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申请/专利权人：南京信息工程大学

摘要：本发明公开了一种UAV‑SWIPT辅助无线传感网络的保密能效优化方法，包括以下步骤：（1）建立无人机支持的SWIPT无线传感网络保密通信模型；（2）构建保密能效EE优化问题包括构建目标函数，设置约束条件；（3）采用基于丁克尔巴赫方法以及连续凸优化方法的迭代算法将EE优化问题拆分为4个子问题并转化，然后依次迭代求解；其中4个问题包括：功率分割比优化问题、无人机轨迹规划问题、干扰无人机轨迹规划问题以及无人机发射功率优化问题；本发明能够最大化系统的保密能效，尽可能地增强了系统的保密性，减少系统的能量损耗，从而增强了系统中数据传输的安全性并使系统更加节能。

主权项：1.一种UAV-SWIPT辅助无线传感网络的保密能效优化方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）建立无人机支持的SWIPT无线传感网络保密通信模型；具体如下：无人机在有限飞行时间内为地面上的传感器节点SN提供服务，记为，干扰无人机向地面窃听方Eve发送干扰信息，记为，其中，无人机记为，干扰无人机记为；设干扰无人机发送的干扰信息对是已知的；作为空中发射机，无人机向地面的个SN进行信息和能量的同时传输，同时地面的窃听方Eve会从SNs中窃取机密信息；其中，只有一个窃听方Eve；将飞行时间等分为个相等间隔的时隙，记为，每个时隙的长度为，建立三维笛卡尔坐标系，其中，设所有UAV的飞行高度都固定为，而水平位置则由于UAV的移动是变化的，无人机在地面上的投影轨迹表示为，干扰无人机的地面投影轨迹为，则时隙处和的水平位置分别表示为，；则两个UAV的水平飞行速度为和，两者的最大飞行速度均不超过且初始位置和最终位置都是预先设定好的，的初始位置和最终位置设置为和，而的初始位置和最终位置设置和，SN的位置为，Eve的位置为；（2）构建保密能效EE优化问题包括构建目标函数，设置约束条件；具体如下：将，，，分别表示功率分割比、无人机的轨迹、干扰无人机的轨迹以及无人机的发射功率，通过联合优化功率分割比、无人机轨迹、干扰无人机轨迹以及无人机发射功率来使系统的保密能效EE达到最大；设，表示单一时隙中UAV的最远水平飞行距离，实现的总保密容量为表示；将EE设定为系统的最小保密容量与能耗的比值，得到；保密能效EE优化问题的数学公式如下： ； ； ； ； ； ； ； ； ； ；其中，表示保密容量最低要求，、、、分别代表功率分割比、无人机轨迹、干扰无人机轨迹以及无人机发射功率，为在时隙处系统的总功耗，为到SN的可达速率，为与Eve之间的传输速率，为第个SN的瞬时收获功率，表示第个SN，是无人机整个飞行周期被分成的时隙数总和，是SN的最小平均收获能量，代表SN对接收到的信号进行信息解码的比例，指的是所处的第个时隙，表示在时隙处对SN的传输功率，则为的最大传输功率，与代表的是在第个时隙以及第个时隙处的位置，和分别表示的初始位置以及最终位置，与分别代表在第个时隙以及第个时隙处的位置，则和分别是的初始和最终位置；其中： ； ； ； ； ；其中，与分别表示无人机叶片轮廓功率和转子叶片的尖端速度，与分别为和的水平飞行速度，则代表机身阻力，指的是空气密度，为转子固度，是转子圆盘面积，表示无人机的诱导功率，代表无人机处于悬停状态下的平均转子诱导速度，是发送干扰信号的功率；是信道带宽，是时隙处第个SN与UAV1之间的信道功率增益，是噪声功率谱密度；是与Eve之间的信道增益，是与Eve之间的信道增益；（3）采用基于丁克尔巴赫方法以及连续凸优化方法的迭代算法将EE优化问题拆分为4个子问题并转化，然后依次迭代求解；其中4个问题包括：功率分割比优化问题、无人机轨迹规划问题、干扰无人机轨迹规划问题以及无人机发射功率优化问题；其中，功率分割比优化问题具体如下：给定任意轨迹、干扰无人机轨迹与发射功率,目标函数为： ；约束条件包括：满足保密容量要求、每个SN的平均收获能量不得低于，其中，、的取值范围；无人机轨迹规划问题具体如下：给定任意功率分割比、干扰无人机轨迹与无人机发射功率,目标函数为： ；约束条件包括：满足保密容量要求、每个SN的平均收获能量不得低于，其中，、无人机的轨迹约束；干扰无人机轨迹规划问题具体如下：给定任意功率分割比、无人机轨迹和发射功率，则得出轨迹规划问题： ；约束条件包括：满足保密容量要求、的轨迹约束；无人机发射功率优化问题具体如下：给定任意功率分割比和无人机的轨迹、干扰无人机的轨迹，则无人机发射功率的问题表示为： ；约束条件包括：满足保密容量要求、每个SN的平均收获能量不得低于，其中，、对传输功率的限制约束。

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