認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)基于模仿主用戶攻擊的干擾估計(jì)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及認(rèn)知無線電頻譜管理和安全【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)基于模仿主用戶攻擊的干擾估計(jì)方法，包括：信任次用戶接收信道功率，利用信道功率檢測認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中的任意一個(gè)信道是否被占用，將信道占用狀態(tài)和信道功率發(fā)送給簇頭；簇頭判斷被占用的信道是否為被攻擊；估計(jì)被攻擊信道的干擾能量分布；本發(fā)明認(rèn)知用戶通過感知周圍的無線電環(huán)境，來檢測信道中是否有惡意用戶及估計(jì)惡意用戶的干擾能量分布，進(jìn)一步建立干擾態(tài)勢圖，將主用戶能量和惡意用戶能量分離，既可以得出只體現(xiàn)惡意用戶干擾能量分布，又可以與頻譜空洞檢測手段相結(jié)合得出準(zhǔn)確的頻譜態(tài)勢圖。
【專利說明】認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)基于模仿主用戶攻擊的干擾估計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及認(rèn)知無線電頻譜管理和安全【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)基于模仿主用戶攻擊的干擾估計(jì)方法，通過對信源身份的識別及干擾能量的估計(jì)，構(gòu)建惡意用戶的干擾態(tài)勢。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，頻譜資源日益緊張，但目前的頻譜管理方式是即使授權(quán)用戶(也稱主用戶，Primary User，簡稱I3U)未使用授權(quán)頻段時(shí)，非授權(quán)用戶(也稱信任次用戶，Secondary User,簡稱SU)也不能使用該頻段,這種情況又極大地降低了頻譜的利用率。為了解決這個(gè)矛盾，人們提出了認(rèn)知無線電(Cognitive Radio,簡稱CR)技術(shù)一非授權(quán)用戶通過頻譜感知算法感知到空閑的頻段，在不影響授權(quán)用戶通信的前提下充分利用頻譜資源。本方法中所提到的信任次用戶均為可信任用戶，即信任次用戶發(fā)送給簇頭的一切數(shù)據(jù)均是真實(shí)數(shù)據(jù)或根據(jù)真實(shí)數(shù)據(jù)計(jì)算所得，未經(jīng)過任何惡意修改。
[0003]但是，在頻譜接入過程中，也引入了一些新的安全問題。比如:仿冒主用戶攻擊(Primary User Emulation Attack,簡稱 PUEA),即惡意用戶(Malicious User,簡稱 MU)發(fā)送模仿主用戶信號的信號，誤導(dǎo)信任次用戶以為是主用戶在發(fā)送信號，從而判斷信道被主用戶占用，而不能使用該信道。
[0004]目前針對PUEA的研究，主要集中在單個(gè)信任次用戶如何檢測攻擊，而沒有從大范圍的角度分析攻擊的影響，及制定相應(yīng)的應(yīng)對方案。例如針對仿冒主用戶攻擊，現(xiàn)有文獻(xiàn)提出的抗攻擊研究均是在收發(fā)端加入一些匹配算法，如HASH函數(shù)、主用戶能量指紋等，來避免仿冒攻擊影響信任次用戶正確判斷信道是否空閑。這些方法基本上保證了對所有空閑信道的支配權(quán)，但是對于存在惡意用戶的信道，如果信道分配中心對其干擾態(tài)勢不加區(qū)分地分配給信任次用戶，那么干擾范圍內(nèi)的信任次用戶即使獲得了該信道，仍然會(huì)因?yàn)楦蓴_過大而不能安全地使用信道，從而降低了認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)通信的安全性。
[0005]一方面，在研究如何檢測攻擊是否存在的同時(shí)，研究攻擊能量的分布情況同樣對頻譜感知安全有重要意義。另一方面，如何系統(tǒng)地、可靠地挖掘出網(wǎng)絡(luò)中可用頻譜空洞，是實(shí)現(xiàn)認(rèn)知無線電技術(shù)的關(guān)鍵之一，頻譜態(tài)勢圖是指認(rèn)知無線電中形象、直觀地呈現(xiàn)頻譜空洞的“頻譜地圖”，現(xiàn)有一些文獻(xiàn)研究無攻擊的頻譜態(tài)勢圖，那么存在模仿主用戶攻擊的時(shí)候，這種態(tài)勢圖因?yàn)椴荒軈^(qū)分主用戶和惡意用戶的能量，而使系統(tǒng)失去了對仿冒攻擊的信道的支配權(quán)，降低了系統(tǒng)容量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提出認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)基于模仿主用戶攻擊的干擾估計(jì)方法。
[0007]本發(fā)明認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)基于模仿主用戶攻擊的干擾估計(jì)方法，包括:信任次用戶接收信道功率，利用信道功率檢測認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中的任意一個(gè)信道是否被占用，將信道占用狀態(tài)和信道功率發(fā)送給簇頭；簇頭判斷被占用的信道是否為被攻擊；估計(jì)被攻擊信道的干擾能量分布。
[0008]優(yōu)選地，所述利用信道功率檢測認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中的任意一個(gè)信道是否被占用，包括:若該信道上存在PA-Tm〈 O，則確定該信道為疑似主用戶占用，其中Tm為干擾門限，Prk為第k個(gè)信任次用戶接收到的信道r的信道功率。
[0009]優(yōu)選地，所述簇頭判斷被占用的信道是否為被攻擊，包括:
[0010]簇頭根據(jù)各用戶發(fā)送來的各用戶判斷的信道占用情況判斷該信道是否占用；
[0011]簇頭獲取被占用信道的信源的個(gè)數(shù)，根據(jù)所述信源的個(gè)數(shù)判斷該信道是否為被攻擊。
[0012]優(yōu)選地，所述簇頭根據(jù)各用戶發(fā)送來的各用戶判斷的信道占用情況判斷該信道是否占用包括:如果有用戶認(rèn)為信道為疑似主用戶占用，則認(rèn)為該信道被占用，如果所有用戶都認(rèn)為信道未被占用，則信道為空閑狀態(tài)。
[0013]優(yōu)選地，所述簇頭獲取被占用信道的信源的個(gè)數(shù)采用蓋氏圓半徑法。
[0014]優(yōu)選地，所述根據(jù)所述信源的個(gè)數(shù)判斷該信道是否為被攻擊包括:若信源的個(gè)數(shù)n ^ 2，則該信道處于仿冒主用戶攻擊中。
[0015]優(yōu)選地，所述根據(jù)所述信源的個(gè)數(shù)判斷該信道是否為被攻擊包括:若信源的個(gè)數(shù)η=1,則:
[0016](I)先判斷該信道是否處于被占用狀態(tài)，若ΛΡ/ ( ε，則該信道為被占用狀態(tài)；
[0017]該式中
【權(quán)利要求】
1.認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)基于模仿主用戶攻擊的干擾估計(jì)方法，其特征在于:包括:信任次用戶接收信道功率，利用信道功率檢測認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中的任意一個(gè)信道是否被占用，將信道占用狀態(tài)和信道功率發(fā)送給簇頭；簇頭判斷被占用的信道是否為被攻擊；估計(jì)被攻擊信道的干擾能量分布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)基于模仿主用戶攻擊的干擾估計(jì)方法，其特征在于:所述利用信道功率檢測認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中的任意一個(gè)信道是否被占用，包括:若該信道上存在Prt-T1 O ,則確定該信道為疑似主用戶占用,其中Tni為干擾門限，Pa為第k個(gè)信任次用戶接收到的信道r的信道功率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)基于模仿主用戶攻擊的干擾估計(jì)方法，其特征在于:所述簇頭判斷被占用的信道是否為被攻擊，包括: 簇頭根據(jù)各用戶發(fā)送來的各用戶判斷的信道占用情況判斷該信道是否占用； 簇頭獲取被占用信道的信源的個(gè)數(shù)，根據(jù)所述信源的個(gè)數(shù)判斷該信道是否為被攻擊。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)基于模仿主用戶攻擊的干擾估計(jì)方法，其特征在于:所述簇頭根據(jù)各用戶發(fā)送來的各用戶判斷的信道占用情況判斷該信道是否占用包括:如果有用戶認(rèn)為信道為疑似主用戶占用，則認(rèn)為該信道被占用，如果所有用戶都認(rèn)為信道未被占用，則信道為空閑狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)基于模仿主用戶攻擊的干擾估計(jì)方法，其特征在于:所述簇頭獲取被占用信道的信源的個(gè)數(shù)采用蓋氏圓半徑法。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)基于模仿主用戶攻擊的干擾估計(jì)方法，其特征在于:所述根據(jù)所述信源的個(gè)數(shù)判斷該信道是否為被攻擊包括:若信源的個(gè)數(shù)η > 2，則該信道處于仿冒主用戶攻擊中。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)基于模仿主用戶攻擊的干擾估計(jì)方法，其特征在于:所述根據(jù)所述信源的個(gè)數(shù)判斷該信道是否為被攻擊包括:若信源的個(gè)數(shù)η=1，則: (1)先判斷該信道是否處于被占用狀態(tài)，若ΛΡ/ ε，則該信道為被占用狀態(tài)；其中，
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)基于模仿主用戶攻擊的干擾估計(jì)方法，其特征在于:所述估計(jì)被攻擊信道的干擾能量分布包括估計(jì)該信道惡意用戶的坐標(biāo)和發(fā)射功率，具體包括:.303 — 1A、估計(jì)出各信源在陣列天線I處的波達(dá)角
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)基于模仿主用戶攻擊的干擾估計(jì)方法，其特征在于:對干擾能量分布進(jìn)行修正，包括:均勻設(shè)置多個(gè)傳感器，計(jì)算傳感器位置處的接收功率誤差值，對誤差值采用插值方法，計(jì)算相鄰傳感器位置之間的誤差修正值，對所述信道惡意用戶坐標(biāo)的發(fā)射功率進(jìn)行修正。
【文檔編號】H04B17/00GK103746756SQ201410005815
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月6日
【發(fā)明者】李方偉, 馮德俊, 朱江, 李立, 余航, 馬安君 申請人:重慶郵電大學(xué)