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申请/专利权人：厦门大学

摘要：一种面向低空经济无人机语义通信网络的安全资源分配方法。以低空物流场景为例，在受到混合攻击的低空无人机语义通信网络中，利用合法用户地面用户以及低空物流无人机、基站以及混合攻击者的位置和信道状态等关键信息，考虑用户可占用信道数量、语义相似度要求、保密语义速率阈值以及混合攻击者策略等多方面约束，提出两个基于交换匹配的低复杂度安全资源分配方案，方案一通过优化用户信道分配及传输符号数量最大化网络的总语义保密速率，方案二作为方案一的可选补充，考虑其在用户资源公平性上的缺陷，通过添加额外迭代提高资源分配公平性。与基线方案对比，优化网络安全性能，提高网络资源分配的公平性。

主权项：1.一种面向低空经济无人机语义通信网络的安全资源分配方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：搭建一个低空经济立体通信网络的场景，为提供高质量的通信服务，立体通信网络引入语义通信技术以提升通信效率，在网络中有K个合法用户，包括KSi个单模态用户和KBi个双模态用户，即KSi+KBi＝K，其中两种任务类型中地面用户及低空物流无人机均各占一半，一个基站BS，以及一个混合攻击者基站覆盖范围是一个半径为Rm的圆形区域，K个合法用户随机分布在基站覆盖范围内，混合攻击者随机分布在距离基站覆盖范围边缘dm以内的范围内；设定网络中共有M个正交信道，这些正交信道根据各个用户、基站以及混合攻击者的位置，初始化信道状态信息；步骤2：假设用户集合为可用信道集合为用户可选的传输语义符号数量集合为对于用户集合中的每一个用户k，判断其是单模态用户还是双模态用户，若用户为单模态用户，k＞KBi，则设定其通过DeepSC模型执行文本传输任务，可选传输语义符号数量集合为若用户为双模态用户，k≤KBi，则设定通过DeepSC-VQA模型执行视觉问答任务，在信道上依次传输文本和图片语义数据，可选传输语义符号数量集合为其中，为文本传输语义符号数量集合，为图片传输语义符号数量集合；步骤3：为网络中的用户k分配信道，对于立体网络中的各个用户，通过二进制变量ρ＝{ρk,m}表示用户对信道的选择，即若信道m分配给用户k，则ρk,m＝1，否则ρk,m＝0；设定网络中合法用户可以同时占用多个信道进行通信以提高速率，但同一个信道仅能同时被分配给一个用户，即有：式中，M表示网络中正交信道的数量；K表示网络中合法用户的数量；表示网络中正交信道集合；表示网络中合法用户集合；同时，使用变量n＝{nk,m}表示用户k在信道m上进行通信时的传输语义符号数；相应地，则应当有步骤4：模拟混合攻击者的行为，设定混合攻击者只能选择有限的信道进行攻击；即在选择的信道上窃听来自对应用户发送的数据，同时在相同的信道上发送干扰信号至基站，以干扰用户的正常通信；使用二进制变量β＝{βm}表示混合攻击者的信道选择，βm用于表示信道m是否被混合攻击者选择进行攻击，若信道m遭受攻击，则βm＝1，否则βm＝0；同时，若假设混合攻击者总共选择D个信道进行攻击，则有式中，D为混合攻击者选择攻击的信道数量，M为网络中正交信道的数量；步骤5：由用户的信道、传输语义符号数量的选择以及混合攻击者的攻击策略共同决定系统的总保密语义传输速率；设定系统首先进行用户之间的资源分配，确定信道分配ρ＝{ρk,m}和语义符号数选择n＝{nk,m}，混合攻击者根据以上的信息选择信道和相应的用户进行攻击；对于混合攻击者，设定其目标在于通过选择攻击目标，使自身的总窃听语义速率最大；用函数h表示攻击策略，则有β＝hρ,n，通过根据可窃听速率的大小对各信道进行堆排序，选出前D个信道来实现；步骤6：给定优化目标及约束条件；在满足最低语义相似度和安全通信速率的要求下，最大化网络中所有用户的总保密语义通信速率；步骤7：将安全资源分配问题从复杂的三边多对一匹配问题转化为双边匹配问题；步骤8：定义可用信道集合和发送块集合之间的匹配状态θ；步骤9：定义各信道和各用户在匹配中的效用函数；步骤10：针对可用信道集合和发送块集合之间的匹配θ，定义交换匹配步骤11：资源分配初始化；将可用信道集合与发送块集合进行随机匹配，得到并更新初始匹配θ＝θ0，同时更新用户信道选择ρ＝{ρk,m}和用户语义传输符号数n＝{nk,m}；步骤12：根据混合信道模型，计算用户在其各匹配信道上到混合攻击者的信干噪比，即其中pk表示用户发射功率，为用户k到混合攻击者的大尺度信道增益，包含路径损耗和阴影效应，表示用户k在信道m上到混合攻击者的瑞利衰落系数，B为信道带宽，N0为噪声功率谱密度，pjam为混合攻击者的干扰信号发射功率，δ为混合攻击者的自干扰系数；步骤13：计算初始匹配θ0下，混合攻击者在各信道上的可窃听语义速率；对于单模态用户，混合攻击者在信道m上窃听的语义速率为单位为sutss；其中，为单模用户的信源语义熵，单位为sut，为混合攻击者进行窃听通信时的语义相似度，表示为B表示信道带宽，nk,m表示用户k在信道m上传输所选择的语义符号数；对于双模态用户，对应于文本传输和图片传输，混合攻击者在其所匹配的信道m上窃听的文本和图片语义传输速率分别为： 其中，和分别为双模态用户文本和图片信源的语义熵，单位为sut，则表示双模态用户进行文本和图片传输时所用的语义符号数量，此时同时取决于文本和图片传输，表示为对应的窃听语义传输速率取以上二者的均值，即步骤14：根据各用户在各信道上的更新混合攻击者的攻击目标，即更新变量β＝{βm}；步骤15：根据混合信道模型，计算各用户在其匹配信道上到基站的信道状态； 其中，gk为用户k到基站的大尺度信道增益，表示用户k在信道m上到基站的瑞利衰落系数，为基站在信道m上接收到的来自混合攻击者的干扰信号功率，且有其中ge为混合攻击者到基站的大尺度信道增益，为混合攻击者在信道m上到基站的瑞利衰落系数；步骤16：根据各用户在匹配各信道上到基站和到混合攻击者的信道状态，更新各个用户以及各个信道的效用函数；计算各用户在其匹配信道上的语义传输速率；对于单模用户：对于双模用户：根据以上计算相应的保密语义传输速率更新各信道效用Umθ以及各用户效用Ukθ；步骤17：生成交换匹配根据步骤12～步骤16得到交换后各信道的效用和各用户的效用步骤18：预设迭代判定条件，判断当前的匹配状态θ是否更新为交换匹配步骤19：遍历所有的用户以及相应的信道，重复步骤17～步骤18，直至当前的资源匹配状态θ不再更新；步骤20：输出用户信道选择ρ和用户语义传输符号数量n作为最终的资源分配方案，同时输出网络的总保密语义速率作为资源分配的最终结果。

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