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随着目前国内移动通信业务的蓬勃发展,人们对高速、优质、低时延业务的需求日益增加,然而有限的频谱资源成为制约蜂窝系统性能的最主要因素。大数据业务的兴起以及更多智能终端的涌入对基站造成了更大的负载。D2D作为蜂窝小区中一种新型的通信理念有效的缓解了这些问题,并且具有很多优势,减小传输时延、节约频谱资源、减轻基站负载、提升频谱效率等等。通信安全是D2D服务成功的前提保障,由于无线信道的天然广播特性使得在无线网络中的用户更容易受到窃听的风险。传统的加密方案建立在算法的高复杂度上,然而由于移动端自身能源限制无法长时间支持高复杂度的加解密运算,并且随着计算性能的发展,窃听者拥有更强的计算能力,传统加密方案面临着越来越发达的挑战。物理层安全作为传统加密方案的替代方案近年来受到了广泛的关注。物理层安全基于信息论,利用无线传输媒介的物理特性,通过适当的编码和信号处理技术,改善合法信道和恶化窃听信道的信道条件,从而提高窃听者的接收误码率,使其无法从物理层获得合法信息。本文基于博弈论研究了蜂窝网络下D2D通信的防窃听策略。蜂窝小区中存在窃听者时,D2D用户通过CUE用户的干扰辅助提升保密性能,CUE用户出于“自私性”不会无偿提供帮助,针对D2D用户于CUE用户间的关联协作与利益冲突提出了基于讨价还价博弈的物理层安全方法;随后,针对单干扰节点场景下D2D用户处于博弈劣势的问题,进一步引入了多干扰节点,提出了基于斯塔伯格博弈的物理层安全方法。主要工作如下:(1)提出一种基于讨价还价博弈的物理层安全方法我们将蜂窝小区简化为由D2D-to-CUE对组成的形式,将蜂窝小区中的D2D用户与CUE干扰节点相配对,即每个D2D用户配备了一个CUE干扰节点为其提供干扰服务,利用讨价还价博弈理论对场景进行建模。在讨价还价博弈中D2D用户和CUE干扰节点都出于自私性想要最大化自己的收益。文中引入多个评价标准,通过理论分析得到D2D-to-CUE对中D2D用户和CUE干扰节点的策略空间,并基于策略空间提出了Non-Step和Step-Contained两种算法对博弈问题进行求解。在Non-Step算法中,我们设计了一个综合效用函数来表示博弈双方达成共识时的总效益,该函数反映了达成共识状态下的总效益总是大于未达成共识状态下总效益。此外,我们还在算法引入了一个平衡函数让D2D和CUE的效益不产生过大差距。在Step-Contained算法中,我们将时间因素考虑进去,令算法的迭代步数对博弈双方的总效益产生影响。因此,我们设计了一个衰减函数作用于D2D-to-CUE对的总效益,迭代次数越多效益衰减越多,仿真结果表明该算法促成博弈双方更快的达成交易。(2)提出基于斯塔伯格博弈的多干扰节点场景下物理层安全方法针对单友好干扰节点场景中D2D用户在博弈过程中处于劣势地位的情况,本章引入多干扰节点,并将干扰节点与窃听者的距离因素考虑其中,使距离对干扰节点的定价产生影响,重新设计了干扰节点的效益函数,避免了节点间恶性价格竞争,互相比低。通过斯塔伯格博弈对所提场景进行建模,分析了D2D用户与友好干扰节点间的博弈关系。数学仿真结果表明该场景下D2D用户获得了更大的自主性同时显著提升了D2D保密容量。