边缘计算中基于物理层安全的任务卸载与保密通信技术研究

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随着5G通信和物联网(Internet of Things,Io T)技术的迅速普及,移动网络系统的格局发生了巨大的改变。移动边缘计算(Mobile Edge Computing,MEC)作为5G标准中的新型计算范式成为了近些年来学术研究的热点。MEC适用于便携设备和计算复杂、时延敏感的应用,具有本地部署、低延迟和邻近性等诸多优点。然而现有研究内容大多专注于卸载策略、优化算法和降低时延能耗等方面,而对机密数据的保密通信研究十分有限。有别于传统的密码学方法,本文采用更加适合MEC系统的物理层安全技术来保障保密通信,详细分析了其中的保密性能。本文围绕卸载策略、能耗优化、信道模型、车联网、分集信号相关模式和保密性能指标等问题进行了深入研究。本文主要工作如下:(1)针对基于物理层安全技术的MEC场景中保密节能问题,在传统的MEC系统中引入了设备对设备(Device to Device,D2D)卸载策略和物理层安全技术构建了保密MEC-D2D系统架构,旨在最小化系统中用户能耗的同时保障机密数据在卸载过程中的保密性。在此系统中,用户可以从三种计算模式中选择最优的一种模式执行计算任务。提出了能耗最小化问题,应用计算任务分配,信道资源分配和发射功率资源分配的联合优化策略来解决该问题。将优化问题分解为三个子问题,并应用拉格朗日对偶法转化为凸问题求解。仿真验证了公式推导的准确性和所提出的卸载策略的性能优越性。(2)针对基于物理层安全技术的车联网场景中保密通信问题,构建了一个存在着非法窃听车辆的车辆对基础设施(Vehicle to Infrastructure,V2I)系统架构,旨在一个合理的车联网场景中分析信道保密性能。采用了非完美信道状态信息(Channel State Information,CSI)的Nakagami-m信道模型。分析了合法及非法车辆上接收端分集信号的不同相关类型下信道的中断概率和保密中断概率并推导出了它们的精确闭式表达式。仿真实验验证了闭式表达式的准确性,评估了车速、信噪比、数据传输速率、相关类型和相关系数等参数对保密性能的影响。
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