随着移动互联网的广泛应用以及窃听手段的不断提高,人们对通信网络的安全需求与日俱增。物理层作为通信安全的第一道天然屏障可以为安全通信提供可靠的保障。基于随机几何的物理层安全主要对存在噪声和衰落的无线信道的链路传输方面进行研究。链路传输成功概率往往提供的信息有限。R.K.Ganti于2010年率先提出了Meta分布的概念。它可以提供比平均成功概率更加详细的网络连接信息。因为它不仅可以提供网络传输的平均概率,而且还可以解决网络中有多少用户可以达到相应成功概率的问题。因此,本文以分析和提升物理层安全性能为目标,利用Meta分布对物理层安全中网络可靠性能展开相关研究。主要创新性工作如下:(1)推导出物理层安全下的SIR(信号干扰比)Meta分布:利用Meta分布针对D2D通信场景下的物理层安全问题进行研究。建立基站和合法用户构成泊松双极网络、窃听者采用泊松分布特性并且选用就近窃听方式的网络模型。基于随机几何理论,推导出SIR的Meta分布特性来分析连接可靠性和安全可靠性。分析结果显示,链路连接成功的稳定性变化比较快,即随着成功连接概率的增大,网络中可达到此要求的用户数量会迅速减少;安全稳定性变化比较缓慢,即随着安全成功概率的增大,可达到此要求的用户数量减少很慢,只有当要求很高的安全稳定性时,用户数量才会迅速减少。(2)推导出考虑干扰相关时物理层安全网络中成功连接概率的分布特性:考虑在蜂窝网络通信的场景下窃听者与合法者距离不同时干扰相关性对网络安全性能的影响。采用蜂窝网络中基站和合法用户都为泊松点过程,窃听用户位于离合法用户一定距离进行窃听的网络模型。推导出考虑干扰相关的情况下,链路连接成功与保密成功同时发生,网络的概率分布特性。分析结果显示,干扰的相关性将会导致成功概率比独立情况下低,并且在不同的安全约束下不仅网络的保密成功连接概率会下降,而且达到这一概率的链路数量也会变少。(3)推导出在人工噪声干扰下物理层安全网络的SINR(信号干扰噪声比)Meta分布、安全传输速率:针对干扰相关情况下加入人工噪声对网络安全性能提升的问题进行研究。采用蜂窝网络中基站和合法用户均为泊松分布,窃听用户位于固定位置进行窃听的网络模型。推导出干扰相关情况下加入人工噪声后SINR的Meta分布、保密传输速率等性能。将干扰相关性加入考虑可以对人工噪声的影响提供更加准确的性能分析,并且利用Meta分布提供网络更加深层的信息量。分析结果显示,人工噪声的加入会对安全传输速率有一定的提升作用,但是也会有相应链路的成功连接概率有所降低。上述成果可以为物理层安全网络性能提供理论指导和评估标准的确定,为实际的网络运营提供一定的参考。