CN105873037A - 一种防止窃听方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种防止窃听方法及装置，应用于异构蜂窝网络中的SBS，所述方法包括：获得自身与每个MUE的第一信道增益以及在每个MUE的子信道上自身与窃听器之间的第二信道增益；根据所述第一信道增益、所述第二信道增益和收益函数，计算自身与每个MUE所处的联盟的收益值；根据所述收益值，建立自身与MUE的联盟关系；根据所述联盟关系，在与自身具有联盟关系的MUE的子信道上发送用于防止MBS向MUE发送的数据被窃听器窃听的信号，其中，所述信号为所述SBS向所述SUE发送的有效信息中的一部分。应用本发明实施例，防止了MBS向MUE发送的数据被窃听器窃听，也减少了SBS的性能损失。

Description

一种防止窃听方法及装置

技术领域

本发明涉及无线通信领域，特别涉及一种防止窃听方法及装置。

背景技术

预测指出，未来十年全球移动通信业务流量将增长500～1000倍。为了满足持续增长的用户需求，并显著提高蜂窝网络性能，HCN(Heterogeneous Cellularnetwork，异构蜂窝网络)应运而生，HCN缩短了用户与基站之间的通信距离，从而获得了比传统的蜂窝网络更高的频谱效率，提高了频谱资源的利用效率及室内和热点地区覆盖率，成为5G最具前景的关键技术之一。

近年来，随着人们对于信息的依赖以及信息技术的发展，信息安全成为通信技术研究的一个重要方面。在HCN中，网络安全及隐私相关的研究却少之又少，在没有专门安全措施与部署的情况下，当网络中存在窃听器时，MUE(Macrocell User Equipment，宏小区层用户)的信息几乎毫无保留地暴露在窃听者前，信息的泄露将会对MUE的生活以及财产安全带来巨大的安全隐患。目前，可以采用友好干扰的方法，保证MUE信息安全的问题，友好干扰可以对窃听器引入特定干扰，恶化窃听器的窃听信道。HCN中分布着许多SBS(Small cell BaseStation，小小区基站)，可以将SBS作为干扰器为MUE提供友好干扰服务，但现有技术中，SBS使用高斯噪声作为干扰信号为MUE提供友好干扰服务，发送噪声的这部分能量不能用于与SUE(Smallcell User Equipment，小小区用户)业务传输，造成了SBS在提供友好干扰服务期间的性能损失。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种防止窃听方法及装置，以防止数据被窃听和减少SBS的性能损失。

为达到上述目的，本发明实施例公开了一种防止窃听方法，应用于异构蜂窝网络中的SBS；所述方法包括：

获得自身与每个MUE的第一信道增益以及在每个MUE的子信道上自身与窃听器之间的第二信道增益；

根据所述第一信道增益、所述第二信道增益和收益函数，计算自身与每个MUE所处联盟的收益值；

根据所述收益值，建立自身与MUE的联盟关系；

根据所述联盟关系，在与自身具有联盟关系的MUE的子信道上发送用于防止MBS向所述MUE发送的数据被窃听器窃听的信号，其中，所述信号为所述SBS向所述SUE发送的有效信息中的一部分。

较佳的，根据所述第一信道增益、所述第二信道增益和收益函数，计算自身与每个MUE所处的联盟的收益值，包括：

根据所述第一信道增益、所述第二信道增益，将所述第二信道增益大于所述第一信道增益对应的MUE确定为与自身待建立联盟关系的MUE；

根据收益函数，计算自身与每个确定的MUE所处联盟的收益值。

较佳的，所述根据所述收益值，建立自身与MUE的联盟关系，包括：

在与自身已建立联盟关系的MUE不是所计算的收益值最大的对应的MUE的情况下，向所计算的收益值最大的对应的MUE发送联盟请求；

在接收到所确定的MUE发送的同意联盟的信息的情况下，解除与自身已建立联盟关系的MUE的联盟关系，并建立与所确定的MUE所处联盟的联盟关系；

在没有接收到所确定的MUE发送的同意联盟的信息、且接收到其他MUE发发送的联盟请求的情况下，建立与所述其他MUE所处的联盟的联盟关系。

较佳的，所述根据所述收益值，建立自身与MUE的联盟关系，包括：

接收MUE的联盟请求；

判断接收到的联盟请求对应的MUE是否为与所计算的收益值最大的对应的MUE；

如果是，解除与自身已建立联盟关系的MUE的联盟关系，并建立与所计算的收益值最大的对应的MUE的联盟关系；

如果否，在与自身已建立联盟关系的MUE不是所计算的收益值最大的对应的MUE的情况下，向所计算的收益值最大的对应的MUE发送联盟请求；在接收到所确定的MUE发送的同意联盟的信息的情况下，解除与自身已建立联盟关系的MUE的联盟关系，并建立与所确定的MUE所处联盟的联盟关系；在没有接收到所确定的MUE发送的同意联盟的信息、且接收到其他MUE发送的联盟请求的情况下，建立与所述其他MUE所处联盟的联盟关系。

较佳的，在所述建立与所述其他MUE所处联盟的联盟关系之前，所述方法还包括：

判断联盟收益值是否大于当前收益值，其中，所述联盟收益值为与所述其他MUE所处的联盟建立联盟关系的收益值；

所述建立与所述其他MUE所处联盟的联盟关系，包括：

在所述联盟收益值大于当前收益值的情况下，解除与自身已建立联盟关系的MUE的联盟关系，并建立与所述其他MUE所处联盟的联盟关系。

较佳的，所述收益函数为：

其中，u为自身在联盟S中的收益值，为HCN中MUE的集合，S为自身所处的联盟，且|S|>1表示自身所处联盟中还存在其他的SBS但不存在MUE，h(k)为加入过联盟S但已经离开的SBS的集合，R_k({k})为在所述联盟S只有自身时的吞吐量，R_k(S)为自身在联盟S中的吞吐量，ρ与SBS建立联盟关系的MUE购买自身为其发送信号的的单价，P_sbs为自身的总发射功率，α为自身在联盟S中MUE的子信道上的发送信号的功率占自身发送的信号总功率的比例。

较佳的，在根据所述收益值，建立自身与MUE的联盟关系之后，在根据所述联盟关系，在与自身具有联盟关系的MUE的子信道上发送用于防止MBS向MUE发送的数据被窃听器窃听的信号之前，所述方法还包括：

接收MBS发送的消息，其中，所述消息用于指示自身发送用于防止所述MBS向MUE发送的数据被窃听器窃听的信号。

本发明实施例公开了一种防止窃听装置，应用于异构蜂窝网络中的SBS；所述装置包括：

获得模块，用于获得自身与每个MUE的第一信道增益以及在每个MUE的子信道上自身与窃听器之间的第二信道增益；

计算模块，用于根据所述第一信道增益、所述第二信道增益和收益函数，计算自身与每个MUE所处的联盟的收益值；

建立模块，用于根据所述收益值，建立自身与MUE的联盟关系；

发送模块，用于根据所述联盟关系，在与自身具有联盟关系的MUE的子信道上发送用于防止MBS向所述MUE发送的数据被窃听器窃听的信号，其中，所述信号为所述SBS向所述SUE发送的有效信息中的一部分。

较佳的，所述计算模块包括：

确定子模块，用于根据所述第一信道增益、所述第二信道增益，将所述第二信道增益大于所述第一信道增益对应的MUE确定为与自身待建立联盟关系的MUE；

计算子模块，用于根据收益函数，计算自身与每个确定的MUE所处的联盟的收益值。

较佳的，所述建立模块包括：

发送子模块，用于在与自身已建立联盟关系的MUE不是所计算的收益值最大的对应的MUE的情况下，向所计算的收益值最大的对应的MUE发送联盟请求；

第一建立子模块，用于在接收到所确定的MUE发送的同意联盟的信息的情况下，解除与自身已建立联盟关系的MUE的联盟关系，并建立与所确定的MUE所处联盟的联盟关系；

第二建立子模块，用于在没有接收到所确定的MUE发送的同意联盟的信息、且接收到其他MUE发发送的联盟请求的情况下，建立与所述其他MUE所处的联盟的联盟关系。

较佳的，所述建立模块包括：

接收子模块，用于接收MUE的联盟请求；

判断子模块，用于判断接收到的联盟请求对应的MUE是否为与所计算的收益值最大的对应的MUE；

第三建立子模块，用于在判断子模块的判断结果为是的情况下，解除与自身已建立联盟关系的MUE的联盟关系，并建立与所计算的收益值最大的对应的MUE的联盟关系；

第四建立子模块，用于在判断子模块的判断结果为否的情况下，在与自身已建立联盟关系的MUE不是所计算的收益值最大的对应的MUE的情况下，向所计算的收益值最大的对应的MUE发送联盟请求；在接收到所确定的MUE发送的同意联盟的信息的情况下，解除与自身已建立联盟关系的MUE的联盟关系，并建立与所确定的MUE所处联盟的联盟关系；在没有接收到所确定的MUE发送的同意联盟的信息、且接收到其他MUE发送的联盟请求的情况下，建立与所述其他MUE所处联盟的联盟关系。

较佳的，所述第二建立子模块，具体用于：

在没有接收到所确定的MUE发送的同意联盟的信息、且接收到其他MUE发送的联盟请求的情况下，判断联盟收益值是否大于当前收益值；如果是，解除与自身已建立联盟关系的MUE的联盟关系，并建立与所述其他MUE所处的联盟的联盟关系；其中，所述联盟收益值为与所述其他MUE所处的联盟建立联盟关系的收益值。

较佳的，所述收益函数为：

其中，u为自身在联盟S中的收益值，为HCN中MUE的集合，S为自身所处的联盟，|且|S|>1表示自身所处联盟中还存在其他的SBS但不存在MUE，h(k)为加入过联盟S但已经离开的SBS的集合，R_k({k})为在所述联盟S只有自身时的吞吐量，R_k(S)为自身在联盟S中的吞吐量，ρ与SBS建立联盟关系的MUE购买自身为其发送信号的的单价，P_sbs为自身的总发射功率，α为自身在联盟S中MUE的子信道上的发送信号的功率占自身发送的信号总功率的比例。

较佳的，所述装置还包括：

接收模块，用于接收MBS发送的消息，其中，所述消息用于指示自身发送用于防止所述MBS向MUE发送的数据被窃听器窃听的信号。

由上述技术方案可见，本发明实施例提供了一种防止窃听方法及装置，应用于异构蜂窝网络中的SBS；所述方法包括：获得自身与每个MUE的第一信道增益以及在每个MUE的子信道上自身与窃听器之间的第二信道增益；根据所述第一信道增益、所述第二信道增益和收益函数，计算自身与每个MUE所处的联盟的收益值；根据所述收益值，建立自身与MUE的联盟关系；根据所述联盟关系，在与自身具有联盟关系的MUE的子信道上发送用于防止MBS向所述MUE发送的数据被窃听器窃听的信号，其中，所述信号为所述SBS向所述SUE发送的有效信息中的一部分。

应用本发明实施例，SBS在MUE的子信道上发送信号，为MUE提供友好干扰服务，对窃听器造成了干扰，恶化窃听器的信道，增加了MUE的保密容量，防止了MBS向MUE发送的数据被窃听器窃听。相较于现有技术中，SBS在为MUE提供友好干扰服务期间不能与SUE传输业务，本发明实施例中，SBS在MUE的子信道上发送的信号为发送SBS向SUE发送的有效信息中的一部分，该信号可以用于SBS与SUE业务传输，减少了SBS的性能损失。

当然，实施本发明的任一产品或方法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一种防止窃听方法的流程示意图；

图2为SBS与MUE建立联盟关系的示意图；

图3A为现有的频率租用工作过程的示意图；

图3B为本发明实施例中频率租用工作过程的示意图；

图4为应用本发明实施例前后MUE的保密容量对比图；

图5为本发明实施例提供的另一种防止窃听方法的流程示意图；

图6为本发明实施例提供的一种防止数据装置的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的另一种防止窃听装置的结构示意图。

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做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。

为了解决现有技术问题，本发明实施例提供了一种防止窃听方法及装置。下面首先对本发明实施例所提供的一种防止窃听方法进行介绍。

需要说明的是，本发明实施例优选应用于异构蜂窝网络中的SBS。可以理解的是，在HCN中SBS的数量不只一个，本发明实施例提供的方法应用于每一个SBS中。在实际应用中，SBS包括微蜂窝、家庭基站和中继。微蜂窝(Picocell)是指低功率的由网络运营商安装的蜂窝基站；家庭基站(Home BS)，又称家庭小区，是一种低成本的毫微微米蜂窝基站；中继一般由网络运营商配置的无线访问节点。本领域技术人员可以理解的是，在实际应用中，异构蜂窝网络还包括MBS、多个MUE以及多个SUE。

图1为本发明实施例提供的一种防止窃听方法的流程示意图，包括如下步骤：

S101：获得自身与每个MUE的第一信道增益以及在每个MUE的子信道上自身与窃听器之间的第二信道增益。

本领域技术人员可以理解的是，SBS可以自身测量第一信道增益和第二信道，也可以是其他设备测量第一信道增益和第二信道增益，SBS从其他设备获得第一信道增益和第二信道增益。本发明实施例中所说的第一信道增益和第二信道增益都并不只有一个数值，根据实际情况，可以为多个数值。

S102：根据所述第一信道增益、所述第二信道增益和收益函数，计算自身与每个MUE所处联盟的收益值。

具体的，根据所述第一信道增益、所述第二信道增益和收益函数，计算自身与每个MUE所处的联盟的收益值，包括：

根据所述第一信道增益、所述第二信道增益，将所述第二信道增益大于所述第一信道增益对应的MUE确定为与自身待建立联盟关系的MUE；

根据收益函数，计算自身与每个确定的MUE所处的联盟的收益值。

本领域技术人员可以理解的是，在本发明实施例中所说的联盟可以理解为结盟，也可以理解为一个集合，一个SBS或者一个MUE都可以作为一个联盟，SBS或MUE只会知道与自己联盟的对象是谁，但自身不会知道其他联盟的信息，当SBS和MUE同时存在时，联盟中可以存在多个SBS，但只能存在一个MUE。本发明实施例中，SBS为MUE发送干扰信号，SBS的服务对象是MUE，因此，SBS只能与MUE建立联盟关系，SBS之间不会相互建立联盟关系；同理，MUE之间不会相互建立联盟关系。需要说明的是，计算自身与每个MUE所处联盟的收益值，就是计算自身如果加入到每个MUE所处联盟可能获得的收益值。

需要说明的是，当第二信道增益大于第一信道增益，说明当自身为MUE发送信号时，对MUE造成的干扰比对窃听器造成的干扰小，自身与MUE的协作能够提高MUE的保密容量，这里所说的自身与MUE协作，即自身与MUE建立联盟关系。保密容量是指MUE的主信道容量大于窃听信道的信道容量，MUE的第二信道增益大于第一信道增益，说明该MUE的数据被窃听，需要与SBS协作以提高自身的保密容量；例如，可以将MUE的信息存储进一个列表或集合，具体存储的形式可以根据实际情况确定。

在具体应用中，与自身待建立联盟关系的MUE表示为一个集合，该集合可以表示为：

其中，Ψ_k为与自身待建立联盟关系的MUE的集合，为第一信道增益，k为SBS，m为MUE，n_m为MUE的子信道，为第二信道增益，e为窃听器，M为HCN中MUE的集合。

具体的，所述收益函数为：

其中，u为自身在联盟S中的收益值，为HCN中MUE的集合，S为自身所处的联盟，且|S|>1表示自身所处联盟中还存在其他的SBS但不存在MUE，h(k)为加入过联盟S但已经离开的SBS的集合，R_k({k})为在所述联盟S只有自身时的吞吐量，R_k(S)为自身在联盟S中的吞吐量，ρ与SBS建立联盟关系的MUE购买自身为其发送信号的单价，P_sbs为自身的总发射功率，α为自身在联盟S中MUE的子信道上的发送信号的功率占自身发送的信号总功率的比例。

需要说明的是，收益函数是根据自身的性能以及为MUE提供友好干扰服务能获取的收益等等建立的，是一个分段函数，当联盟S中存在自身所处的联盟中还存在其他的SBS不存在MUE时，将收益值定义为负无穷大。当MUE向自身支付提供友好干扰的单价为负值，说明如果自身与MUE建立联盟关系，反而使得MUE的保密容量下降了，而且不会增加自身的收益，所以将收益值定义为负无穷大；若自身为已经离开联盟S，则自身不会与联盟S中的MUE再次建立联盟关系，则定义SBS在联盟S中的收益为负无穷大。当联盟S中只有自身时，自身的吞吐量就是自身的收益。当联盟中存在MUE时，自身的收益为R_k(S)和MUE向自身支付的费用的总和。需要说明的是，这里所说的α的具体数值可以根据情况确定。

在实际应用中，ρ可以表示为：

ρ＝R_m(S)-R_m(S\{k})

其中，R_m(S)为MUE在联盟S中的保密容量，R_m(S\{k})为MUE在去除自身的联盟S中的保密容量。需要说明的是，在联盟S中，除自身外还可能存在其他的SBS，所以，R_m(S\{k})为MUE在去除自身的联盟S中的保密容量。

MUE在联盟中的保密容量可以表示为：

$R_m\left(S\right)={\[{\mathrm{\γ}}_m^{n_m}\left(S\right)-{\mathrm{\γ}}_e^{n_m}\left(S\right)\]}^{+}$

其中，[x]⁺表示max(0,x)，为在联盟S中MUE的吞吐量，为MUE在联盟S中时被窃听的吞吐量，即窃听器的吞吐量。

在联盟中MUE的吞吐量可以表示为：

${\mathrm{\γ}}_m^{n_m}\left(S\right)=\frac{W}{2}{\log }_2(1+\frac{P_0{h}_{0,m}^{n_m}}{{\mathrm{\σ}}^2+{\mathrm{\Σ}}_{j\∈J\left(m\right)}{\mathrm{\αP}}_{sbs}{h}_{j,m}^{n_m}}),$

其中，σ²为热噪声功率，W为n_m的带宽，P₀为MBS的发射总功率，为在子信道n_m上MBS到MUE的信道增益，J(m)为在联盟S中为MUE发送干扰信号的SBS集合。在子信道n_m上，联盟S中SBS到MUE的信道增益。

需要说明的是，当J(m)为非空集，J(m)可以包括至少一个SBS，当只有SBS时，即为当J(m)为空集，说明在联盟S中只有MUE。

此时，窃听器的吞吐量可以表示为：

${\mathrm{\γ}}_e^{n_m}\left(S\right)=\frac{W}{2}{\log }_2(1+\frac{P_0{h}_{0,e}^{n_m}}{{\mathrm{\σ}}^2+{\mathrm{\Σ}}_{j\∈J\left(m\right)}{\mathrm{\αP}}_{sbs}{h}_{j,e}^{n_m}})$

其中，为在子信道n_m上窃听器到MUE的信道增益，在子信道n_m上，联盟S中SBS到窃听器的信道增益。

SBS在联盟S中的吞吐量为：

$R_k\left(S\right)=\frac{W}{2}\[{\log }_2(1+\frac{(1-\mathrm{\α})P_{sbs}{h}_{k,u_k}^{n_k}}{{\mathrm{\σ}}^2+{\Σ}_{i\∈I\left(i\right)}{P}_i^{n_k}{h}_{i,u_k}^{n_k}})+{\log }_2(1+\frac{{\mathrm{\αP}}_{sbs}{h}_{k,u_k}^{n_m}}{{\mathrm{\σ}}^2+P_0{h}_{0,u_k}^{n_m}+{\Σ}_{j\∈J\left(m\right)}{\mathrm{\αP}}_{sbs}{h}_{j,u_k}^{n_m}})\]$

其中，u_k为SBS服务的SUE，n_k为SUE的子信道，为在n_k上SBS与SUE的信道增益，I(i)为同样使用n_k的SBS的集合，为I(i)中的SBS在n_k上发送的功率，为在n_m上MBS与SUE之间的信道增益，为在n_m上J(m)中的SBS到SUE的信道增益。

S103：根据所述收益值，建立自身与MUE的联盟关系。

具体的，所述根据所述收益值，建立自身与MUE的联盟关系，可以包括：

在与自身已建立联盟关系的MUE不是所计算的收益值最大的对应的MUE的情况下，向所计算的收益值最大的对应的MUE发送联盟请求；

在接收到所确定的MUE发送的同意联盟的信息的情况下，解除与自身已建立联盟关系的MUE的联盟关系，并建立与所确定的MUE所处联盟的联盟关系；

在没有接收到所确定的MUE发送的同意联盟的信息、且接收到其他MUE发送的联盟请求的情况下，建立与所述其他MUE所处联盟的联盟关系。

在本领域技术人员可以理解的是，根据收益值，如果与自身已建立联盟关系的MUE是所计算的收益值中最大的收益值对应的MUE，SBS会继续留在已建立的联盟中。

具体的，所述根据所述收益值，建立自身与MUE的联盟关系，可以包括：

接收MUE的联盟请求；

判断接收到的联盟请求对应的MUE是否为与所计算的收益值最大的对应的MUE；

如果是，解除与自身已建立联盟关系的MUE的联盟关系，并建立与所计算的收益值最大的对应的MUE的联盟关系；

如果否，在与自身已建立联盟关系的MUE不是所计算的收益值最大的对应的MUE的情况下，向所计算的收益值最大的对应的MUE发送联盟请求；在接收到所确定的MUE发送的同意联盟的信息的情况下，解除与自身已建立联盟关系的MUE的联盟关系，并建立与所确定的MUE所处联盟的联盟关系；在没有接收到所确定的MUE发送的同意联盟的信息、且接收到其他MUE发送的联盟请求的情况下，建立与所述其他MUE所处联盟的联盟关系。

具体的，在所述建立与所述其他MUE所处联盟的联盟关系之前，所述方法还包括：

判断联盟收益值是否大于当前收益值，其中，所述联盟收益值为与所述其他MUE所处的联盟建立联盟关系的收益值；

所述建立与所述其他MUE所处联盟的联盟关系，可以包括：

在所述联盟收益值大于当前收益值的情况下，解除与自身已建立联盟关系的MUE的联盟关系，并建立与所述其他MUE所处联盟的联盟关系。

本领域技术人员可以理解的是，自身为MUE发送信号，为MUE提供友好干扰服务，为了自身的性能考虑，需要根据收益值，确定与自身待建立联盟关系对应的MUE。在具体应用中，如果根据收益值，自身在当前联盟的收益为最大的收益，则SBS留在当前联盟。

需要说明的是，在实际应用中，所确定的MUE会确定同意是否与自身发送联盟请求的SBS建立联盟关系，下面对这一过程进行具体说明。

MUE根据从MBS接收到的第一信道增益、第二信道增益和自身的收益函数，计算与每个没有与任何MUE联盟的SBS建立联盟关系的收益值。

MBS处的第一信道增益和第二信道增益可以是自身测量得到的，也可以是SBS测量并将测量得到的第一信道增益和第二信道增益上报给MBS，MBS将获得的所有信道增益广播，以使每个MUE获得第一信道增益和第二信道增益。在这里需要说明的是，针对每个MUE，并不会接收所有的信道增益，会选择性地接收自身需要的第一信道增益和第二信道增益。

具体的，可以根据第一信道增益、第二信道增益，将第二信道增益大于第一信道增益的SBS，确定为与自身待建立联盟关系的SBS。在实际应用中，可以将与自身待建立联盟关系的SBS表示为一个集合，该集合可以表示为：

其中，Ψ_m为待与自身建立联盟关系的SBS的集合，为异构蜂窝网络中SBS的集合。

根据收益函数，计算自身与待建立联盟关系的SBS中、当前未与任何MUE建立联盟关系SBS所处联盟的收益值。

MUE的收益函数可以表示为：

其中，u_m在联盟A中的收益值，C_m(A)为向联盟A中的SBS所支付的费用。

C_m(A)可以表示为：

$C_m\left(A\right)={\mathrm{\Σ}}_{j\∈J\left(m\right)}{\mathrm{\ρP}}_j^{n_m}={\mathrm{\αP}}_{sbs}{\mathrm{\Σ}}_{j\∈J\left(m\right)}\mathrm{\ρ}$

其中，为与自身建立联盟关系的SBS在自身的子信道上发送干扰信号的功率。

需要说明的是，这里所说的联盟A与上面所说的联盟S可以是同一个联盟，也可以是不同的联盟。在实际应用中，MUE将为自身提供友好干扰服务的SBS按照该SBS带来的边缘增益确定为ρ。针对不同的SBS，ρ是不同的值，ρ是MUE根据如果与SBS建立联盟带来的边缘收益确定的。

MUE可以：在与自身已建立联盟关系的SBS不是所计算的收益值最大的对应的SBS的情况下，向所计算的收益值最大的对应的SBS发送联盟请求；

在接收到所确定的SBS发送的同意联盟的信息的情况下，解除与自身已建立联盟关系的SBS的联盟关系，并建立与所确定的SBS所处联盟的联盟关系；

在没有接收到所确定的SBS发送的同意联盟的信息、且接收到其他SBS发发送的联盟请求的情况下，建立与其他SBS所处的联盟的联盟关系。

具体的，MUE还可以：

接收SBS的联盟请求；

判断接收到的联盟请求对应的SBS是否为与所计算的收益值最大的对应的SBS；

如果是，解除与自身已建立联盟关系的SBS的联盟关系，并建立与所计算的收益值最大的对应的MUE的联盟关系；

如果否，在与自身已建立联盟关系的SBS不是所计算的收益值最大的对应的SBS的情况下，向所计算的收益值最大的对应的SBS发送联盟请求；在接收到所确定的SBS发送的同意联盟的信息的情况下，解除与自身已建立联盟关系的SBS的联盟关系，并建立与所确定的SBS所处联盟的联盟关系；在没有接收到所确定的SBS发送的同意联盟的信息、且接收到其他SBS发送的联盟请求的情况下，建立与其他SBS所处联盟的联盟关系。

具体的，在建立与其他SBS所处联盟的联盟关系之前，MUE还可以：

判断自身与其他SBS所处的联盟建立联盟关系的收益值是否大于当前收益值；在自身与其他SBS所处的联盟建立联盟关系的收益值大于当前收益值的情况下，解除与自身已建立联盟关系的SBS的联盟关系，并建立与其他SBS所处联盟的联盟关系。

本领域技术人员可以理解的是，在SBS选择MUE建立联盟关系的同时，MUE也在选择SBS建立联盟关系。SBS与MUE之间是双向选择，也可以理解为SBS与MUE之间是一种博弈关系，SBS为了自身利益最大化，与MUE进行博弈；同理，MUE为了自身利益最大化，与SBS进行博弈。

S104：根据所述联盟关系，在与自身具有联盟关系的MUE的子信道上发送用于防止MBS向所述MUE发送的数据被窃听器窃听的信号，其中，所述信号为所述SBS向所述SUE发送的有效信息中的一部分。

本领域技术人员可以理解的是，SBS在与自身具有联盟关系的MUE的子信道上发送用于防止MBS向所述MUE发送的数据被窃听器窃听的信号，可以理解为SBS作为干扰器，为与自身具有联盟关系的MUE提供友好干扰服务，在MUE子信道上发送的信号为干扰信号，对窃听器施加干扰，降低了窃听器的SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio，信噪比)。SBS在正常传输自己业务的同时，分配给α的功率为MUE提供友好干扰服务。需要说明的是，这里所说的有效信息为SBS与SUE之间进行业务传输的信息，为SBS与SUE之间正常通信的有用信号，该信息中包含进行业务传输的数据，SBS发送的在MUE的子信道上发送的信号可以进行业务的传输，即在SBS为MUE提供友好干扰服务的时候，SBS与SUE之间正常通信。

在本发明实施例中，SBS在MUE的子信道发送信号，能够对窃听器产生干扰，进而能够增加MUE的保密容量，从而保证了MBS向MUE发送的数据可以安全传输。

在实际应用中，应用本发明实施例所提供的方法，SBS与MUE建立联盟关系，示例性的可以如图2所示，SBS为与自身联盟关系的MUE提供友好干扰服务，在为自身建立联盟关系的MUE发送信号，使用的是阶段合并的频率租用(Spectrum leasing)，将服务阶段与补偿阶段合并，MUE将自己的频率授权给为其服务的SBS，SBS在MUE的子信道上向SUE发送信号，该信号可以为SUE传输业务。

在现有的方法中发送的信号为高斯噪声，高斯噪声是一种具有正态分布(也称作高斯分布)概率密度函数的噪声。本发明实施例中，使用频率租用的思想对发送信号的SBS进行性能补偿，弥补在发送信号期间的性能损失。在现有技术中，频率租用的基本工作过程大致分为两个阶段，如3A所示，其中，服务阶段占整个过程的比例为β，在此阶段，SBS发送高斯噪声为MUE提供友好干扰服务，MUE发送有用信号，SBS发送的是高斯噪声，不能为SUE提供有效的信息，则该信号可以理解为无用信号；在补偿阶段，MUE停止发送有用信息，将频率和时隙授权给为自己提供友好干扰服务的SBS，SBS在MUE的子信道上向SUE发送信号，该信号能进行业务传输，该信号为有用信号。本发明实施例将频率租用的两个阶段合并，如图3B所示，SBS使用自身有效信息的一部分作为信号代替高斯噪声，为MUE提供友好干扰服务，在为MUE提供友好干扰服务对窃听器造成干扰的同时，也与SUE进行业务传输，即该信号为有效信息的一部分也可以理解为有用信号。

需要说明的是，现有的技术中，SBS使用高斯噪声作为干扰信号为MUE服务，在为MUE提供友好干扰服务的时候，发送的信号不可以作为业务传输的信号，导致了SBS的性能损失，本发明实施例中SBS选择MUE建立联盟关系，在为MUE提供友好干扰服务的时候发送的信号，可以用于与SUE之间的业务传输，可以减少自身性能的损失。在本发明实施例中，SBS为MUE提供友好干扰服务发送的信号不仅可以对窃听器造成干扰，还可以用于与SUE之间的业务传输。SBS为MUE提供友好干扰服务，能够增加MUE的保密容量，进而能够防止MBS向MUE发送的数据被窃听器窃听，保证了MBS与MUE之间的数据可以安全传输。MUE会为SBS的性能损失进行补偿，会根据SBS的收益函数支付费用给SBS，即MUE向为其提供服务的SBS授权自己的子信道，使得SBS可以在自身的子信道上进行业务传输，作为对SBS的资源补偿。联盟中的SBS与MUE之间是一种协作共赢的关系，SBS为MUE发送干扰信号，提升MUE的保密容量，MUE向SBS支付费用和性能补偿，提高SBS的收益和性能。

在现有技术中，SBS可能为多个MUE提供友好干扰服务，在本发明实施例中，SBS可以根据收益值选择是否与MUE建立联盟，与哪个MUE建立联盟，SBS只为一个MUE提供友好干扰服务，减少了SBS的性能损失。

下面通过具体实施例对本发明实施例进行说明。

在具体实施例中，在半径为400米的宏小区中，窃听器位于(150,190)处，宏小区中有10个MUE，80个SBS，SBS分配出α＝10％的功率的信号在MUE的子信道上发送，P₀为46dBm(分贝毫瓦)，P_sbs总功率为23dBm，噪声功率为-174dBm/Hz，W为180kHz(千赫兹)。从图4显示，只有4个MUE在不采取任何措施的情况下能够获得一定的保密容量，而大部分MUE的数据可被窃听器窃取。表1中的数据也可印证这一点，表1为应用本发明实施例提供的方法前后宏小区性能对比表。

表1

从表1中，可以看出在未应用本发明实施例提供的方法的情况下，平均有60％以上的MUE保密容量为0，这说明当网络中存在窃听器，尤其是当该窃听器处于宏小区较为中心的区域时，MUE是非常危险的，MBS到MUE之间的数据被大量暴露在窃听器之下。通过表1的统计数据还可以看出，经过SBS的提供的友好干扰服务，几乎全部MUE都能够获得一定的保密容量，使得他们可以进行一定的私密业务的传输，此时整个网络中的MUE平均保密容量增加了五倍以上，而对本身就具有大于零的保密容量的MUE，其保密容量也至少翻了一倍。在增加MUE保密容量的同时，由于使用了阶段合并的频率租用对SBS进行补偿，SBS的吞吐量也有了16.92％的提升，提高了资源利用率，减少了SBS的性能损失。

应用本发明实施例，SBS在MUE的子信道上发送信号，为MUE提供友好干扰服务，对窃听器造成了干扰，恶化窃听器的信道，增加了MUE的保密容量，防止了MBS向MUE发送的数据被窃听器窃听。相较于现有技术中，SBS在为MUE提供友好干扰服务期间不能与SUE传输业务，本发明实施例中，SBS在MUE的子信道上发送的信号为发送SBS向SUE发送的有效信息中的一部分，该信号可以用于SBS与SUE业务传输，减少了SBS的性能损失。

图5为本发明实施例提供的另一种防止窃听方法的流程示意图，本发明图5所示实施例在图1所示实施例的基础上，在S103与S104之间增加S105：接收MBS发送的消息，其中，所述消息用于指示自身发送用于防止所述MBS向MUE发送的数据被窃听器窃听的信号。

本领域技术人员可以理解的是，MBS可以获知HCN中的SBS和MUE的全部信息，当HCN中的所有SBS和MUE都不再改变自身所处的联盟，MBS则向联盟中的SBS发送消息，SBS接收到该消息后，根据该消息的具体内容，SBS发送信号，为MUE提供友好干扰服务。

应用本发明实施例，SBS在MUE的子信道上发送信号，为MUE提供友好干扰服务，对窃听器造成了干扰，恶化窃听器的信道，增加了MUE的保密容量，防止了MBS向MUE发送的数据被窃听器窃听。相较于现有技术中，SBS在为MUE提供友好干扰服务期间不能与SUE传输业务，本发明实施例中，SBS在MUE的子信道上发送的信号为发送SBS向SUE发送的有效信息中的一部分，该信号可以用于SBS与SUE业务传输，减少了SBS的性能损失。

图6为本发明实施例提供的一种防止窃听装置的结构示意图，应用于异构蜂窝网络中的SBS；所述装置可以包括获得模块201、计算模块202、建立模块203和发送模块204。

其中，获得模块201，用于获得自身与每个MUE的第一信道增益以及在每个MUE的子信道上自身与窃听器之间的第二信道增益。

计算模块202，用于根据所述第一信道增益、所述第二信道增益和收益函数，计算自身与每个MUE所处的联盟的收益值。

具体的，所述计算模块202可以包括确定子模块和计算子模块(图6未示出)。

确定子模块，用于根据所述第一信道增益、所述第二信道增益，将所述第二信道增益大于所述第一信道增益对应的MUE确定为与自身待建立联盟关系的MUE；

计算子模块，用于根据收益函数，计算自身与每个确定的MUE所处的联盟的收益值。

具体的，所述收益函数为：

其中，u为自身在联盟S中的收益值，为HCN中MUE的集合，S为自身所处的联盟，且|S|>1表示自身所处联盟中还存在其他的SBS但不存在MUE，h(k)为加入过联盟S但已经离开的SBS的集合，R_k({k})为在所述联盟S只有自身时的吞吐量，R_k(S)为自身在联盟S中的吞吐量，ρ与SBS建立联盟关系的MUE购买自身为其发送信号的单价，P_sbs为自身的总发射功率，α为自身在联盟S中MUE的子信道上的发送信号的功率占自身发送的信号总功率的比例。

建立模块203，用于根据所述收益值，建立自身与MUE的联盟关系。

具体的，所述建立模块可以包括发送子模块、第一建立子模块和第二建立子模块(图6未示出)。

发送子模块，用于在与自身已建立联盟关系的MUE不是所计算的收益值最大的对应的MUE的情况下，向所计算的收益值最大的对应的MUE发送联盟请求；

第一建立子模块，用于在接收到所确定的MUE发送的同意联盟的信息的情况下，解除与自身已建立联盟关系的MUE的联盟关系，并建立与所确定的MUE所处联盟的联盟关系；

第二建立子模块，用于在没有接收到所确定的MUE发送的同意联盟的信息、且接收到其他MUE发发送的联盟请求的情况下，建立与所述其他MUE所处的联盟的联盟关系。

具体的，所述建立模块可以包括接收子模块、判断子模块、第三建立子模块和第四建立子模块。

接收子模块，用于接收MUE的联盟请求；

判断子模块，用于判断接收到的联盟请求对应的MUE是否为与所计算的收益值最大的对应的MUE；

第三建立子模块，用于在判断子模块的判断结果为是的情况下，解除与自身已建立联盟关系的MUE的联盟关系，并建立与所计算的收益值最大的对应的MUE的联盟关系；

第四建立子模块，用于在判断子模块的判断结果为否的情况下，在与自身已建立联盟关系的MUE不是所计算的收益值最大的对应的MUE的情况下，向所计算的收益值最大的对应的MUE发送联盟请求；在接收到所确定的MUE发送的同意联盟的信息的情况下，解除与自身已建立联盟关系的MUE的联盟关系，并建立与所确定的MUE所处联盟的联盟关系；在没有接收到所确定的MUE发送的同意联盟的信息、且接收到其他MUE发送的联盟请求的情况下，建立与所述其他MUE所处联盟的联盟关系。

具体的，所述第二建立子模块，可以用于：

在没有接收到所确定的MUE发送的同意联盟的信息、且接收到其他MUE发送的联盟请求的情况下，判断联盟收益值是否大于当前收益值；如果是，解除与自身已建立联盟关系的MUE的联盟关系，并建立与所述其他MUE所处的联盟的联盟关系；其中，所述联盟收益值为与所述其他MUE所处的联盟建立联盟关系的收益值。

发送模块204，用于根据所述联盟关系，在与自身具有联盟关系的MUE的子信道上发送用于防止MBS向所述MUE发送的数据被窃听器窃听的信号，其中，所述信号为所述SBS向所述SUE发送的有效信息中的一部分。

应用本发明实施例，SBS在MUE的子信道上发送信号，为MUE提供友好干扰服务，对窃听器造成了干扰，恶化窃听器的信道，增加了MUE的保密容量，防止了MBS向MUE发送的数据被窃听器窃听。相较于现有技术中，SBS在为MUE提供友好干扰服务期间不能与SUE传输业务，本发明实施例中，SBS在MUE的子信道上发送的信号为发送SBS向SUE发送的有效信息中的一部分，该信号可以用于SBS与SUE业务传输，减少了SBS的性能损失。

图7为本发明实施例提供的另一种防止窃听装置的结构示意图，本发明图7所示实施例在图6所示实施例的基础上，增加接收模块205。

接收模块205，用于接收MBS发送的消息，其中，所述消息用于指示自身发送用于防止所述MBS向MUE发送的数据被窃听器窃听的信号。

应用本发明实施例，SBS在MUE的子信道上发送信号，为MUE提供友好干扰服务，对窃听器造成了干扰，恶化窃听器的信道，增加了MUE的保密容量，防止了MBS向MUE发送的数据被窃听器窃听。相较于现有技术中，SBS在为MUE提供干扰服务期间不能与SUE传输业务，本发明实施例中，SBS在MUE的子信道上发送的信号为发送SBS向SUE发送的有效信息中的一部分，该信号可以用于SBS与SUE业务传输，减少了SBS的性能损失。

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。

Claims (10)

1.一种防止窃听方法，其特征在于，应用于异构蜂窝网络中的SBS；所述方法包括：

获得自身与每个MUE的第一信道增益以及在每个MUE的子信道上自身与窃听器之间的第二信道增益；

根据所述第一信道增益、所述第二信道增益和收益函数，计算自身与每个MUE所处的联盟的收益值；

根据所述收益值，建立自身与MUE的联盟关系；

根据所述联盟关系，在与自身具有联盟关系的MUE的子信道上发送用于防止MBS向所述MUE发送的数据被窃听器窃听的信号，其中，所述信号为所述SBS向所述SUE发送的有效信息中的一部分。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，根据所述第一信道增益、所述第二信道增益和收益函数，计算自身与每个MUE所处的联盟的收益值，包括：

根据所述第一信道增益、所述第二信道增益，将所述第二信道增益大于所述第一信道增益对应的MUE确定为与自身待建立联盟关系的MUE；

根据收益函数，计算自身与每个确定的MUE所处联盟的收益值。

3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述根据所述收益值，建立自身与MUE的联盟关系，包括：

在与自身已建立联盟关系的MUE不是所计算的收益值最大的对应的MUE的情况下，向所计算的收益值最大的对应的MUE发送联盟请求；

在接收到所确定的MUE发送的同意联盟的信息的情况下，解除与自身已建立联盟关系的MUE的联盟关系，并建立与所确定的MUE所处联盟的联盟关系；

在没有接收到所确定的MUE发送的同意联盟的信息、且接收到其他MUE发送的联盟请求的情况下，建立与所述其他MUE所处联盟的联盟关系。

4.根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述根据所述收益值，建立自身与MUE的联盟关系，包括：

接收MUE的联盟请求；

判断接收到的联盟请求对应的MUE是否为与所计算的收益值最大的对应的MUE；

如果是，解除与自身已建立联盟关系的MUE的联盟关系，并建立与所计算的收益值最大的对应的MUE的联盟关系；

如果否，在与自身已建立联盟关系的MUE不是所计算的收益值最大的对应的MUE的情况下，向所计算的收益值最大的对应的MUE发送联盟请求；在接收到所确定的MUE发送的同意联盟的信息的情况下，解除与自身已建立联盟关系的MUE的联盟关系，并建立与所确定的MUE所处联盟的联盟关系；在没有接收到所确定的MUE发送的同意联盟的信息、且接收到其他MUE发送的联盟请求的情况下，建立与所述其他MUE所处联盟的联盟关系。

5.根据权利要求3或4所述方法，其特征在于，在所述建立与所述其他MUE所处联盟的联盟关系之前，所述方法还包括：

判断联盟收益值是否大于当前收益值，其中，所述联盟收益值为与所述其他MUE所处联盟建立联盟关系的收益值；

所述建立与所述其他MUE所处联盟的联盟关系，包括：

在所述联盟收益值大于当前收益值的情况下，解除与自身已建立联盟关系的MUE的联盟关系，并建立与所述其他MUE所处联盟的联盟关系。

6.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述收益函数为：

其中，u为自身收益值，为HCN中MUE的集合，S为自身所处的联盟，且|S|>1表示自身所处联盟中只存在其他的SBS但不存在MUE，h(k)为加入过联盟S但已经离开的SBS的集合，R_k({k})为在所述联盟S只有自身时的吞吐量，R_k(S)为自身在联盟S中的吞吐量，ρ为与SBS建立联盟关系的MUE购买自身为其发送信号的单价，P_sbs为自身的总发射功率，α为自身在联盟S中MUE的子信道上的发送信号的功率占自身发送的信号总功率的比例。

7.根据权利要求1所述方法，其特征在于，在根据所述收益值，建立自身与MUE的联盟关系之后，在根据所述联盟关系，在与自身具有联盟关系的MUE的子信道上发送用于防止MBS向MUE发送的数据被窃听器窃听的信号之前，所述方法还包括：

接收MBS发送的消息，其中，所述消息用于指示自身发送用于防止所述MBS向MUE发送的数据被窃听器窃听的信号。

8.一种防止窃听装置，其特征在于，应用于异构蜂窝网络中的SBS；所述装置包括：

获得模块，用于获得自身与每个MUE的第一信道增益以及在每个MUE的子信道上自身与窃听器之间的第二信道增益；

计算模块，用于根据所述第一信道增益、所述第二信道增益和收益函数，计算自身与每个MUE所处联盟的收益值；

建立模块，用于根据所述收益值，建立自身与MUE的联盟关系；

发送模块，用于根据所述联盟关系，在与自身具有联盟关系的MUE的子信道上发送用于防止MBS向所述MUE发送的数据被窃听器窃听的信号，其中，所述信号为所述SBS向所述SUE发送的有效信息中的一部分。

9.根据权利要求8所述装置，其特征在于，所述收益函数为：

其中，u为自身在联盟S中的收益值，为HCN中MUE的集合，S为自身所处的联盟，且|S|>1表示自身所处联盟中还存在其他的SBS但不存在MUE，h(k)为加入过联盟S但已经离开的SBS的集合，R_k({k})为在所述联盟S只有自身时的吞吐量，R_k(S)为自身在联盟S中的吞吐量，ρ与SBS建立联盟关系的MUE购买自身为其发送信号的的单价，P_sbs为自身的总发射功率，α为自身在联盟S中MUE的子信道上的发送信号的功率占自身发送的信号总功率的比例。

10.根据权利要求8所述装置，其特征在于，所述装置还包括：

接收模块，用于接收MBS发送的消息，其中，所述消息用于指示自身发送用于防止所述MBS向MUE发送的数据被窃听器窃听的信号。