申请/专利权人：上海精语电子商务有限公司

申请日：2021-04-26

公开（公告）日：2022-11-22

公开（公告）号：CN113194492B

主分类号：H04W24/02

分类号：H04W24/02;H04W28/02

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2022.11.22#授权;2021.08.17#实质审查的生效;2021.07.30#公开

摘要：本发明涉及一种基于α公平性的安全D2D通信资源分配方法，属于通信技术领域，包括以下步骤：S1：构建基于蜂窝网络的无线携能D2D通信网络，对D2D通信的信息进行窃听；S2：建立基于最大保密速率和最小功率消耗的多目标优化问题；S3：优化D2D发射机，将多目标问题转化为单目标问题；S4：计算最优的功率分流系数，再将优化问题转化为凸优化问题；S5：根据拉格朗日对偶理论对所建立的凸优化问题求解析，设计基于交替迭代的方法进行求解。本发明可以有效提高系统的公平性和能效。

主权项：1.一种基于α公平性的安全D2D通信资源分配方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：构建基于蜂窝网络的无线携能D2D通信网络，窃听者对D2D通信的信息进行窃听；具体包括：S11：构建基于蜂窝网络的无线携能D2D通信网络，包括一个基站，M个蜂窝用户，N对D2D用户和K个潜在的窃听者；D2D通信与蜂窝用户复用相同的频谱资源，每个D2D接收机配之能量收集电路，从周围的射频信号中收集能量；S12：窃听者对D2D通信的信息进行窃听，根据功率分流协议，D2D用户n实现的数据速率和收集的能量为： 其中，xn,m为用户关联指数，xn,m＝1表示第n对D2D用户与第m个蜂窝用户复用相同的子信道，反之，xn,m＝0；为第n对D2D用户与第m个蜂窝用户复用相同子信道时的功率分流系数；为第n个D2D发射机与第m个蜂窝用户复用相同子信道时的发射功率；为第n对D2D通信链路的信道增益；pC为基站分配给蜂窝用户的发射功率；为基站到第n个D2D接收机在第m个蜂窝用户的信道上的干扰信道增益；β为能量收集效率系数；为天线接收射频信号时的加性噪声功率；σ2为接收机信号处理噪声的功率；S13：每个窃听者独立地进行窃听，第k个窃听者对第n对D2D用户的通信进行窃听，其窃听速率描述为： 其中，为第n个D2D发射机到第k个窃听者的信道增益，为在第m个蜂窝用户的子信道上基站到k个窃听者的干扰信道增益；第n对D2D用户的保密速率为： 其中，[x]+＝max0,x；D2D用户的电路功耗为CD，第n对D2D用户的总功耗表示为： S2：建立基于最大保密速率和最小功率消耗的多目标优化问题；根据α效用函数得到： 其中，α的取值代表不同的公平性需求，当α＝0时，意味着此时没有公平性需求；当α增大时，公平性随之增大；建立功耗与保密速率权衡的多目标优化问题： s.t.C1:C2:C3:C4:其中，为D2D发射机n到蜂窝用户m的信道增益，为D2D发射机的最大发射功率，为蜂窝用户的干扰功率阈值；C1为蜂窝用户的服务质量约束，C2表示每个D2D用户只会占用一个蜂窝用户的子信道进行通信；C3表示每个D2D发射机的最大发射功率约束；C4为功率分流比约束；S3：优化D2D发射机，将多目标问题转化为单目标问题；定义辅助变量τn，优化问题写作： s.t.C1-C4C5:其中，和为在满足约束条件下的最大和最小效用函数值，为D2D用户n的最大功耗；采用加权求和法将多目标问题转化为单目标问题如下： s.t.C1-C5其中，w∈[0,1]为加权参数；S4：计算最优的功率分流系数，再将优化问题转化为凸优化问题；D2D用户n复用第m个蜂窝用户的子信道，根据约束C5，功率分流因子满足： 其中，最优的功率分流系数为： 将xn,m松弛为[0,1]区间上的连续变量，定义并将代入优化问题，得到： s.t. 其中： 对于t1＞t2≥0，函数为凸函数；S5：根据拉格朗日对偶理论对所建立的凸优化问题求解析，设计基于交替迭代的方法进行求解；具体包括：S51：初始化建立拉格朗日函数，根据Karush-Kuhn-Tucker条件得到解析解： 其中， ξm为非负的拉格朗日乘子；S52：根据和对最优的用户关联系数进行求解： 其中： 其中，ψn和κm为非负的拉格朗日乘子；根据将具有最大φn,m的蜂窝用户的子信道分配给第n对D2D用户；S53：将和代入原问题，求解最优的功率分流因子 S54：更新拉格朗日乘子；S55：计算D2D用户的总保密速率和总功耗，返回S51，直到拉格朗日乘子收敛。

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权利要求：

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