專利名稱：一種合作頻譜感知中安全的合作用戶選擇方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于認(rèn)知無線電領(lǐng)域，尤其涉及一種在認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中基于位置相關(guān)性 的合作用戶選擇方法。
背景技術(shù)：
認(rèn)知無線電技術(shù)是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)頻譜接入的一種主流方案，它容許認(rèn)知無線電用戶在 不影響主用戶通信的前提下，使用已經(jīng)分配給主用戶的頻譜資源進(jìn)行傳輸，因此能達(dá)到較 高的頻譜使用效率。認(rèn)知無線電技術(shù)為解決頻譜資源短缺及提高頻譜利用率提供了強(qiáng)有力 的技術(shù)支撐，成為無線通信研究的熱點(diǎn)。發(fā)現(xiàn)可用頻譜資源的過程稱為頻譜感知，頻譜感知是認(rèn)知無線電得以實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵 技術(shù)之一，感知性能的好壞，會(huì)影響到整個(gè)認(rèn)知無線電系統(tǒng)的性能。如果目標(biāo)頻段沒有被主 用戶使用，但是由于虛警，認(rèn)知無線電用戶認(rèn)為相應(yīng)頻段不能使用，則浪費(fèi)了本可以用來進(jìn) 行傳輸?shù)念l譜資源；而如果目標(biāo)頻段正在被主用戶使用，但是由于漏檢，認(rèn)知無線電用戶認(rèn) 為相應(yīng)頻段可以使用，則有可能干擾主用戶的通信。多個(gè)認(rèn)知無線電用戶進(jìn)行合作頻譜感知，可以充分利用各個(gè)認(rèn)知無線電用戶的空 間分集，從而達(dá)到更好的感知性能。由于在合作的過程中增加了額外的信息交互，合作頻譜 感知在獲得較好的感知性能的同時(shí)，也增加了認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)的通信開銷。目前常用的合 作頻譜感知框架中，認(rèn)知無線電用戶需要將本地頻譜感知的結(jié)果發(fā)送給數(shù)據(jù)融合中心，當(dāng) 參與合作的認(rèn)知無線電用戶很多時(shí)，發(fā)送這些感知結(jié)果將消耗大量的帶寬，甚至引起網(wǎng)絡(luò) 擁堵，干擾認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行。因此，當(dāng)認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中存在很多用戶時(shí)，讓全 部認(rèn)知無線電用戶都參與合作頻譜感知是不合適的，而選擇一部分用戶參與合作頻譜感知 更為合理。惡意用戶通過模仿主用戶信號(hào)的特點(diǎn)進(jìn)行發(fā)送，使得認(rèn)知無線電用戶感覺頻譜正 在被主用戶使用，從而達(dá)到其自身目的的攻擊方式稱為主用戶仿真攻擊。當(dāng)認(rèn)知無線電用 戶受到主用戶仿真攻擊時(shí)，與此認(rèn)知無線電用戶相距較近的用戶也會(huì)受到影響。因此，在認(rèn) 知無線電用戶分布密集的區(qū)域內(nèi)，當(dāng)存在主用戶仿真攻擊者時(shí)，選擇空間上接近的認(rèn)知無 線電用戶進(jìn)行合作頻譜感知是不明智的。空間上接近的認(rèn)知無線電用戶的信道條件相關(guān)性 較大，其接收到的主用戶或者主用戶仿真攻擊者的信號(hào)的相關(guān)性也較大；如果能選取在空 間上相距較遠(yuǎn)的認(rèn)知無線電用戶，即信號(hào)相關(guān)性較小的認(rèn)知無線電用戶進(jìn)行合作，則主用 戶仿真攻擊所帶來的影響就能得到有效的緩解。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中可能遭受的主用戶仿真攻擊問題，提供一種基于認(rèn) 知無線電用戶之間的位置相關(guān)性的合作用戶選擇方法，選擇位置相關(guān)性較小的認(rèn)知無線電 用戶參與合作頻譜感知，以降低主用戶仿真攻擊對(duì)合作頻譜感知性能的影響。本發(fā)明方法中，數(shù)據(jù)融合中心根據(jù)各個(gè)認(rèn)知無線電用戶的地理位置，使用現(xiàn)有的
3位置相關(guān)性模型，計(jì)算每兩個(gè)用戶之間的位置相關(guān)性，并構(gòu)建位置相關(guān)性矩陣P如下
fU、 Pis Ρκ,κ )
其中K表示認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中認(rèn)知無線電用戶的數(shù)量， 表示認(rèn)知無線電用戶i和認(rèn) 知無線電用戶j之間的位置相關(guān)性。數(shù)據(jù)融合中心根據(jù)合作頻譜感知需要的用戶數(shù)目Ks，依據(jù)位置相關(guān)性矩陣，選擇 位置相關(guān)性最小的Ks個(gè)認(rèn)知無線電用戶參與合作。合作用戶選擇的結(jié)果將由數(shù)據(jù)融合中 心通過控制信道廣播給所有的認(rèn)知無線電用戶，被選中的認(rèn)知無線電用戶將參與合作頻譜 感知。本發(fā)明方法主要由數(shù)據(jù)融合中心執(zhí)行，具體步驟為
步驟(1)初始化位置相關(guān)性矩陣和合作用戶集合；所述初始化位置相關(guān)性矩陣為數(shù)據(jù) 融合中心根據(jù)各個(gè)認(rèn)知無線電用戶的地理位置，使用現(xiàn)有的位置相關(guān)性模型，計(jì)算每兩個(gè) 用戶之間的位置相關(guān)性，并構(gòu)建相關(guān)性矩陣；所述初始化合作用戶集合為初始化參與合作 的用戶數(shù)目L為K，并將所有的K個(gè)認(rèn)知無線電用戶都納入?yún)⑴c合作的認(rèn)知無線電用戶集
I=I O步驟(2)數(shù)據(jù)融合中心執(zhí)行合作用戶選擇；所述數(shù)據(jù)融合中心執(zhí)行合作用戶選擇 為數(shù)據(jù)融合中心根據(jù)位置相關(guān)性矩陣和合作頻譜感知需要的用戶數(shù)目Ks，從所有的K個(gè)認(rèn) 知無線電用戶中選擇位置相關(guān)性最小的Ks個(gè)用戶。具體方法如下
a、數(shù)據(jù)融合中心比較當(dāng)前參與合作的用戶數(shù)目L和合作頻譜感知需要的用戶數(shù)目Ks 之間的大小，若當(dāng)前參與合作的用戶數(shù)目L大于Ks，則執(zhí)行步驟b ；若當(dāng)前參與合作的用戶 數(shù)目L小于或等于Ks，則結(jié)束此次合作用戶選擇過程。b、數(shù)據(jù)融合中心在位置相關(guān)性矩陣中，找出當(dāng)前參與合作的用戶之間的位置相關(guān) 性，并確定這些位置相關(guān)性值中的最大值，用Pn龍表示；所述中參數(shù)η和參與m表示在
當(dāng)前參與合作的用戶中，用戶η和用戶m之間的位置相關(guān)性最大。C、數(shù)據(jù)融合中心分別計(jì)算認(rèn)知無線電用戶η和認(rèn)知無線電用戶m與其他參與合作
的認(rèn)知無線電用戶之間的位置相關(guān)性之和，用ft表示用戶η與其他參與合作的用戶之間的 位置相關(guān)性之和，用, 表示用戶m與其他參與合作的用戶之間的位置相關(guān)性之和。d、數(shù)據(jù)融合中心比較ft和島的大小，若ft大于或等于島，則數(shù)據(jù)融合中心從合
作用戶集合中刪除用戶η若，小于Pw，則數(shù)據(jù)融合中心從合作用戶集合中刪除用戶m。e、數(shù)據(jù)融合中心將參與合作的用戶數(shù)目L減1，并執(zhí)行步驟a。步驟(3)數(shù)據(jù)融合中心廣播用戶選擇結(jié)果；所述數(shù)據(jù)融合中心廣播用戶選擇結(jié)果 為數(shù)據(jù)融合中心通過控制信道廣播合作用戶集合中的用戶信息。存在于合作用戶集合中的認(rèn)知無線電用戶將參與合作頻譜感知，而不存在于合作用戶集合中的認(rèn)知無線電用戶將不 參與此合作頻譜感知。本發(fā)明方法具有以下優(yōu)點(diǎn)
(1)選取位置相關(guān)性較小的認(rèn)知無線電用戶進(jìn)行合作頻譜感知，降低了主用戶仿真攻 擊同時(shí)干擾多個(gè)認(rèn)知無線電用戶的概率；
(2)增加了主用戶仿真攻擊者同時(shí)攻擊多個(gè)認(rèn)知無線電用戶的難度；
(3)方法執(zhí)行簡單，通用性較強(qiáng)。


圖1為遭受主用戶仿真攻擊時(shí)的認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)示意圖2為本發(fā)明所述的基于位置相關(guān)性的用戶選擇方法的執(zhí)行流程圖； 圖3為一個(gè)認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)的用戶分布圖； 圖4為基于位置相關(guān)性的用戶選擇方法選中的合作用戶的分布圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，以陰影衰落信道下的一個(gè)具體實(shí)現(xiàn)為例，進(jìn)一步說明本發(fā)明提出 的基于位置相關(guān)性的用戶選擇方法的實(shí)施過程。具體場景如圖1所示，認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)數(shù)據(jù)融合中心和K個(gè)認(rèn)知無線電用 戶組成，且受到了一個(gè)主用戶仿真攻擊者的攻擊。各個(gè)認(rèn)知無線電用戶接收到的主用戶信 號(hào)或者主用戶仿真攻擊者的信號(hào)，遭受的陰影衰落(用dB表示，X(dB) =10*lg(X))服從正
態(tài)分布，其中主用戶信號(hào)受到的陰影衰落服從均值為0且方差為 < 的正態(tài)分布。數(shù)據(jù)融合
中心和各個(gè)認(rèn)知無線電用戶之間通過控制信道進(jìn)行消息交互。主用戶發(fā)射機(jī)與各個(gè)認(rèn)知無 線電用戶之間的距離至少為dp，且這個(gè)距離遠(yuǎn)大于各個(gè)認(rèn)知無線電用戶之間、認(rèn)知無線電 用戶與主用戶仿真攻擊者之間的距離?？紤]路徑損失和陰影衰落的影響，認(rèn)知無線電用戶i接收到的主用戶信號(hào)功率 p/m 為
權(quán)利要求
1. 一種合作頻譜感知中安全的合作用戶選擇方法，其特征在于該方法包括以下步驟 步驟(1)初始化位置相關(guān)性矩陣和合作用戶集合；所述初始化位置相關(guān)性矩陣為數(shù)據(jù)融合中心根據(jù)各個(gè)認(rèn)知無線電用戶的地理位置，使 用現(xiàn)有的位置相關(guān)性模型，計(jì)算每兩個(gè)用戶之間的位置相關(guān)性，并構(gòu)建相關(guān)性矩陣；所述初始化合作用戶集合為初始化參與合作的用戶數(shù)目L為K，并將所有的K個(gè)認(rèn)知無 線電用戶都納入?yún)⑴c合作的認(rèn)知無線電用戶集合； 步驟(2)數(shù)據(jù)融合中心執(zhí)行合作用戶選擇；所述數(shù)據(jù)融合中心執(zhí)行合作用戶選擇為數(shù)據(jù)融合中心根據(jù)位置相關(guān)性矩陣和合作頻 譜感知需要的用戶數(shù)目Ks，從所有的K個(gè)認(rèn)知無線電用戶中選擇位置相關(guān)性最小的Ks個(gè)用 戶；具體方法如下a、數(shù)據(jù)融合中心比較當(dāng)前參與合作的用戶數(shù)目L和合作頻譜感知需要的用戶數(shù)目Ks 之間的大小，若當(dāng)前參與合作的用戶數(shù)目L大于Ks，則執(zhí)行步驟b ；若當(dāng)前參與合作的用戶 數(shù)目L小于或等于Ks，則結(jié)束此次合作用戶選擇過程；b、數(shù)據(jù)融合中心在位置相關(guān)性矩陣中，找出當(dāng)前參與合作的 用戶之間的位置相關(guān)性，并確定這些位置相關(guān)性值中的最大值，用表示；所述巧中參數(shù)η和參與m表示在當(dāng)前參與合作的用戶中，用戶η和用戶m之間的位置相關(guān)性最大；c、數(shù)據(jù)融合中心分別計(jì)算認(rèn)知無線電用戶η和認(rèn)知無線電用戶m與其他參與合作的認(rèn) 知無線電用戶之間的位置相關(guān)性之和，用A8表示用戶η與其他參與合作的用戶之間的位置相關(guān)性之和，用A表示用戶m與其他參與合作的用戶之間的位置相關(guān)性之和；d、數(shù)據(jù)融合中心比較A和As的大小，若。大于或等于Af,則數(shù)據(jù)融合中心從合作用戶集合中刪除用戶η ；若巧小于/ ，則數(shù)據(jù)融合中心從合作用戶集合中刪除用戶m ；e、數(shù)據(jù)融合中心將參與合作的用戶數(shù)目L減1，并執(zhí)行步驟a；步驟(3)數(shù)據(jù)融合中心廣播用戶選擇結(jié)果；所述數(shù)據(jù)融合中心廣播用戶選擇結(jié)果為數(shù) 據(jù)融合中心通過控制信道廣播合作用戶集合中的用戶信息；存在于合作用戶集合中的認(rèn)知 無線電用戶將參與合作頻譜感知，而不存在于合作用戶集合中的認(rèn)知無線電用戶將不參與 此合作頻譜感知。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種合作頻譜感知中安全的合作用戶選擇方法。本發(fā)明方法首先數(shù)據(jù)融合中心根據(jù)各個(gè)認(rèn)知無線電用戶的地理位置，使用現(xiàn)有的位置相關(guān)性模型，計(jì)算每兩個(gè)用戶之間的位置相關(guān)性，并構(gòu)建相關(guān)性矩陣；然后初始化參與合作的用戶數(shù)目L為K，并將所有的K個(gè)認(rèn)知無線電用戶都納入?yún)⑴c合作的認(rèn)知無線電用戶集合；其次為數(shù)據(jù)融合中心根據(jù)位置相關(guān)性矩陣和合作頻譜感知需要的用戶數(shù)目Ks，從所有的K個(gè)認(rèn)知無線電用戶中選擇位置相關(guān)性最小的Ks個(gè)用戶，最后數(shù)據(jù)融合中心通過控制信道廣播合作用戶集合中的用戶信息。本發(fā)明方法選取位置相關(guān)性較小的認(rèn)知無線電用戶進(jìn)行合作頻譜感知，降低了主用戶仿真攻擊同時(shí)干擾多個(gè)認(rèn)知無線電用戶的概率。
文檔編號(hào)H04W16/14GK102118744SQ20111005249
公開日2011年7月6日 申請日期2011年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月4日
發(fā)明者吳偉, 謝磊, 陳惠芳 申請人:浙江大學(xué)