CN112737654A - 一种基于稀疏码多址接入的端信息扩展序列多用户并发通信方法 - Google Patents

一种基于稀疏码多址接入的端信息扩展序列多用户并发通信方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于稀疏码多址接入的端信息扩展序列多用户并发通信方法。所述方法在将通信内容msg加载到端信息扩展序列之前通过稀疏编码，从而改善端信息扩展序列传输效率低的问题，进而提高端信息的利用率，实现多用户并发通信的需求。在数据调制过程中，首先使用消息转换算法对通信内容msg进行进制转换的预处理，再以字符为单位进行分隔，从而保证接收端解析用户信息的准确性，接着根据用户信息进行码字的选择，最后将码字通过端信息扩展序列加载算法封装于数据包中，使用socket套接字发送到网络环境中。接收端提取数据包后利用码字的稀疏性进行用户的区分和用户通信内容的恢复。本发明能够使端信息扩展序列在保持本身所具有隐蔽性的同时，具有良好的传输性能，使得基于端信息扩展序列的通信方式更好地满足未来通信场景中万物互联、海量接入的需求。

Description

一种基于稀疏码多址接入的端信息扩展序列多用户并发通信 方法
技术领域
本发明涉及一种基于稀疏码多址接入的端信息扩展序列多用户并发通信方法。旨在基于端信息扩展序列的通信系统中实现多用户并发通信的目的，提高端信息资源利用率，进而实现安全、高效、快速的信息通信，属于网络安全技术领域。
背景技术
端信息的定义是指将数据通过端信息扩展算法进行转换，用多项端信息(IP地址、端口、协议等)组成序列的方式来表示一条数据，各项端信息与所表示的数据本身没有关系。发送方将通信内容通过端信息扩展算法进行转换，隐藏于端信息扩展序列中通过网络数据包发送至接收方，接收方通过不停监听网络中的数据流量并识别出可信客户端并解析出发送方传递的信息。
稀疏码多址技术是为了解决未来5G通信中频谱资源受限，无法满足万物互联、海量接入需求而设计提出的。稀疏码多址接入技术由低密度扩频序列(LDS,low densitysignature)序列发展而来，将星座符号调制技术与扩频技术相结合，将用户输入的二进制比特直接映射为用户码本中的稀疏码字，最后将各用户的稀疏码字叠加传输，接收端利用码字的稀疏性，采用消息传递算法实现用户的区分和信息的译码。
端信息扩展序列具有良好的隐蔽性，在保证用户信息安全传输方面具有一定优势，但在大量的研究中，往往忽略了端信息扩展序列传输效率低的问题。本发明采用稀疏码多址接入技术来提高端信息扩展序列的传输效率，实现多用户并发通信；使用数据调制技术将用户码字加载到端信息扩展序列中，来提高端信息的利用率，进而提高通信效率；使用消息分隔算法保证接收端解析用户信息的准确性；使端信息扩展序列具有较好的传输性能，满足未来通信场景中海量接入的需求。
发明内容
为了提高端信息的利用率，提高端信息扩展序列的传输效率，满足多用户并发的通信需求，本发明在将通信内容msg加载到端信息扩展序列之前通过SCMA编码，从而提高端信息的利用率。在数据调制过程中，使用消息分隔算法对通信内容msg进行预处理，从而保证接收端解析用户信息的准确性，使得端信息扩展序列具有良好的传输性能，满足未来通信场景中万物互联、海量接入的需求。其特征在于如下步骤：
(1)接入系统的用户M将通信内容msg使用信息转换算法转换为二进制形式Bin_msg，其中Bin_msg表示用户M通信内容msg的二进制形式；
(2)系统为用户生成对应的码本{CodeB 1，CodeB 2，……，CodeB m}，其中CodeB1表示第1个码本，CodeB 2表示第二个码本，CodeBm表示第m个码本；
(3)接入系统的用户M通过随机码本选择算法选择唯一的用户码本M_CodeBi(i∈[1，m])；
(4)将(1)中生成的Bin_msg以字符为单位进行分隔，每字符再以2比特进行码字的选择，生成Bin_msg_CodeM，Bin_msg_CodeM表示用户M根据二进制形式选择的码本中的码字；
(5)将(4)中各用户选择的码字使用端信息扩展序列加载算法加载到对应的端信息资源块上，以此类推，直到将用户分隔的消息全部加载完成，加入分隔标志，最终得到DstPort_ListSep作为用户将码字加载于端信息上的形式；
(6)将(5)中生成的端信息列表DstPort_ListSep加载于套接字数据包中，从而得到端信息扩展序列{Extend_Seq1，Extend_Seq2，……，Extend_Seqm}，其中Extend_Seq1表示第1位用户生成的端信息扩展序列，Extend_Seq2表示第2位用户生成的端信息扩展序列，Extend_Seqm表示第m位用户生成的端信息扩展序列，使用socket套接字发送到网络环境中；
(7)接收端服务器不断监听客户端发来的端信息扩展序列{Extend_Seq1，Extend_Seq2，……，Extend_Seqm}，提取数据包中的DstPort_ListSep并添加至解码器中进行解码，使用端信息扩展序列加载逆算法得到用户M的码字Bin_msg_CodeM，通过码字的稀疏性进行用户的区分；
(8)以码字稀疏性对用户通信内容进行识别，以字符为单位识别出字符的二进制形式，使用(1)中信息转换逆算法，将(8)中的用户二进制数据还原为用户的通信内容msg。
附图说明
为了进一步清晰地说明本发明实施例中的技术方案，下面结合附图与具体实施方案对本方明做进一步说明：
图1为基于稀疏码多址接入的端信息扩展序列多用户并发通信流程图。
图2为系统某一用户通信流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术、优点更清晰，下面结合附图对本发明作进一步详细、完整的描述。
步骤(1)：客户端M将通信内容msg使用信息转换算法转换为二进制形式Bin_msg，其中Bin_msg表示用户M通信内容msg的二进制形式。
所述步骤(1)中，接入系统的客户端M需要将通信内容按照ASCII字符转换表将通信内容转换为8位二进制的形式，不够的位采用最高位补0的方式转换。
步骤(2)：系统根据映射矩阵为用户生成对应的码本{CodeB 1，CodeB 2，……，CodeB m}，其中CodeB 1表示第1个码本，CodeB 2表示第二个码本，CodeBm表示第m个码本。
所述步骤(2)中，系统通过SCMA码本生成器为用户生成彼此不同的码本，m个用户，n个资源块对应的映射矩阵为：
Figure BDA0002869634060000031
映射矩阵用来反映每个资源块上的用户数以及对资源块的利用情况，矩阵中各元素为0元素或者非零元素，每一行中非零元素代表资源块需要承载的用户，每一列非零元素代表用户信息需要加载的资源块，规定用户每次只能传输2bit信息，即00、01、10或11，所以采用QAM星座旋转法将映射矩阵按列展开到复数域上生成n行4列的矩阵作为用户的码本，码本中的每一列称为码字，供用户依据所传递2bit信息进行选择。
步骤(3)：接入系统的用户M通过随机码本选择算法选择唯一的用户码本M_CodeBi(i∈[1，m])。
步骤(4)：将(1)中生成的Bin_msg以字符为单位进行分隔，每字符再以2比特进行码字的选择，生成Bin_msg_CodeM，Bin_msg_CodeM表示用户M根据二进制形式选择的码本中的码字。
所述步骤(4)中，m个用户n个资源块生成的码本是n行4列的矩阵，矩阵中每一行代表某一资源块，每一列从左到右分别表示用户传输2bit信息00、01、10、11对应的4个码字，用户M发送00，则挑选码本的第一列码字，发送01，则挑选码本的第二列码字，发送10，则挑选码本的第三列码字，发送11，则挑选码本的第四列码字。
步骤(5)：将(4)中各用户选择的码字使用端信息扩展序列加载算法加载到对应的端信息资源块上，以此类推，直到将用户分隔的消息全部加载完成，加入分隔标志，最终得到DstPort_ListSep。
所述步骤(5)中，以资源块为标准，具体选用源IP、源端口、目的IP和目的端口作为资源块，将资源块按码字特征分为不同的类别，结合映射矩阵，将每个资源块上承载用户码字全部加载完成。
步骤(6)：将(5)中生成的端信息列表DstPort_ListSep加载于套接字数据包中，从而得到端信息扩展序列{Extend_Seq1，Extend_Seq2，……，Extend_Seqm}，其中Extend_Seq1表示第1位用户生成的端信息扩展序列，Extend_Seq2表示第2位用户生成的端信息扩展序列，Extend_Seqm表示第m位用户生成的端信息扩展序列，之后使用socket套接字发送到网络环境中。
步骤(7)：接收端服务器不断监听客户端发来的端信息扩展序列{Extend_Seq1，Extend_Seq2，……，Extend_Seqm}，提取数据包中的DstPort_ListSep并添加至解码器中进行解码，使用端信息扩展序列加载逆算法得到用户的码字Bin_msg_CodeM，通过码字的稀疏性进行用户的区分。
所述步骤(7)中，提取出数据包中的DstPort_ListSep，需要先对接收端服务器监听到的数据包进行过滤，筛选出由用户发来的端信息扩展序列{Extend_Seq1，Extend_Seq2，……，Extend_Seqm}，其中Extend_Seq1表示第1位用户生成的端信息扩展序列，Extend_Seq2表示第2位用户生成的端信息扩展序列，Extend_Seqm表示第m位用户生成的端信息扩展序列。
步骤(8)：以码字稀疏性对用户通信内容进行识别，以字符为单位识别出字符的二进制形式，使用(1)中信息转换逆算法，将(8)中的用户二进制数据还原为用户的通信内容msg。
所述步骤(8)中，接收端服务器同样会维护一份用户码本对应列表，通过恢复码字中的非零元素来区分用户，接着根据用户码字将对应的比特记录于Dictionary存储，最后以字符为分隔，对应ASCII码表还原用户的通信内容msg。
本发明利用稀疏码非正交多址接入技术来提高端信息扩展序列的传输效率，实现多用户并发通信；使用数据调制技术将用户码字加载到端信息扩展序列中，来提高端信息的利用率，进而提高通信效率；使用消息分隔算法保证接收端解析用户信息的准确性；使端信息扩展序列具有较好的传输性能，满足未来通信场景中海量接入的需求。

Claims (4)

1.一种基于稀疏码多址接入的端信息扩展序列多用户并发通信方法，特征在于包含以下步骤：
(1)接入系统的用户M将通信内容msg使用信息转换算法转换为二进制形式Bin_msg，其中Bin_msg表示用户M通信内容msg的二进制形式；
(2)系统为用户生成对应的码本{CodeB 1，CodeB 2，……，CodeB m}，其中CodeB 1表示第1个码本，CodeB 2表示第二个码本，CodeBm表示第m个码本；
(3)接入系统的用户M通过随机码本选择算法选择唯一的用户码本M_CodeBi(i∈[1，m])；
(4)将(1)中生成的Bin_msg以字符为单位进行分隔，每字符再以2比特进行码字的选择，生成Bin_msg_CodeM，Bin_msg_CodeM表示用户M根据二进制形式选择的码本中的码字；
(5)将(4)中各用户选择的码字使用端信息扩展序列加载算法加载到对应的端信息资源块上，以此类推，直到将用户分隔的消息全部加载完成，加入分隔标志，最终得到DstPort_ListSep作为用户将码字加载于端信息上的形式；
(6)将(5)中生成的端信息列表DstPort_ListSep加载于套接字数据包中，从而得到端信息扩展序列{Extend_Seq1，Extend_Seq2，……，Extend_Seqm}，其中Extend_Seq1表示第1位用户生成的端信息扩展序列，Extend_Seq2表示第2位用户生成的端信息扩展序列，Extend_Seqm表示第m位用户生成的端信息扩展序列，使用socket套接字发送到网络环境中；
(7)接收端服务器不断监听客户端发来的端信息扩展序列{Extend_Seq1，Extend_Seq2，……，Extend_Seqm}，提取数据包中的DstPort_ListSep并添加至解码器中进行解码，使用端信息扩展序列加载逆算法得到用户M的码字Bin_msg_CodeM，通过码字的稀疏性进行用户的区分；
(8)以码字稀疏性对用户通信内容进行识别，以字符为单位识别出字符的二进制形式，使用(1)中信息转换逆算法，将(8)中的用户二进制数据还原为用户的通信内容msg。
2.根据权利要求1所述的一种基于稀疏码多址接入的端信息扩展序列多用户并发通信方法，其特征在于，包括在步骤(2)中，系统通过SCMA码本生成器为用户生成彼此不同的码本，m个用户，n个资源块对应的映射矩阵为：
Figure FDA0002869634050000021
映射矩阵用来反映每个资源块上的用户数以及对资源块的利用情况，矩阵中各元素为0元素或者非零元素，每一行中非零元素代表资源块需要承载的用户，每一列非零元素代表用户信息需要加载的资源块，规定用户每次只能传输2bit信息，即00、01、10或11，所以采用QAM星座旋转法将映射矩阵按列展开到复数域上生成n行4列的矩阵作为用户的码本，码本中的每一列称为码字，供用户依据所传递2bit信息进行选择。
3.根据权利要求1所述的一种基于稀疏码多址接入的端信息扩展序列多用户并发通信方法，其特征在于，包括在步骤(5)中，以资源块为标准，具体选用源IP、源端口、目的IP和目的端口作为资源块，将资源块按码字特征分为不同的类别，结合映射矩阵，将每个资源块上承载用户码字全部加载完成。
4.根据权利要求1所述的一种基于稀疏码多址接入的端信息扩展序列多用户并发通信方法，其特征在于，包括在步骤(8)中，接收端服务器同样会维护一份用户码本对应列表，通过恢复码字中的非零元素来区分用户，接着根据用户码字将对应的比特记录于Dictionary存储，最后以字符为分隔，对应ASCII码表还原用户的通信内容msg。
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