[發明專利]認知無線網絡中基于節點檢測的分布式頻譜感知方法

有效

• 申請號: 201410482194.3
• 申請日: 2014-09-19
• 公開（公告）號: CN104219011A
• 公開（公告）日: 2014-12-17
• 發明（設計）人: 李紅寧;裴慶祺;劉顯君;徐蕾蕾;張棟
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04B17/00
• 分類號: H04B17/00;H04W24/00
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 田文英;王品華

技術領域

本發明屬于通信技術領域，更進一步涉及認知無線網絡技術領域中的一種認知無線網絡中基于節點檢測的分布式頻譜感知方法。本發明可以根據次用戶對其鄰居節點的檢測，以及與鄰居節點的數據交互，可使認知無線網絡頻譜感知的數據更加可靠和統一。

背景技術

認知無線網絡允許非授權用戶在不干擾授權用戶的前提下，伺機利用空閑譜，從而有效提高頻譜資源的利用率，滿足更多用戶的需求。頻譜感知技術是認知無線網絡發展的前提和基礎，準確可靠的頻譜感知數據是頻譜分配的可靠保證。多個認知無線用戶協作進行頻譜感知已經得到了廣泛的關注。然而大多數的研究還是需要一個公共接收器。這種集中式的方法性能可以達到全局最優，但在認知無線網絡的初始階段，很多區域沒有中心控制設備，如融合中心等。因此，在沒有中心控制設備的條件下，認知用戶只能利用控制信道與鄰居節點之間進行信息的交互。

分布式環境中如何達到網絡中認知用戶的感知信息統一，從而進行有效的資源分配是急需解決的問題。分布式協作頻譜感知可以通過每個認知用戶(CR:Cognitive?Radio)與其一跳鄰居通信交換感知信息，通過迭代可以使得所有節點的頻譜感知信息達到一致。認知無線網絡中除了資源使用效率問題，安全性是其網絡運行的前提保證。頻譜資源的動態性和用戶的移動性，為認知無線網絡的研究和實際應用帶來了新的安全挑戰。在頻譜感知過程中，頻譜感知數據篡改攻擊(SSDF：Spectrum?Sensing?Data?Falsification)是目前影響較大的攻擊形式之一。

浙江大學擁有的專利技術“一種認知無線電系統中的合作頻譜感知方法”(申請號：200810163516.2授權公告號：CN?101459445?B)中公開了一種認知無線電系統中合作的頻譜感知方法。該專利技術的具體步驟是：每個次級用戶對主用戶的能量進行感知，將數據發送到數據中心，查詢用戶可信數據庫，進行歸一化處理得到每個次級用戶在合作感知中的權重系數，將本地感知結果與對應用戶的權重系數相乘累加后與系統的判決門限比較，如果大于則目標頻斷當前正在被主用戶使用，如果小于則目標頻段當前沒有被主用戶使用。該專利技術存在的不足是：首先，合作感知并未實現真正的分布式，仍然需要一個數據系統控制中心，無法應用在分布式的環境下。其次，盡管不同的次級用戶的權重不同，但是攻擊者在發送惡意數據時，由于數據差異完全可能導致整個判決結果的錯誤。

Tang等人在其論文“Distributed?consensus-based?security?mechanisms?in?cognitive?radio?mobile?ad?hoc?networks”([J].《Communications,IET》,2012,6(8):974-83)中提出了一種基于鄰居節點去除機制的頻譜感知方法，該方法的基本步驟是：次級用戶進行本地感知，與鄰居節點進行交互，在每一輪數據收斂前判斷鄰居節點的可靠性，通過計算鄰居節點的數據與所有相鄰用戶的均值的差異，找出相差最大的標記為惡意用戶，從其鄰居節點中刪除再進行數據融合，在一定程度上能夠抵抗SSDF的一些攻擊。該方法存在的不足是：首先，收斂算法在迭代的過程中，如果網絡中存在一個攻擊者一直在次級用戶的可信鄰居節點集合中，攻擊者可以潛伏到可信鄰居節點集合不再更新，然后實施頻譜感知數據篡改攻擊，將會導致整個網絡感知數據收斂值的錯誤。其次，由于節點的可信鄰居節點的個數越來越少，如果次級用戶與其所有的鄰居節點形成封閉的子網，就會造成網絡的不連通，形成多個分割的子網，相互孤立的進行收斂，導致每個子網存在不同的收斂結果。從而無法實現分布式頻譜感知數據的收斂性、一致性，導致部分用戶的判決結果錯誤，最終干擾主用戶的正常頻段使用或者浪費可用的頻譜資源。

發明內容

本發明針對上述現有技術的不足，提出一種認知無線網絡中基于節點檢測的分布式頻譜感知方法。方法可以判斷鄰居節點是否滿足異常條件，刪除滿足異常條件的鄰居節點，從而保證數據的可靠性。此外，方法可以判斷整個網絡是否聯通，出現不連通的情況后調整鄰居節點使整個網絡連通，從而保證數據的統一性。

為了實現上述目的，本發明的具體步驟包括如下：

(1)建立頻譜感知方法模型：

將分布式認知無線網絡中次用戶抽象成一個連通圖；

(2)初始化感知數據：

利用能量感知方法，對每個次用戶依次進行本地感知，獲得每個次用戶的能量感知初始數據；

(3)判斷是否滿足節點檢測觸發條件：

判斷每個次用戶的迭代輪數是否滿足節點檢測觸發條件，若是，執行步驟(4)，否則，執行步驟(9)；