认知异构无线网络中基于信誉系统的频谱切换方法技术方案

本发明专利技术涉及一种认知异构无线网络中基于信誉系统的频谱切换方法。针对频谱切换过程中次用户发生自私或恶意行为，导致网络性能下降的问题，首先通过提取用户行为特征信息，评估次用户接入信道后的行为，并依据次用户的行为确定其信誉值，在认知基站建立信誉系统；其次，根据次用户的信誉状况来对次用户进行分级，并根据次用户的分级情况，为次用户分配授权信道或ISM频段的信道；最后，在接入授权频谱的过程中，当满足用户等待时延要求时，信誉值高的次用户有更高的接入优先权。仿真结果表明，该方法能够有效地提升系统吞吐量，降低切换及中断概率，减少低信誉的次用户接入授权频谱的机会，提升了系统的安全性。

【技术实现步骤摘要】
认知异构无线网络中基于信誉系统的频谱切换方法
本专利技术属于认知异构无线网络中的频谱切换方法，属于移动通信领域。特别是涉及一种基于信誉系统的频谱切换方法。
技术介绍
在目前有关频谱切换的研究中，次用户通常被视为可信的。但在实际的认知无线电网络中，网络中的次用户为了自身利益，可能会产生自私行为，甚至是恶意行为。在共享式无线网络与认知网络共存的认知异构无线网络中，这种安全风险尤其突出。次用户的自私行为和恶意行为将会造成频谱的利用效率和网络性能(吞吐量等)逐渐下降。而目前的研究工作中却较少考虑频谱切换中可能存在的自私行为及恶意行为。文献[PeiQingqi,YuanBeibei,LiLei,LiHongning.Asensingandetiquettereputation-basedtrustmanagementforcentralizedcognitiveradionetworks[J].Neurocomputing,2013,101(3):129-138]中针对次用户在得到授权频谱资源后采取的行为，提出了礼节信誉的概念，以对次用户的行为是否恰当进行评价。但该文对不恰当行为可能对网络造成的影响未做进一步的研究。文献[FarihaAfsana；NusratJahan；FarhanaA.Sunny；M.S.Kaiser；S.A.Mamun.TrustandenergyawareClustermodelingandspectrumhandoffforcognitiveradioad-hocnetwork[C].2015InternationalConferenceonElectricalEngineeringandInformationCommunicationTechnology(ICEEICT),2015,1-6]中提出了一种依赖次用户历史行为的安全切换机制。首先根据次用户的历史行为计算它们的信任值，次用户在使用新的信道进行传输时需要向控制节点证明它的可靠性。与未信任节点相比，这种方法提高了可信次用户的吞吐量。但该文中的信誉值仅用于判断次用户是否可信，行为良好的次用户并没有得到其他回报。文献[GeetanjaliRathee,PrabhatThakur,G.Singh,HemrajSaini.Aspectsofsecurecommunicationduringspectrumhandoffincognitiveradionetworks[C].InternationalConferenceonSignalProcessingandCommunication,2016,64-69]中提出了一种基于能量感知簇的体系。其中的信任感知模型用于提升能量效率，频谱切换体系用于降低切换率和提高吞吐量。在频谱切换时，网络优先选择信任值高的次用户接入信道。该文所提模型可以有效地最大化次用户的吞吐量并降低平均切换概率。但该文的信誉值是从先前的频谱感知阶段得到，而没有考虑频谱切换过程中可能存在的自私及恶意行为。
技术实现思路
本专利技术旨在解决上述现有技术的问题。提出了一种认知异构无线网络中基于信誉系统的频谱切换方法。本专利技术采用的具体技术方案如下：一种认知异构无线网络中基于信誉系统的频谱切换方法，其针对认知异构无线网络中，次用户在频谱切换的过程中发生自私或恶意行为，导致网络性能下降的问题，设计以下频谱切换步骤：101、首先对在授权频谱传输的次用户的行为进行监测，并提取行为特征信息，从而对次用户可能的异常行为进行识别和判断；102、当次用户传输完成时，基站对本次接入中的行为进行评判，根据次用户的行为更新该次用户的信誉值并储存；103、根据101和102得到的信誉值对次用户进行分级，并把次用户划分为不同的集合，包括可信次用户集，可疑次用户集，不可信次用户集；104、当次用户向认知基站提出接入申请时，基站首先对次用户所处集合进行判断。根据次用户所处的不同集合，将次用户的接入过程分为以下三种情况：可信次用户使用空闲的授权频谱传输；可疑次用户只能在ISM频段传输；不可信次用户得不到传输机会，直到其经过一个时间窗口的等待，信誉值重新初始化后，才能再次获得传输的机会。进一步的，参见图1，认知异构无线网络包括认知无线电网络和共享式无线网络，认知无线电网络采用中心式的网络架构，主用户和次用户分布于同一地理区域，主用户PUs由固定的主基站控制，次用户SUs分布在固定认知基站的覆盖范围内，SUs之间(处于认知基站的覆盖范围内)的通信和数据收集只能通过认知基站来进行，共享式无线网络采用了最常用的2.4GHz无线电频段，即ISM(工业、科学和医疗)频段，次用户在授权频谱和ISM频段中的传输均受认知基站控制，对所述的认知异构无线网络做了如下基本假设：(1)假设频谱切换过程中只有认知网络中的次用户存在自私或恶意行为，主用户均为可信用户；(2)假设次用户虽然存在自私行为或恶意行为，但认知节点间不存在串谋行为。考虑次用户在频谱切换的过程中可能存在的异常行为有：1.自私行为：次用户认为自身有数据传输需求，发送接入请求并接入空闲信道，但未立即开始数据传输；2.疑似恶意行为：次用户在传输完成后并未立即退出传输信道，影响了其他次用户的接入。3.恶意行为：恶意模仿主用户(PrimaryUserEmulation，简称PUE)：恶意次用户通过模仿主用户的特征，强行抢占其他次用户的信道，中断已接入次用户的传输。(3)假设次用户在使用授权频谱的情况下不会对主用户的传输造成干扰。(4)假设次用户在频谱感知阶段的行为是可信的。进一步的，所述信誉系统中，认知基站负责对次用户的行为进行监测。当次用户在授权频谱进行传输时，认知基站会对次用户进行监测并提取行为特征信息，从而对次用户可能的异常行为进行识别和判断。当次用户传输完成时，认知基站对本次接入中的行为进行评判，根据次用户的行为降低或提升该次用户的信誉值并储存。该信誉值将作为下一次接入频谱时的最初信誉。通过这种方式来进行信誉值的迭代更新。进一步的，所述步骤101中，在SUi接入信道后，认知基站通过对SUi的行为进行监测，收集接入过程中的各种行为特征信息。通过收集的不同特征信息来评估该用户是否发生了异常行为。考虑需要收集的特征信息为传输过程中次用户的功率(P)、主用户到达或传输完成时是否及时退避(Q)、循环平稳特征(C)。设证据集合为E＝{P,Q,C}。在SUi第n次接入或切换的过程中，用来表示收集到的证据表明SUi的某种行为是否发生。行为发生，则行为未发生，则令分别表示证据表明自私行为、疑似恶意行为和恶意行为是否发生，为该次接入过程中的证据表明是否发生异常行为。若该用户发生自私行为，即在SUi接入频谱后一段时间内其功率仍然为0，则P＝1；若功率不为0，则P＝0。可以表示为若该用户发生疑似恶意行为，此时SUi的功率为0但未退出信道，则Q＝1；若用户退出信道，则Q＝0。可以表示为若该用户发生恶意行为，即通过监测循环平稳特征发现SUi模仿主用户，则C＝1；若未发现模仿主用户，则C＝0。可以表示为若该次接入过程中SUi无异常行为发生，即P，Q，C的取值均为0时，则若该次接入过程中有异常行为发生，即P，Q，C的取值不全为0时，则进一步的，所述步本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.认知异构无线网络中基于信誉系统的频谱切换方法，其特征在于，包括以下步骤：101、首先对在授权频谱传输的次用户的行为进行监测，并提取行为特征信息，从而对次用户可能的异常行为进行识别和判断；102、当次用户传输完成时，基站对本次接入中的行为进行评判，根据次用户的行为更新该次用户的信誉值并储存；103、根据101和102得到的信誉值对次用户进行分级，并把次用户划分为不同的集合，包括可信次用户集，可疑次用户集，不可信次用户集；104、当次用户向认知基站提出接入申请时，基站首先对次用户所处集合进行判断，根据次用户所处的不同集合，将次用户的接入过程分为三种情况：可信次用户使用空闲的授权频谱传输；可疑次用户只能在ISM频段传输；不可信次用户得不到传输机会，直到其经过一个时间窗口的等待，信誉值重新初始化后，才能再次获得传输的机会。

【技术特征摘要】
1.认知异构无线网络中基于信誉系统的频谱切换方法，其特征在于，包括以下步骤：101、首先对在授权频谱传输的次用户的行为进行监测，并提取行为特征信息，从而对次用户可能的异常行为进行识别和判断；102、当次用户传输完成时，基站对本次接入中的行为进行评判，根据次用户的行为更新该次用户的信誉值并储存；103、根据101和102得到的信誉值对次用户进行分级，并把次用户划分为不同的集合，包括可信次用户集，可疑次用户集，不可信次用户集；104、当次用户向认知基站提出接入申请时，基站首先对次用户所处集合进行判断，根据次用户所处的不同集合，将次用户的接入过程分为三种情况：可信次用户使用空闲的授权频谱传输；可疑次用户只能在ISM频段传输；不可信次用户得不到传输机会，直到其经过一个时间窗口的等待，信誉值重新初始化后，才能再次获得传输的机会。2.根据权利要求1所述认知异构无线网络中基于信誉系统的频谱切换方法，其特征在于：所述对次用户的行为进行监测由认知基站负责，当次用户在授权频谱进行传输时，认知基站对次用户进行监测并提取行为特征信息，从而对次用户可能的异常行为进行识别和判断。3.根据权利要求2所述认知异构无线网络中基于信誉系统的频谱切换方法，其特征在于：所述步骤101中，需要收集的行为特征信息包括传输过程中次用户的功率P、主用户到达或传输完成时是否及时退避Q、循环平稳特征，证据集合为E＝{P,Q,C}。4.根据权利要求3所述认知异构无线网络中基于信誉系统的频谱切换方法，其特征在于：根据所述证据集合证据表明自私行为、疑似恶意行为和恶意行为是否发生，则满足以下规定：若该用户发生自私行为，即在SUi接入频谱后一段时间内其功率仍然为0，则P＝1；若功率不为0，则P＝0；若该用户发生疑似恶意行为，此时SUi的功率为0但未退出信道，则Q＝1；若用户退出信道，则Q＝0；若该用户发生恶意行为，即通过监测循环平稳特征发现SUi模仿主用户，则C＝1；若未发现模仿主用户，则C＝0；若该次接入过程中SUi无异常行为发生，即P，Q，C的取值均为0；若该次接入过程中有异常行为发生，即P，Q，C的取值不全为0。5.根据权利要求1所述认知异构无线网络中基于信誉系统的频谱切换方法，其特征在于：所述步骤102中，所述次用户信誉值的更新如下：令w1、w2、w3分别代表自私行为、疑似恶意行为和恶意行为对次用户信誉值的影响，w0为该次接入过程中未发生异常行为的奖励，则信誉值的变化表示为其中，0≤wk≤1，k＝0,1,2,3，w1+w2+w3＜0.5。6.根据权利要求5所述认知异...

【专利技术属性】
技术研发人员：马彬，郭云霄，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50