[發明專利]一種抵抗模仿主用戶信號的惡意攻擊的頻譜感知方法

有效

• 申請號: 201310271930.6
• 申請日: 2013-06-28
• 公開（公告）號: CN103346849A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 張芳芳;金明;李有明;王曉麗;王剛;陳杰輝;王炯滔;陳斌
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: H04B17/00
• 分類號: H04B17/00
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理事務所(普通合伙) 33226
• 代理人: 周玨

技術領域

本發明涉及一種認知無線電系統中的頻譜感知技術，尤其是涉及一種抵抗模仿主用戶信號的惡意攻擊的頻譜感知方法。

背景技術

隨著越來越多的無線通信業務的出現，有限的頻譜資源出現了越來越緊缺的局面。而實際中，大量被分配給特定通信業務的物理頻譜資源在許多時間、空間上處于空閑狀態，這表明現在的頻譜資源缺乏現象不是由物理頻譜資源缺乏而引起的，而是由于固定的頻譜資源分配政策引起的。認知無線電的提出為提高頻譜利用率提供了一個可行的思路，其能夠有效利用已被分配但是處于空閑狀態的頻譜資源，但必須事先檢測出哪些頻譜處于空閑狀態，因此頻譜感知是認知無線電中的關鍵技術之一。

由于認知無線電系統頻譜感知無線鏈路的開放性，因此認知無線電系統在執行頻譜感知過程中很容易受到惡意節點的攻擊，進而會導致頻譜感知性能降低。惡意節點的攻擊方法主要有兩類：第一類攻擊方法為頻譜感知數據篡改方法，此類方法把錯誤的本地頻譜感知結果發送到融合中心，從而導致融合中心得出錯誤的全局頻譜感知結果；第二類攻擊方法為模仿主用戶信號的攻擊方法，此類方法中，主用戶信號不存在時，惡意節點通過發送類似于主用戶的干擾信號，讓誠實感知節點（誠實感知節點是指把其感知到的信息如實發送給融合中心的感知節點）誤認為主用戶信號存在，從而誤導誠實感知節點的本地頻譜感知。針對第一類攻擊方法，融合中心可以通過拒絕接收惡意節點的數據來解決。針對第二類攻擊方法，Chen等人于2011年7月在IEEE?TRANSACTIONS?ON?WIRELESS?COMMUNICATIONS（IEEE無線通信匯刊）上發表的《Cooperative?Spectrum?Sensing?in?Cognitive?Radio?Networks?in?the?Presence?of?the?Primary?User?Emulation?Attack》（存在模仿主用戶信號攻擊時，認知無線電網絡中的協作頻譜感知方法）文獻中提出了利用主用戶到誠實感知節點的信道信息和惡意節點到誠實感知節點的信道信息進行協作頻譜感知。然而，這種方法存在以下問題：第一，Chen等人假設惡意節點和主用戶始終同時發送信號，而在實際應用中，由于主用戶具有使用頻譜的優先權，惡意節點只能干擾認知無線電系統，不能干擾主用戶，因此只能在主用戶不發送信號的情況下，惡意節點才能發送類似于主用戶的信號；第二，Chen等人假設惡意節點到誠實感知節點的信道信息已知，由于惡意節點攻擊的目的是為了誤導誠實感知節點的本地頻譜感知，因此實際中無法獲得惡意節點到誠實感知節點的信道信息；第三，Chen等人假設誠實感知節點的噪聲功率精確已知，而在實際中誠實感知節點的噪聲功率無法精確已知。因此，迫切需要研究一種能夠有效抵抗惡意節點攻擊的頻譜感知方法。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種頻譜感知方法，其能夠有效地抵抗模仿主用戶信號的惡意攻擊。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種抵抗模仿主用戶信號的惡意攻擊的頻譜感知方法，其特征在于它的處理過程為：首先，在一個感知周期內，利用誠實感知節點對監測信道的信號進行采樣；然后，誠實感知節點將采樣得到的信號發送到融合中心；接著，融合中心利用來自誠實感知節點的信號計算協方差矩陣，并計算協方差矩陣的最大特征值對應的特征向量；之后，根據協方差矩陣的最大特征值對應的特征向量和主用戶到誠實感知節點的信道信息，計算檢驗統計量值；最后，通過判斷檢驗統計量值與判決門限的大小，判定在該感知周期內監測信道內有無主用戶信號，實現頻譜感知。

本發明的抵抗模仿主用戶信號的惡意攻擊的頻譜感知方法，它具體包括以下步驟：

①在認知無線電系統中，在一個感知周期內，利用M個誠實感知節點對監測信道的信號進行N次采樣，得到每個誠實感知節點每次采樣得到的信號，將第m個誠實感知節點第n次采樣得到的信號記為x_m(n)，其中，2≤M≤31，N≥2M，1≤m≤M，1≤n≤N，誠實感知節點是指把其感知到的信息如實發送給融合中心的感知節點；

②誠實感知節點將采樣得到的信號發送到融合中心；