一种抗攻击的分布式协作频谱感知方法技术

本发明专利技术公开了一种抗攻击的分布式协作频谱感知方法，该方法在协作频谱感知中，某些认知用户有可能因为受到攻击而变成恶意用户，发送不安全的感知数据，影响协作感知的性能。目前，研究者经常研究两种状态的典型恶意用户，即发动“Always Yes”攻击的认知用户与发动“Always No”攻击的认知用户，针对这个问题，本方法先筛选出检测性能较好的认知用户参与协作，然后利用信噪比与感知匹配度这两个参数定义认知用户的共识度，用共识度表征不同认知用户在检测性能与感知结果安全性上的差别，并以此对认知用户迭代更新的初始状态值进行加权，降低检测性能较差、感知结果不安全的认知用户对最终协作感知判决的影响，提高系统整体感知性能，该方法能有效地抗攻击，并且提高了分布式协作感知的频谱检测性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，属于认知无线电

技术介绍
现代无线通信系统对频谱资源的需求越来越大，频谱资源的紧缺已然成为无线通 信技术发展的制约条件。然而，通过对频谱资源的使用情况进行调查发现，某些授权频段的 频谱利用率极低，存在时间和空间上的闲置现象；相反，一些非授权频段却被过度使用。因 而，频谱资源的紧张在很大程度上是由频谱管理政策的不合理造成的，并非因为缺少物理 上的可用频谱资源。 鉴于上述问题的存在，有学者提出一种新型智能无线通信技术，即认知无线电技 术。该技术能够实时地对需要使用的频段进行感知，采用动态方式进行频谱的重新分配，实 现了认知用户对空闲频段的重复使用，达到提高频谱利用率的目的。实现认知无线电技术 需要建立在频谱感知的基础上，因而频谱感知是一个值得研究的课题。 认知无线电的核心技术包括频谱感知、频谱管理和频谱共享。频谱感知是实现认 知无线电的关键和前提，是我们现阶段的研究热点.根据参与协作感知的认知用户个数， 频谱感知可分为单用户感知与多用户协作感知，其中多用户的协作感知相比单用户感知 能更好的应对实际无线环境中的阴影效应及隐藏终端等问题，能有效提高频谱检测性能。 现有协作感知方法大多是针对集中式网络的，而在分布式网络中，由于没有融合 中心存在，集中式协作感知方法将不再适用，因此，分布式协作感知的研究十分必要。现有 的分布式协作感知方法通常默认所有认知用户均参与协作，并且所有认知用户以同等身份 进行状态更新，这样检测性能较差以及受到恶意攻击而发送不安全感知数据的认知用户会 对协作感知的性能产生较坏的影响。因此，需要在分布式协作感知中采取一定机制过滤掉 检测性能不佳的认知用户以及对不同认知用户的检测性能和检测结果的安全性进行区分。 而本专利技术能够很好地解决上面的问题。
技术实现思路
本专利技术目的是提供，该方法引入认知用户 的选择机制，选取较优检测性能的认知用户参与协作，并用信噪比与感知匹配度这两个参 数定义认知用户的共识度，利用共识度对认知用户迭代更新的能量值进行加权，将不同认 知用户的检测性能与感知结果的安全性加以区分，降低共识度较低的认知用户对协作感知 的影响，达到提高协作感知性能的目的。 本专利技术解决其技术问题所采取的技术方案是：一种抗攻击的分布式协作频谱感知 方法，该方法包括如下步骤： 步骤1 :在已知噪声方差〇'主用户发送功率P，认知用户i与主用户之间的距离 山，认知用户i的感知路径衰落因子1的情况下，各认知用户依据A估计自身信 Pd-h 噪比，并与邻居用户共享信噪比信息，依据计算判决阈值v，将自身信噪比与v比 较，选择出K个认知用户参与协作频谱感知。 步骤2 :对筛选出的K个认知用户进行能量检测，得到能量检测统计值&以及本地 判决结果民，依据算共识度，并由式Z; (0) =W; (1) ?Y; (0)得到进行梯度 i=i 迭代的初始值Zi(0)。 步骤3:参与协作的认知用户依据自身状态Yi(t)与正常邻居节点传来的状态 Y, (t)，根据新状态，迭代更新过程一直持续到协作认知用 户状态值收敛到共同值A' 步骤4:给定系统虚警概率，依据"恒虚警概率法"设定判决门限A，认知用户将 Y与判决门限比较，依据判决准则做出主用户是否存在的最终 判决。 步骤5 :认知用户将判决结果在认知网络中进行广播。 步骤6:依据判决结果，认知用户决定是否在数据传输时隙使用主用户频段进行 通信。若认知用户判决主用户存在，则在数据传输时隙保持静默；反之，则可以利用该频段 进行自身的数据传输。同时，当认知用户位置发生变化或认知用户出现设备故障时，重新执 行初始化阶段，即重回1，否则，下一轮检测从2开始。 本专利技术上述步骤2中的认知用户共识度的定义，包括： 本专利技术中的共识度既要能够反映认知用户的检测性能，又要能够鉴别认知用户的 感知结果是否安全（即认知用户是否为恶意用户），因而其构成涉及两个参数，即认知用 户的信噪比和认知用户本地感知结果与协作后的全局判决的匹配程度（简称为感知匹配 度），并且共识度的定义要能符合随着信噪比增大而增大，随着感知匹配度增大而增大的规 律。假设初始阶段认知用户的感知匹配度为1，则初始阶段的共识度由认知用户的信噪比决 定，信噪比越大则共识度越大。 由于认知用户的信噪比以及感知匹配度变化都会导致其共识度的改变，并且这两 个参数分别表征认知用户的检测性能及感知结果的安全性，因此认知用户检测性能的变化 或者受到攻击都能通过共识度体现出来，则利用共识度对信息交互阶段的初始迭代值进行 加权，就能够对不同的认知用户加以区分，充分利用检测性能好以及感知结果安全的认知 用户进行协作，提高协作感知的性能。同时，当恶意用户发动"AlwaysYes"或者"Always No"攻击时，由于感知匹配度为0,则共识度为0,通过共识度加权也达到了对抗恶意用户攻 击的目的。 有益效果：1、本专利技术先进行协作认知用户的选择，选取检测性能较优的节点参与协作，避免 了检测性能较差的认知用户拉低协作感知的整体性能。 2、本专利技术引入共识度的概念，共识度由认知用户的信噪比和感知匹配度两个参数 决定，信噪比能够反映认知用户检测性能的不同，感知匹配度可以有效鉴别认知用户是否 为恶意用户，因此信噪比越大、感知匹配度越高，则共识度越大。 3、本专利技术利用共识度对认知用户信息交互阶段的初始迭代值进行加权，可以降低 信噪比低、感知匹配度不高的认知用户对协作感知性能的影响，能够有效提高系统的感知 性能。 4、本专利技术充分利用检测性能好以及感知结果安全的认知用户进行协作，达到了对 抗恶意用户攻击的目的，同时能够提高协作感知的性能。【附图说明】 图1为本专利技术的认知用户的感知场景示意图。 图2为本专利技术的方法流程图。【具体实施方式】 下面结合说明书附图对本专利技术创造作进一步的详细说明。 如图1所示，本专利技术考虑的是不存在融合中心、有1个主用户及若干认知用户的分 布式频谱感知场景，其中各组成部分作用包括如下： PrimaryUser(PU):表示主用户，又称授权用户，认知用户的目的是要感知并确定 能否占用其频谱。 CognitiveUser(⑶）：表示认知用户，负责对主用户PU发出的信号进行本地感 知，并且个认知用户之间进行信息交互，并做出主用户是否存在的最终判决。 如图2所示的一种抗攻击的分布式协作感知方法，可分为四个阶段，包括： -、初始化阶段：认知用户i(i= 1，2, 3,…，N)估计自身接收信噪比L，然后与 邻居用户共享信噪比信息，再计算信噪比判决阈值V，最后将比较，判断自己是否参 与协作：当Yv时，该认知用户检测性能较好，参与协作感知，反之，检测性能较差，不参 与协作。 二、分布式协作感知阶段：假设阶段1筛选出K个检测性能较优的认知用户参与协 作，则这K个认知用户进入阶段2的分布式协作感知，该阶段分两个步骤实现： 步骤1 :参与协作的各认知用户采用能量检测算法进行本地感知，得到主用户是 否存在的本地判决民备用，L与阶段1获得的Yi将作为每次频谱感知中更新认知用户共 识度的依据，依据式& (0) =Wl (1) ?I(0)得到迭代初始值& (0)，即t= 0时，认知用户i 的状态值为Zi(0)。 步骤2 :协本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抗攻击的分布式协作频谱感知方法，其特征在于，所述方法步骤如下步骤：步骤1：在已知噪声方差主用户发送功率P，认知用户i与主用户之间的距离di，认知用户i的感知路径衰落因子βi的情况下，各认知用户依据估计自身信噪比，并与邻居用户共享信噪比信息，依据计算判决阈值v，将自身信噪比与v比较，选择出K个认知用户参与协作频谱感知；步骤2：对筛选出的K个认知用户进行能量检测，得到能量检测统计值Xi以及本地判决结果Ri，依据计算共识度，并由式Zi(0)＝wi(l)·Yi(0)得到进行梯度迭代的初始值Zi(0)；步骤3：参与协作的认知用户依据自身状态Yi(t)与正常邻居节点传来的状态Yij(t)，根据更新状态，迭代更新过程一直持续到协作认知用户状态值收敛到共同值A*；步骤4：给定系统虚警概率，依据“恒虚警概率法”设定判决门限λ，认知用户将A*与判决门限比较，依据decision=H0ifA*<λH1ifA*≥λ]]>的判决准则做出主用户是否存在的最终判决；步骤5：认知用户将判决结果在认知网络中进行广播；步骤6：依据判决结果，认知用户决定是否在数据传输时隙使用主用户频段进行通信；若认知用户判决主用户存在，则在数据传输时隙保持静默；反之，则可以利用该频段进行自身的数据传输；同时，当认知用户位置发生变化或认知用户出现设备故障时，重新执行初始化阶段，即重回步骤1，否则，下一轮检测从步骤2开始。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张登银，牛悦诚，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32