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空中无线传能下基于Colonel Blotto博弈的隐私保护机制研究

空中无线传能下基于Colonel Blotto博弈的隐私保护机制研究

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作者：王瑶河北工程大学

学位级别：硕士

随着5G的规模部署,激增的计算密集型业务给地面蜂窝网络带来了巨大的带宽压力。利用空中接入网的泛在接入、多通信平台深度融合等部署特征,可以在连接密度、用户感知速率等方面为地面蜂窝网络提供有效的解决方案,进一步增强了低成本的... 详细信息

随着5G的规模部署,激增的计算密集型业务给地面蜂窝网络带来了巨大的带宽压力。利用空中接入网的泛在接入、多通信平台深度融合等部署特征,可以在连接密度、用户感知速率等方面为地面蜂窝网络提供有效的解决方案,进一步增强了低成本的全域泛在覆盖。然而,在空中接入网提供高速泛在业务体验的同时,如何高效地为用户提供电量成为亟需解决的关键问题。无线传能技术利用激光信号或者射频信号为用户设备提供持续电量,有效延长了通信网络的服务寿命。随着无线传能技术在通信网络中普及应用,其传能信道的广播特性容易导致无线传能过程受到安全攻击。其一,空中用户设备的充电位置遭到泄露,攻击者伪造充电位置信息。其二,地面用户设备的传能信令未得到保护,攻击者窃听无线传能过程。因此,本文着眼于与无线传能技术高度融合的空中接入网,结合Colonel Blotto博弈开展无线传能过程中隐私保护机制研究。主要研究内容如下:（1）提出了面向激光传能的空中用户设备充电位置隐私保护策略。创建了一种基于多层平铺网格的空间结构,以平铺网格的形式向空中用户设备提供激光充电的位置。基于所创建的空间结构,攻击者通过向空中用户设备分配虚假的平铺网格来发起伪造攻击。针对这一安全威胁,本文采取Colonel Blotto博弈框架,以防御者和攻击者为玩家,以平铺网格为资源,提出了一种防御者和攻击者之间平铺网格分配模型。该博弈框架量化了两个玩家在有限战场上竞争有限资源的过程,并且分别推导出对称和非对称资源的混合策略纳什均衡解。仿真结果表明,较低的本地计算能力、较高的激光发射功率和较低的子信道载波频率可以提高防御者的期望总收益,并且所提出的框架明显优于不同隐私保护级别的对比方案。（2）提出了面向射频传能的地面用户设备传能信令安全传输策略。围绕存在空中窃听者的无人机辅助无线传能系统,分析了空中窃听者通过向地面用户设备分配虚假的信令传输信道发起的窃听攻击。针对这一安全威胁,本文采取Colonel Blotto博弈框架,以防御者和空中窃听者为玩家,以信令传输信道为资源,构建了一个非对称的Colonel Blotto博弈框架,解决了防御者和空中窃听者之间信令传输信道的分配问题,推导出了两个玩家之间非对称资源的混合策略纳什均衡解。仿真结果表明,大量的信令传输信道和较高的射频功率可以提高防御者的期望总收益。

关键词：空中接入网无线传能隐私保护博弈论纳什均衡

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