[發明專利]一種基于博弈論最優PUEA方式的動態干擾方法

有效

• 申請號: 201810491486.1
• 申請日: 2018-05-21
• 公開（公告）號: CN108718452B
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 彭啟航;韓文凱
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H04W12/12
• 分類號: H04W12/12;H04W16/14
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 周劉英

本發明公開了一種基于博弈論最優PUEA方式的動態干擾方法，屬于認知無線電技術領域。本發明基于攻擊者和次級用戶雙方具備動態更新對抗策略的能力，提出使用博弈論模擬這一動態過程。通過引入功耗因子，基于攻擊者知曉次級用戶感知結果的理想假設，得到雙方最佳行動策略的納什均衡點。通過與現有通用干擾方法比較，發現在較大的攻擊本消耗下，博弈論下的攻擊依然有較高的效益。由于多頻段的不完全信息博弈計算復雜度太高，本發明還通過對單頻段雙方不完全信息博弈的納什均衡結果分析，提出一種新的方法，將多頻段功率分配轉化為常規優化問題。本發明提供了能適應實際應用場景的完全信息、非完全信息下，以及非完全信息下的多信道的動態干擾策略。

技術領域

本發明屬于認知無線電(Cognitive Radio，CR)技術領域，具體涉及一種基于假冒主用戶攻擊(Primary User Emulation Attack，PUEA)方式的通信干擾方法。

背景技術

在頻譜感知中，惡意用戶的存在嚴重影響到認知無線電系統的工作效率。這類惡意攻擊可以分為兩類：感知鏈路干擾，以及協作感知干擾。在對感知鏈路干擾的研究中，假冒主用戶攻擊(Primary User Emulation Attack，PUEA)是一種典型的干擾方式，其通過模擬主用戶(Primary User，PU)信號的特征，發送與PU信號相似的信號以迷惑附近的二級用戶(Secondary User，SU)。從而使得FC對PU的狀態做出錯誤的判斷，進而擾亂感知網絡正常的運行，降低認知無線電網絡的工作效率。

能量檢測是通過測量某段時間內某個頻段上接收到的信號能量來判斷是否有頻譜空洞。能量檢測技術實現簡單、計算的復雜性低。它是認知無線電網絡中最常用的頻譜感知檢測方法。

在實際干擾時，攻擊者和SU都是理性的。攻擊者會考慮所消耗掉的攻擊能量是否與CR網絡中吞吐量損失量成正比。若消耗大量的能量，只是欺騙成功小部分頻段，攻擊者會放棄繼續實施感知欺騙，數據階段也是同樣的理性考慮，信道數據誤碼率高于通信干擾成本，攻擊者也會選擇不干擾。類似地，對于通信鏈路中噪聲過大，誤碼率過高，即使該頻段空閑，SU也會放棄進行數據通信。

所以在能量有限的現實下，攻擊者和SU總會權衡成本和收益后再選取策略。博弈論考慮游戲中的個體的預測行為和實際行為，并研究它們的優化策略，很好地應用到此類場景中。雖然目前已經有很多文獻研究了博弈論在認知無線電干擾與抗干擾中應用的問題，不過考慮更多的是純策略的情形，且他們更多的是停留在靜態博弈研究上，而實際場景中理性玩家之間的博弈是動態的，而且這些研究也并沒有將感知時隙和數據時隙聯合起來研究。也有文獻考慮的是動態博弈場景，可也只是研究頻譜感知階段，同時并沒將頻譜感知技術和通信傳輸理論運用進去，只是人為設定參數。

發明內容

本發明的發明目的在于：針對上述存在的技術問題，在攻擊者能量有限的條件下，將攻擊者和SU之間的對抗，建立為動態博弈模型，結合能量檢測技術和通信傳輸理論，為攻擊者能量分配和動態策略的選取提供最佳方案。攻擊者可以根據反饋的攻擊效果實時調整策略，大大增大了攻擊者的智能性，從而提供一種基于博弈下最優PUEA方式的動態干擾方法，進而為安全頻譜感知的研究提供了更真實的仿真與驗證環境，促使抗干擾方式的進一步優化。

本發明的基于完全信息博弈下最優PUEA方式的干擾方法，包括下列步驟：

構建攻擊策略的選取概率集合λ_a＝{λ_a1,λ_a2,λ_a3,λ_a4}，以及SU行動策略的選取概率結合λ_u＝{λ_u1,λ_u2}，其中λ_ai(i＝1,…4)表示攻擊策略S_ai的被選中概率，且∑λ_ai＝1；λ_uj(j＝1,2)表示SU行動策略S_uj的被選中概率，∑λ_ui＝1；