CN106789919A - 一种自适应多频段协同安全传输方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自适应多频段协同安全传输方法及装置，包括以下步骤：步骤1：发送节点对原始数据进行网络编码，并对数据进行分组，将原始数据分为编码数据分组、系数矩阵和未编码分组；步骤2：多频带协同安全传输，对编码数据分组信息通过宽带传输；系数矩阵和原始编码分组通过窄带传输，其中原始编码分组即为未编码分组；步骤3：接收节点对于接收到的编码数据分组、系数矩阵和原始编码分组进行解码，恢复出原始数据。与现有技术相比，本发明利用宽带传输数据信息，而利用窄带信息传输控制信息和指令信息，确保宽带通信受到干扰时，系统仍然能够正常工作，在实际无线通信应用中具有更广阔的应用前景。

Description

一种自适应多频段协同安全传输方法及装置

技术领域

本发明涉及一种无线通信技术领域，尤其是涉及一种自适应多频段协同安全传输方法及装置。

背景技术

网络编码技术，作为网络通信领域的一项重要突破，已经迅速发展成为一个重要的研究领域。网络编码是一种融合编码和路由的信息交换技术，其原理为网络中结点对接收到的多个数据分组进行编码融合，编码后的数据再被中间结点以多点传送方式进行转发，目的结点可依据相应的编码系数进行解码，从而还原出原始数据。网络编码通过允许网络中间结点对不同数据流数据的编码取得网络最大流传输理论的上界，也改变了传统网络中结点仅充当数据存储转发的角色，从本质上打破了网络中传统的数据处理方式，推翻了网络中独立比特不能被压缩的结论。

同时，由于无线通信信道的开放性，存在无限通信信息被截获和被破译的可能性。但如果敌方设备只能够截获无线通信的传输信息，而不能破译接收到信号的内容，则能够提高整体传输信道的安全性，避免信息泄露和非法破译。

网络编码技术根据编码矩阵与多个数据分组相乘实现组合编码，使得编码后的每一个数据分组是所有数据分组的线性组合。接收端收到足够数据分组后利用其系数矩阵实现解码，要求系数矩阵是满秩的。对于第三方窃听者，如果未知系数矩阵，或者获得的稀疏矩阵不满秩，则无法获取有效数据。但是，利用宽带信道实现跳频/跳时传输，防止被干扰，算法实现复杂度高，通信速率提高困难。而未做物理层安全增强的宽带通信抗干扰能力差，在受到外界干扰时极有可能导致系统崩溃。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种自适应多频段协同安全传输方法及装置，提出宽带窄带安全协同传输机制，利用窄带跳频保密信道传输编码系数和极少量未编码分组，而将其他信息通过宽带信道传输，确保第三方侦听者只能获取部分数据包，而无法获取有效数据。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种自适应多频段协同安全传输方法，包括以下步骤：

步骤1：发送节点对原始数据进行网络编码，并对数据进行分组，将原始数据分为编码数据分组、系数矩阵和未编码分组；

步骤2：多频带协同安全传输，对编码数据分组信息通过宽带传输；系数矩阵和原始编码分组通过窄带传输，其中原始编码分组即为未编码分组；

步骤3：接收节点对于接收到的编码数据分组、系数矩阵和原始编码分组进行解码，恢复出原始数据。

所述的步骤2)中：由宽带传输编码数据分组信息作为透明数据，由窄带传输系数矩阵和原始编码分组作为加密数据。

所述的多频带协同安全传输具体如下：

步骤B1：利用宽带无线发送编码数据分组，实现数据的高速传输；

步骤B2：利用窄带跳频保密信道传输编码系数矩阵和未编码分组，利用网络编码产生的信息分散性和编译码特性，增加了信息被破译的难度，提高了网络数据的安全性。

所述的传输信息进行分组后由宽带、窄带两种不同的信道进行协同发送，接收节点需要同时获得两个信道来源的信息才能恢复完整数据。

一种自适应多频段协同安全传输方法的装置，包括：

发送节点，用于对原始数据进行网络编码，并对数据进行分组，将原始数据分为编码数据分组、系数矩阵和未编码分组；

接收节点，对于接收到的编码数据分组、系数矩阵和原始编码分组进行解码，恢复出原始数据；

宽带信道，带宽大的信道，用于保证较高的传输速率，发送编码分组数据，实现数据的高速传输；

窄带信道，信道带宽小，利用窄带跳频技术保密信道传输编码系数和未编码分组，利用网络编码产生的信息分散性和编译码特性，增加了信息被破译的难度，提高了网络数据的安全性。

与现有技术相比，本发明提出利用宽带传输数据信息，而利用窄带信息传输控制信息和指令信息，确保宽带通信受到干扰时，系统仍然能够正常工作，在实际无线通信应用中具有更广阔的应用前景。

附图说明

图1为自适应多频段协同安全传输系统框图。

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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。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的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

存在一个无线通信系统，对于发送端，假设该通信系统中的一个发送结点需要传输的信息总共为M，对所有的原始信息M进行网络编码，网络编码之后的数据记为N。

数据N可以分为编码数据分组D₁、系数矩阵D₂和剩下未编码分组D₃。

对于编码数据分组D₁，由于其数据量比较大，所以我们选择使用宽带传输。由于一个宽带信道能被划分为许多个逻辑信道，从而可以将各种声音、图像和数据信息传输综合在同一物理信道中进行。在多个逻辑通道中用不同的信号(模拟信号和数字信号)传输数据。值得注意的是这些编码数据分组信息可以在空中被敌方获取，所以可以认为是透明数据。

对于系数矩阵D₂和未编码分组D₃，采用跳频技术传输，例如采用4个跳频频点传输。4个跳频频点的频率分别记为f₁、f₂、f₃和f₄。信息发送方可以在每一个频点上选择一种调制方法。这些调制方法可以在BPSK、QPSK、OQPSK、8QAM、16QAM、FSK和8FSK等中选择，选择的调制方式的依据为满足无线通信网络的性能需求，具体来说比如时延、抖动、误码、丢包等指标。具体硬件实现可以通过系统CPU或者数字信号处理芯片(DSP芯片)、高速可编程芯片(如FPGA、CPLD)等硬件资源，然后使用软件编程手段实现。

对于接收端，接收结点会收到通过宽带传输的信息D₁’，即编码数据；同时也会接收到通过窄带跳频传输的信息，即系数矩阵D₂’和未编码分组D₃’。接收结点会对这些信息进行拼接、汇总和整合，然后解码恢复出原始数据。

由于敌方从空中获得的信息只有通过宽带传输的信息D₁’，即编码数据分组，然而系数信息通过窄带进行调频输出，敌方能够截获的信息仅仅是少量的观测样本。由于缺乏系数信息，敌方是无法解码得到原始信息的，大大提高破译的难度，从而提高了无线通信系统的安全性。

具体实施例

对于一个无线通信系统，发送结点传输的信息M，对所有的原始信息M进行网络编码，对网络编码之后的数据N根据内容，分组为编码数据D₁、系数矩阵D₂和剩下未编码数据D₃。

对于D₁进行宽带传输，对于D₂和D₃，采用6个频点的跳频技术传输，频点的频率分别记为f₁、f₂、f₃、f₄、f₅和f₆。在不同频点上选择尽量不同的调制方法，具体为BPSK、QPSK、8QAM、16QAM、FSK和8FSK。接收结点会收到通过宽带传输的信息D₁’和通过窄带跳频传输的系数矩阵D₂’和未编码分组D₃’，然后解码恢复出原始数据。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种自适应多频段协同安全传输方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：发送节点对原始数据进行网络编码，并对数据进行分组，将原始数据分为编码数据分组、系数矩阵和未编码分组；

步骤2：多频带协同安全传输，对编码数据分组信息通过宽带传输；系数矩阵和原始编码分组通过窄带传输，其中原始编码分组即为未编码分组；

步骤3：接收节点对于接收到的编码数据分组、系数矩阵和原始编码分组进行解码，恢复出原始数据。

2.根据权利要求1所述的一种自适应多频段协同安全传输方法，其特征在于，所述的步骤2)中：由宽带传输编码数据分组信息作为透明数据，由窄带传输系数矩阵和原始编码分组作为加密数据。

3.根据权利要求1所述的一种自适应多频段协同安全传输方法，其特征在于，所述的多频带协同安全传输具体如下：

步骤B1：利用宽带无线发送编码数据分组，实现数据的高速传输；

步骤B2：利用窄带跳频保密信道传输编码系数矩阵和未编码分组，利用网络编码产生的信息分散性和编译码特性，增加了信息被破译的难度，提高了网络数据的安全性。

4.根据权利要求1中任一所述的一种自适应多频段协同安全传输方法，其特征在于，所述的传输信息进行分组后由宽带、窄带两种不同的信道进行协同发送，接收节点需要同时获得两个信道来源的信息才能恢复完整数据。

5.一种实施权利要求1-4中任一所述的自适应多频段协同安全传输方法的装置，其特征在于，包括：

发送节点，用于对原始数据进行网络编码，并对数据进行分组，将原始数据分为编码数据分组、系数矩阵和未编码分组；

接收节点，对于接收到的编码数据分组、系数矩阵和原始编码分组进行解码，恢复出原始数据；

宽带信道，带宽大的信道，用于保证较高的传输速率，发送编码分组数据，实现数据的高速传输；

窄带信道，信道带宽小，利用窄带跳频技术保密信道传输编码系数和未编码分组，利用网络编码产生的信息分散性和编译码特性，增加了信息被破译的难度，提高了网络数据的安全性。