一种混合电力线-无线通信系统隐蔽信息概率传输方法

本发明涉及隐蔽通信，具体涉及一种混合电力线-无线通信系统隐蔽信息概率传输方法。

背景技术：

1、电力线通信（plc）与无线通信（wlc）融合的混合架构日益普及，但二者融合进一步扩大了系统攻击面，使安全边界变得更加复杂。目前，混合通信系统中的数据安全主要依赖加密技术和物理层安全技术，这些传统方法大多侧重于通信内容的保护，而忽视了对通信行为本身的隐私防护。这导致在复杂的开放通信环境下，系统的传输行为极易被潜在的窃听者探测，存在显著的隐私泄露风险和安全隐患。

2、为了满足混合通信系统对更高安全性的需求，亟需引入隐蔽通信技术来直接隐藏通信行为。然而，现有的混合网络传输方案多侧重于提升通信性能或仅防止信息被截获，未能从隐蔽通信的角度进行深入设计。因此，如何充分利用混合电力线-无线信道中固有噪声的不确定性特征，根据链路状态动态且概率性地进行信息传输，从而有效降低通信行为的暴露风险，成为本领域亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的就是解决上述背景中的技术问题，提出一种混合电力线-无线通信系统隐蔽信息概率传输方法，包括以下步骤：

2、获取合法发送方与合法接收方之间电力线通信链路和无线通信链路的信道状态信息；

3、基于信道状态信息，采用概率传输机制，在满足预设条件时，合法发送方通过电力线通信链路和无线通信链路向合法接收方发送隐蔽信息；

4、其中，隐蔽信息的传输利用电力线通信链路脉冲噪声的不确定性和无线通信链路背景噪声的不确定性，并满足隐蔽约束条件。

5、优选的方案中，采用概率传输机制，在满足预设条件时发送隐蔽信息，具体包括：设定电力线通信链路的预设传输阈值和无线通信链路的预设传输阈值；当电力线通信链路的信道增益大于其对应的预设传输阈值，且无线通信链路的信道增益均大于其对应的预设传输阈值时，合法发送方发起隐蔽信息的传输；否则，合法发送方保持沉默。

6、优选的方案中，合法发送方通过电力线通信链路和无线通信链路向合法接收方发送隐蔽信息，包括：根据设定的功率分配因子，将合法发送方的发射功率分别分配至电力线通信链路和无线通信链路，进行同步的信息传输。

7、优选的方案中，隐蔽约束条件基于窃听者的平均最小错误检测概率设定；

8、窃听者的平均最小错误检测概率通过长期观测获得的统计信道状态信息进行评估，评估过程基于电力线通信链路中脉冲噪声出现概率的不确定性以及无线通信链路中实际噪声功率的不确定程度。

9、优选的方案中，窃听者在探测通信行为时，采用假设检验法根据接收到的信号的平均能量判断合法发送方是否传输了隐蔽信息；

10、窃听者通过功率检测方法评估平均接收信号能量，并依据纽曼-皮尔逊准则和似然比检验制定决策规则，通过选择最优检测阈值以最小化总体检测错误概率。

11、优选的方案中，还包括：对传输参数进行联合优化，优化的目标为：在满足给定的隐蔽约束条件下，最大化合法接收方的隐蔽速率。

12、优选的方案中，进行联合优化的传输参数包括：

13、电力线通信链路的预设传输阈值、无线通信链路的预设传输阈值，以及分配给两条链路的功率分配因子。

14、优选的方案中，对传输参数进行优化时，将优化问题分解为两个子问题并采用交替优化方法求解，具体步骤包括：

15、固定功率分配因子，解耦并分别求出电力线通信链路和无线通信链路的最优预设传输阈值；

16、采用模拟退火算法优化功率分配因子，最终实现合法接收方处隐蔽传输速率的最大化。

17、优选的方案中，电力线通信链路和无线通信链路的信道模型分别包括：所有无线信道均建模为瑞利衰落，所有电力线信道遵循对数正态分布；且每个信道在每个时隙内保持不变，在不同时隙之间随机且独立地变化，假设系统中的所有节点均以半双工模式工作。

18、一种混合电力线-无线通信系统，用于实现上述一种混合电力线-无线通信系统隐蔽信息概率传输方法，包括：一个合法的发送方、一个合法的接收方以及潜在窃听者组成；

19、合法的发送方被配置为利用概率传输机制，通过电力线通信链路和无线通信链路向合法的接收方发送隐蔽信息；

20、系统利用电力线通信链路的脉冲噪声不确定性与无线通信链路的背景噪声不确定性，根据合法链路的信道质量概率地向合法的接收方传输隐蔽信息，以降低系统中窃听者成功检测到通信行为的概率。

21、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

22、（1）本发明提出一种基于信道状态信息的概率传输方案，用于实现混合电力线-无线通信系统中的隐蔽通信。具体而言，在构建的hpwc模型中，借助脉冲噪声不确定性与背景噪声不确定性，发射端可以根据合法链路的信道质量概率地向合法接收方传输隐蔽信息，从而降低系统中窃听者被检测的概率。

23、（2）本发明针对hpwc系统中的隐蔽通信方案，推导出窃听者的最优检测门限及其最小检测误概率。此外，通过合理设计两种信道的传输阈值和功率分配策略，获得了系统的最大隐蔽速率及相应的隐蔽中断概率。

24、（3）本发明利用概率传输，plc链路脉冲噪声不确定性和wlc链路背景噪声的不确定性来增强隐蔽性能，并用隐蔽速率和隐蔽中断概率来进行评估。结果表明，噪声不确定性程度与传输阈值共同决定了介质在窃听者amdep中的主导作用。与单介质传输和确定性传输方案相比，所提出的方案在隐蔽性和可靠性方面均表现出更优的性能。然而，当传输距离过长时，其隐蔽性优势逐渐减弱。

1.一种混合电力线-无线通信系统隐蔽信息概率传输方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种混合电力线-无线通信系统隐蔽信息概率传输方法，其特征在于，采用概率传输机制，在满足预设条件时发送隐蔽信息，具体包括：设定电力线通信链路的预设传输阈值和无线通信链路的预设传输阈值；当电力线通信链路的信道增益大于其对应的预设传输阈值，且无线通信链路的信道增益均大于其对应的预设传输阈值时，合法发送方发起隐蔽信息的传输；否则，合法发送方保持沉默。

3.根据权利要求2所述的一种混合电力线-无线通信系统隐蔽信息概率传输方法，其特征在于，合法发送方通过电力线通信链路和无线通信链路向合法接收方发送隐蔽信息，包括：根据设定的功率分配因子，将合法发送方的发射功率分别分配至电力线通信链路和无线通信链路，进行同步的信息传输。

4.根据权利要求1所述的一种混合电力线-无线通信系统隐蔽信息概率传输方法，其特征在于，隐蔽约束条件基于窃听者的平均最小错误检测概率设定；

5.根据权利要求4所述的一种混合电力线-无线通信系统隐蔽信息概率传输方法，其特征在于，窃听者在探测通信行为时，采用假设检验法根据接收到的信号的平均能量判断合法发送方是否传输了隐蔽信息；

6.根据权利要求3所述的一种混合电力线-无线通信系统隐蔽信息概率传输方法，其特征在于，还包括：对传输参数进行联合优化，优化的目标为：在满足给定的隐蔽约束条件下，最大化合法接收方的隐蔽速率。

7.根据权利要求6所述的一种混合电力线-无线通信系统隐蔽信息概率传输方法，其特征在于，进行联合优化的传输参数包括：

8.根据权利要求7所述的一种混合电力线-无线通信系统隐蔽信息概率传输方法，其特征在于，对传输参数进行优化时，将优化问题分解为两个子问题并采用交替优化方法求解，具体步骤包括：

9.根据权利要求1所述的一种混合电力线-无线通信系统隐蔽信息概率传输方法，其特征在于，电力线通信链路和无线通信链路的信道模型分别包括：所有无线信道均建模为瑞利衰落，所有电力线信道遵循对数正态分布；且每个信道在每个时隙内保持不变，在不同时隙之间随机且独立地变化，假设系统中的所有节点均以半双工模式工作。

10.一种混合电力线-无线通信系统，用于实现权利要求1~9任一项中的一种混合电力线-无线通信系统隐蔽信息概率传输方法，其特征在于，包括：一个合法的发送方、一个合法的接收方以及潜在窃听者组成；