发明授权-2018104429423-一种QoS驱动的D2D安全通信资源分配方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局

(12)发明专利

(10)授权公告号CN108718445B
(45)授权公告日2020.01.10
(21)申请号201810442942.3H04W52/34(2009.01)
(22)申请日2018.05.10H04W72/04(2009.01)
H04L5/00(2006.01)
(65)同一申请的已公布的文献号
申请公布号CN108718445A(56)对比文件
WO2017062028A1,2017.04.13,
(43)申请公布日2018.10.30CN105471806A,2016.04.06,
(73)专利权人西安交通大学CN104837110A,2015.08.12,
地址710049陕西省西安市碑林区咸宁西审查员张芃
路28号

(72)发明人王熠晨徐文文王璐杨子欢
(74)专利代理机构西安通大专利代理有限责任
公司61200
代理人姚咏华
(51)Int.Cl.
H04W4/70(2018.01)
H04W28/06(2009.01)权利要求书7页说明书15页附图3页
(54)发明名称
一种QoS驱动的D2D安全通信资源分配方法
(57)摘要
本发明公开了一种QoS驱动的D2D安全通信
资源分配方法，包括构建带窃听的D2D异构蜂窝
网络的系统模型，将构建的系统模型建立统计
QoS和统计安全的保护框架；基于所构建的框架
建立一个最大化D2D用户的和有效容量受限于蜂
窝用户的QoS和D2D用户的安全约束，以及关于子
信道分配和功率分配的资源分配的优化问题，即
整数约束和非凸问题组合的优化问题；采用两步
求解法解决所提出的优化问题，即完成QoS驱动
的D2D安全通信资源分配。本发明通过资源复用
的方式研究基于蜂窝统计QoS保障的针对D2D通
信的资源和功率分配方案，本发明所提出的方案
可以增加系统吞吐量，其复杂度比较低，并且其
性能比现存的方法优越。
CN108718445B
CN108718445B权利要求书1/7页

1.一种QoS驱动的D2D安全通信资源分配方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)构建带窃听的D2D异构蜂窝网络的系统模型，系统包括蜂窝通信网络和D2D通信网
络；
2)将步骤1)构建的系统模型，建立统计QoS和统计安全的保护框架；
3)基于统计QoS和统计安全的保护框架，建立一个最大化D2D用户的和有效容量受限于
蜂窝用户的QoS和D2D用户的安全约束，以及关于子信道分配和功率分配的资源分配的优化
问题，即整数约束和非凸问题组合的优化问题；
4)采用两步求解法解决非凸问题和整数约束组合的优化问题，即完成QoS驱动的D2D安
全通信资源分配；
所述蜂窝通信网络和D2D通信网络中：
蜂窝通信网络包括一个基站BS、和通过I个正交信道与基站BS通信的I个蜂窝用户以及
I个队列系统；
D2D通信网络包括J对D2D用户和一个窃听用户E，在每对D2D用户端的发射端和窃听用
户E端设有1个队列系统；
J对D2D用户之间的通信复用蜂窝用户的I个正交信道，每个正交信道只能被一对D2D用
户复用，每对D2D用户可复用多个正交信道；
蜂窝通信网络和D2D通信网络的信道功率增益向量如下：

其中，和分别表示为链路Ci-BS，Ci-Djr，Ci-E，Djt-

BS，Djt-Djr,Djt-E之间的信道功率增益；

所述链路Ci-BS，Ci-Djr，Ci-E，Djt-BS，Djt-Djr,Djt-E之间的距离分别表示为
和
所述步骤2)中，统计QoS和统计安全的保护框架构建过程如下：
2a)设蜂窝用户常功率发射，其发射功率为设σ2是噪声功率,是第j个D2D

用户在第i个频率带宽上的发射功率，其中为蜂窝用户QoS指数，为D2D用户QoS指数，

为D2D用户的安全指数，定义

2b)对于某一对D2D用户对的集合复用在第i个频谱资源上，基站接

收到来自第j个D2D发射机的干扰为得到其表达式；

2c)基站接收到来自第j个D2D发射机的信噪比

2d)第j个D2D合法接收机用户接收到来自第i个蜂窝用户的干扰为

2e)第j个D2D合法接收机用户端的信噪比

2f)窃听用户在第i个频带上接收来自第i个蜂窝用户的干扰为

2
CN108718445B权利要求书2/7页

2g)得到窃听用户在第i个频带上的信噪比

2h)基于香农理论，得到蜂窝用户Ci的最大离开速率，第j个D2D合法接收机Djr的到达速
率，以及窃听第j个D2D用户的窃听信道速率；

2i)基于时变的服务速率过程RP的有效容量EC(θc)表达式，得到Ci-BS和Djt-Djr链路的有
效容量；

2j)由链路Djt-E的信息泄露速率表达式和基于时变的到达速率过程RA的有效带宽EB

(θb)的表达式，得到链路Dj