基于信誉机制和动态博弈的安全协作频谱感知方法技术

本发明专利技术涉及一种基于信誉机制和动态博弈的安全协作频谱感知方法，该方法结合次用户的信誉度传递过程，如果有次用户超出邻居次用户一跳通信范围，那么邻居次用户会将发生移动的次用户先前建立的信誉值广播给其一跳通信范围内的次用户，加快了发生移动的次用户参与协作时信誉值被协作频谱感知请求者获取速度。然后运行动态博弈的方法，通过协作频谱感知请求者和协作频谱感知次用户的效用函数，从而激励次用户参与协作，结合信誉值权重分配提高协作频谱感知安全性。本发明专利技术提高分布式认知无线网络中移动次用户信誉度评估的收敛速度，保证协作的公平性和激励协作者积极参与协作，能有效的抵御SSDF攻击，同时提高频谱检测率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线通信技术的安全领域，特别是一种基于信誉机制和动态博弈的安 全协作频谱感知方法。
技术介绍
认知无线网络（cognitive radio network, CRN)的提出，主要是为了缓解更多通 信设备对频谱资源使用紧张，同时能够克服固定频谱分配而带来的频谱资源利用率不高的 情况。当授权用户或主用户（Primary user, PU)没有使用授权频段，次用户（second user， SU)通过感知操作得知频段的状态为空闲时，能共享该频段，并实时感知，只要主用户出现 便自动让出该频段。所以，频谱感知是认知无线网络的关键技术。 经研宄表明协作频谱感知能有效解决单个次用户因为阴影效应和信道衰弱等因 素造成感知不到主用户是否出现的问题。可是，次用户都是理性的，要令次用户积极参与协 作成了一个问题，同时次用户回复结果的可信度也要进行分析，从而引发许多的安全问题。 为了解决这些问题，提高频谱利用率又不对主用户造成干扰成为近年来研宄的热点。 为了解决以上问题，目前的方案主要有：改进动态信誉模型，提出信誉矩阵用于快 收集信誉，同时监督者应能自适应地移动并靠近信誉收集者较多的区域，以便能更快的汇 报信誉情况，对抵御拦截和数据篡改攻击比较有效。还有一种基于簇的防御信任模型，针对 协作频谱感知中存在的信任威胁，利用该模型通过对接收到信号强度进行分析，从而大大 减少威胁程度。 上述现有的方案还存在的问题是：协作感知中对协作者的信誉值不能及时收敛； 无法激励协作次用户给出真实的报告信息；对于分布式和次用户移动对协作感知的准确性 及安全性缺乏考虑。【专利
技术实现思路
】 有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种基于信誉机制和动态博弈的安全协作频谱感 知方法，该方法的特点是如果次用户发生位置移动，可借助邻居次用户让信誉进行传递，使 得信誉的计算更加快，并结合动态博弈分析，激励次用户参与协作频谱感知的积极性，对协 作频谱感知的准确性和安全性有重要作用。 本专利技术采用以下方案实现：一种基于信誉机制和动态博弈的安全协作频谱感知方 法，具体包括以下步骤： 步骤Sl :定义网络模型：在分布式的认知无线网络环境中，次用户采用频谱感知 技术感知环境中频段中空闲的频谱资源；任意次用户都可以对发起协作频谱感知请求作为 请求者，其邻居次用户接收到协作频谱感知请求可进行协作频谱感知作为协作次用户；网 络中的次用户只能在一跳范围内通信，作为邻居次用户，并且能进行移动； 步骤S2 :在次用户对频谱有需求时，请求者可以查询本地数据库的邻居次用户集 合，并进行协作频谱感知请求判断与发送； 步骤S3 :邻居次用户接收到请求者发送的协作请求，并依据建立好的信誉值参与 效用函数计算，结合信誉值传递方法并利用基于信誉机制的动态博弈分析达到纳什均衡， 具体为：当邻居次用户发生位置移动时，其之前所建立的信誉值会通过一跳通信范围的次 用户进行广播，使得信誉值能跟随着该发生移动的次用户，加快了当该发生移动的次用户 参与协作时请求者对该次用户信誉值的获取速度，请求者收集协作感知报告，遍历所有协 作者的交互记录和计算综合信誉值，通过动态博弈分析采取何种策略从而达到均衡； 步骤S4 :根据所述步骤S3分析到达纳什均衡后，请求者利用综合信誉值和感知报 告的计算做出安全协作感知决策，并记录相应的交互情况。 进一步地，所述步骤S2中协作频谱感知请求判断与发送具体为：若请求者周围存 在邻居次用户，即邻居次用户集合不为空时，向邻居次用户发起协作频谱感知请求，并启动 监听回复感知报告状态；若请求者周围不存在邻居次用户，则进行单用户频谱感知。 进一步地，所述步骤S3中信誉传递方法，用以加快请求者计算协作次用户的综合 信誉值，所述信誉传递方法具体为：每个次用户每隔30秒通过公共控制信道向邻居次用户 发送存在连接报告，当次用户发生位置移动导致邻居次用户没收到时，邻居次用户向其一 跳通信范围内的次用户传递该次用户的信誉值，使得信誉值会随着次用户位置移动被邻居 次用户进行传递，能加快协作频谱感知时获取次用户信誉值的收敛速度。 进一步地，所述步骤S3中计算综合信誉值的具体过程为： 在时间1；时，请求者d对协作次用户aeQd的综合信誉值的计算，包括直接 信誉7：匕"的计算和推荐信誉的计算： 4.,..=/?+(1-/?),.. 其中e是对间接信誉值在计算综合信誉值的权重；如果请求者与协作次用户交 互次数超过可信交互次数阈值X，则将直接信誉值作为最后的综合信誉值R。 进一步地，所述步骤S3中基于信誉机制的动态博弈分析的具体过程包括以下步 骤： 步骤S31 :参与者为请求协作频谱感知的次用户及其周围的邻居次用户； 步骤S32 :当邻居次用户接收到消息，对接收到的协作频谱感知的请求可采取的 策略包括协作感知与不协作感知；请求者接收到协作感知报告的话采取的策略包括请求并 接受与请求并拒绝； 步骤S33 :在协作频谱感知过程中，邻居次用户进行协作感知所得的效用跟信誉 值R与检测率Pd相关；由于协作频谱感知为动态博弈，则每个次用户都可能成为请求者或 协作感知次用户； 步骤S34 :邻居次用户在做出决策前，先进行信誉计算，将信誉值代入博弈的效用 函数中，可计算采取策略相应的效用，若请求者给出的奖励A大于是其他频谱感知请求进 行协作频谱感知给予的额外奖励《，次用户能够通过协作感知获得最佳的效用，此时达到 均衡； 步骤S35 :请求协作者受到邻居次用户的感知报告时，判断次用户是否有过交互 历史或交互次数是否达到能够可信的程度；若否则启动推荐信誉请求，并将计算结果保存 到本地数据库中；若是则请求者会根据信誉值，分析自己的效用并采取相应的策略，若检测 进一步地，所述步骤S4中安全协作感知决策的具体包括以下步骤： 步骤S41 :在数据汇集与决策中，将步骤S3中得出的综合信誉值作为权值代入以 下公式计算进行数据融合得到融合结果，： /5I AlDd请求s频段时，其他邻居次用户发送感知报告的融合结果；StateaS IDa 次用户感知到频段s的状态，Statea= {0, 1}，1代表空闲，0代表忙碌； 得到后，根据以下公式来计算决策巧： 其中句=〇，表示相信现在频谱s状态忙碌，A/ =1，表示相信现在频谱s状态空 闲； 步骤S42 :进行记录交互情况，调节0 e {0, 1}推荐信誉在请求者的综合信誉值 所占权重的参数大小。 与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：（1)从公平性分析：本专利技术提出了信 誉值传递，使得协作次用户的所建立的信誉值能在发生位置移动后通过一跳范围内的次用 户进行广播，再次参与协作其信誉值不用重新累积，为公平性提高保证，加快请求者获取协 作次用户的信誉值的速度；（2)从安全性分析：本专利技术应用于具有移动性的次用户的认知 无线网络中进行的协作频谱感知，利用信誉机制和动态博弈分析，激励次用户积极参与协 作，能够提高信誉值，并将协作者的综合信誉值运用到最后频谱当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于信誉机制和动态博弈的安全协作频谱感知方法，其特征在于包括以下步骤：步骤S1：定义网络模型：在分布式的认知无线网络环境中，次用户采用频谱感知技术感知环境中频段中空闲的频谱资源；任意次用户都可以对发起协作频谱感知请求作为请求者，其邻居次用户接收到协作频谱感知请求可进行协作频谱感知作为协作次用户；网络中的次用户只能在一跳范围内通信，作为邻居次用户，并且能进行移动；步骤S2：在次用户对频谱有需求时，请求者可以查询本地数据库的邻居次用户集合，并进行协作频谱感知请求判断与发送；步骤S3：邻居次用户接收到请求者发送的协作请求，并依据建立好的信誉值参与效用函数计算，结合信誉值传递方法并利用基于信誉机制的动态博弈分析达到纳什均衡，具体为：当邻居次用户发生位置移动时，其之前所建立的信誉值会通过一跳通信范围的次用户进行广播，使得信誉值能跟随着该发生移动的次用户，加快了当该发生移动的次用户参与协作时请求者对该次用户信誉值的获取速度，请求者收集协作感知报告，遍历所有协作者的交互记录和计算综合信誉值，通过动态博弈分析采取何种策略从而达到均衡；步骤S4：根据所述步骤S3分析到达纳什均衡后，请求者利用综合信誉值和感知报告的计算做出安全协作感知决策，并记录相应的交互情况。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林晖，许力，周赵斌，黄毅杰，
申请(专利权)人：福建师范大学，
类型：发明
国别省市：福建;35