据发送节点向协作节点支付报酬Tθi所受到的约束，假设Tθi-1，Qθi和Qθi-1都是已知的，从经济学的角度出发，数据发送节点必然是尽力减少支付给协作节点的报酬以最大化其自身的效用，因此这里关于Tθi的约束必然是取下限才能使数据发送节点的效用达到最大，有Tθi-1+fθi·(Qθi-Qθi-1)＝Tθi由激励相容条件可以得到，对于等级θi，为使数据发送节点效益函数达到最大值，Tθi-fθi·Qθi＝0通过以上化简过程可以得到，在(Tθi,Qθi)得到最优时候数据发送节点的效益最大，得到：Tθi-fθi·Qθi＝Tθi-1-fθi·Qθi-1将数据发送节点的效益函数作为拉格朗日函数，在i,j∈{1,…,N},i≠j，为使数据发送节点效益函数达到最大值、在(Tθi,Qθi)得到最优时候数据发送节点的效益最大的限制条件下，进行求导，λi为拉格朗日乘子，可得到：L(Qθi,Tθi)=Σi=1N[βi·(ω·Cs_θi-Tθi)+λi·(Tθi-fθi·Qθi-Tθi-1+fθi·Qθi-1)]]]>令L(Qθi,Tθi)分别对λi、Tθi和Qθi求导，并且令其为0，得到方程组如下：∂L∂λi=Tθi-fθi·Qθi-Tθi-1+fθi·Qθi-1=0]]>利用得到的方程组，在已知等级分布情况βi的情况下，可以求得λN，然后再利用第二个等式，结合βi与λi+1，利用递归的思想，求得剩下的i∈{2,3,...,N}的λi值，因此求解的顺序是λN，λN-1，…，λ2，λ1，是一种逆序的求解过程。在求出所有拉格朗日乘子的值之后，再利用公式求出所有(Tθi,Qθi)中最优协作干扰功率Qθi的值。最后，利用得到的Qθi的值，结合公式便可求出支付报酬Tθi的值。至此，所有最优(Tθi,Qθi)便完全求出了。示例性的，N＝20，均匀分布，即对应等级也有20个，数据发送节点发射功率Ps为20dBm，路损指数α为3，噪声功率谱密度N0为-180dBm，频谱宽度为10MHz，由噪声功率谱密度和频谱宽度可获得对应的噪声功率σ2＝N0*B，单位安全容量增益ω为10-6，单位功率效用减益函数fθi为50/θi0.05。协作节点在不同等级位置时与协作干扰功率的对应仿真结果如图3所示；协作节点在不同等级位置时与服务报酬的对应仿真结果如图4所示；同一协作节点在不同等级位置时获得的效益的对应仿真结果如图5所示；数据发送节点在处于不同等级位置的协作节点的协作激励下获得的效益的对应仿真结果如图6所示；处于不同等级位置的协作节点获得的协作节点效益与不同等级的服务报酬和协作干扰功率的对应仿真结果如图7所示。S107，广播所确定的每一等级对应的服务报酬以及需要提供的协作干扰功率，以使接收到所述每一等级对应的服务报酬以及需要提供的协作干扰功率的协作节点以与自身位置对应等级的协作干扰功率发送干扰信号。数据发送节点在计算得到协作节点备选位置的每一等级对应的服务报酬以及需要提供的协作干扰功率后，通过广播形式将其发散出去，协作阶段收到后选取能使自己效益最优的服务报酬和协作干扰功率，进行协作干扰激励。应用本发明图1所示的实施例，可以解决发送节点在无法获得协作节点具体位置信息的情况下，给出有效的激励策略，在满足合法通信用户间安全容量要求的同时，使得协作节点在不同位置都能获得最大化的收益。图2为本发明实施例提供的实现物理层安全的协作干扰的激励装置的一种结构示意图，可以包括第一获得模块201、第二获得模块202、第一判断模块203、第一确定模块204、等级划分模块205、第二确定模块206、广播模块207。第一获得模块201，用于获得目标节点以及窃听节点的位置信息、所述数据发送节点至所述目标节点的第一信道功率增益、所述数据发送节点至所述窃听节点的第二信道功率增益；第二获得模块202，用于获得协作节点可能处于的M个位置；第一判断模块203，用于针对所述M个位置中的每一位置，根据所述第一信道功率增益、所述第二信道功率增益、处于所述位置的协作节点至所述目标节点的第三信道功率增益、处于所述位置的协作节点至所述窃听节点的第四信道功率增益、以及处于所述位置的协作节点对所述数据发送节点的安全容量的改善效果，判断所述协作节点处于所述位置时是否能够实现安全通信；具体的，实际应用中，第一判断模块203可以包括：第二判断模块和表示模块(图中未标出)；所述第二判断模块，用于判断所述协作节点处于所述位置时协助所述数据发送节点实现在所述目标节点处的安全容量增量Cs_i是否大于零；所述表示模块，用于在所述第一判断模块判断结果为是的情况下，表示所述协作节点处于所述位置时能够实现安全通信；其中，Cs_i=(Csd-Cse)+|Pi≠0-(Csd-Cse)+|Pi=0]]>Csd为所述数据发送节点到所述目标节点的信道容量，表达式为：Csd=log2(1+Pshsdσ2+Pihid)]]>Cse为所述数据发送节点到所述窃听节点的信道容量，表达式为：Cse=log2(1+Pshseσ2+Pihie)]]>hsd、hse、hid、hie分别为所述第一信道功率增益、所述第二信道功率增益、所述第三信道功率增益、所述第四信道功率增益，Ps为所述数据发送节点到所述目标节点的信号发射功率，Pi为所述协作节点对外的预设协作干扰功率，σ2为信道中的高斯白噪声功率。第一确定模块204，用于所述第一判断模块判断结果为是的情况下，将所述位置确定为所述协作节点的备选位置；等级划分模块205，用于将所确定的备选位置，根据所述第四信道功率增益进行等级划分；第二确定模块206，用于针对每一位置对应的等级，根据自身业务需求、所述位置信息、效益函数以及所述位置对应的等级，利用契约论方法，确定所述协作节点处于所述等级时所能得到的服务报酬以及需要提供的协作干扰功率；具体的，实际应用中，所述效益函数的具体表达为：R=Σi=1Nβi·(ω·Cs_θi-Tθi)]]>Cs_θi的具体表达式为：Cs_θi=(Csd_i-Cse_i)+|Qθi≠0-(Csd_i-Cse_i)+|Qθi=0]]>Csd_i为所述数据发送节点到所述目标节点的信道容量，表达式为：Csd_i=log2(1+Pshsdσ2+Qθihid)]]>Cse_i为所述数据发送节点到所述窃听节点的信道容量，表达式为：Cse_i=log2(1+Pshseσ2+Qθihie)]]>其中，R为所述数据发送节点的效益；θi为处于第i个备选位置的协作节点对应的等级，Tθi为等级为θi的备选位置的协作节点所能得到的服务报酬，Qθi为等级为θi的备选位置的协作节点对外提供的协作干扰功率，N为所述协作节点的备选位置的个数，βi为协作节点处于第i个备选位置的概率，且对全部所述协作节点的备选位置，存在ω表示每单位安全容量的增加所对应的增益，Cs_θi为所述数据发送节点在等级为θi的备选位置的协作节点激励下，获得的安全容量增。具体的，实际应用中，所述协作节点的效益的函数具体表达为：U(θi)＝Tθi-fθi·Qθi其中，U(θi)为处于等级为θi的备选位置的协作节点的效益，Qθi为处于等级为θi的备选位置的协作节点对外的协作干扰功率，fθi为处于等级为θi的备选位置的协作节点每单位功率消耗所对应的效益的降低。广播模块207，用于广播所确定的每一等级对应的服务报酬以及需要提供的协作干扰功率，以使接收到所述每一等级对应的服务报酬以及需要提供的协作干扰功率的协作节点以与自身位置对应等级的协作干扰功率发送干扰信号。应用本发明图2的所示实施例，可以解决发送节点在无法获得协作节点具体位置信息的情况下，给出有效的激励策略，在满足合法通信用户间安全容量要求的同时，使得协作节点在不同位置都能获得最大化的收益。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。本领域普通技术人员可以理解实现上述方法实施方式中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，这里所称得的存储介质，如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。当前第1页1 2 3