認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中基于h無(wú)窮濾波理論的協(xié)作頻譜感知方法
【專利摘要】一種認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中基于H無(wú)窮濾波理論的協(xié)作頻譜感知方法，步驟如下：針對(duì)認(rèn)知用戶進(jìn)行本地頻譜檢測(cè)，然后將感知數(shù)據(jù)及本地感知結(jié)果發(fā)送給數(shù)據(jù)融合中心；數(shù)據(jù)融合中心根據(jù)每個(gè)認(rèn)知用戶發(fā)送來(lái)的感知數(shù)據(jù)構(gòu)建信道增益的狀態(tài)空間模型，并使用H無(wú)窮濾波方法估計(jì)每個(gè)認(rèn)知用戶對(duì)應(yīng)的信道陰影衰落增益的變化情況；利用每個(gè)認(rèn)知用戶對(duì)應(yīng)的信道陰影衰落增益估計(jì)值計(jì)算測(cè)試統(tǒng)計(jì)量；將該測(cè)試統(tǒng)計(jì)量與給定的閾值比較，確定哪些認(rèn)知用戶存在拜占庭式網(wǎng)絡(luò)攻擊行為；將存在攻擊行為的認(rèn)知用戶數(shù)據(jù)和本地感知結(jié)果在數(shù)據(jù)融合中心進(jìn)行刪除；數(shù)據(jù)融合中心利用或(OR)融合準(zhǔn)則對(duì)認(rèn)知用戶的本地頻譜感知結(jié)果進(jìn)行決策融合，得到協(xié)作頻譜感知結(jié)果。本方法能夠更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)授權(quán)用戶的協(xié)作頻譜感知。
【專利說(shuō)明】認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中基于H無(wú)窮濾波理論的協(xié)作頻譜感知方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)作頻譜感知方法，該方法基于H無(wú)窮 濾波理論，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)授權(quán)用戶的頻譜檢測(cè)，而且可以有效識(shí)別和消除認(rèn)知用戶中的 拜占庭式攻擊。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著世界學(xué)者對(duì)于認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)的廣泛研究，認(rèn)知無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)以其對(duì)于頻譜 資源的智能化高效利用，將逐漸成為未來(lái)通信技術(shù)發(fā)展的主要方向。由于為了能夠?yàn)闊o(wú)線 通信設(shè)備和新的通信業(yè)務(wù)智能高效地分配日益緊張的頻譜資源，認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的認(rèn)知用 戶必須能夠協(xié)作地對(duì)無(wú)線通信系統(tǒng)進(jìn)行頻譜感知，以找到空閑的信道。因此，協(xié)作頻譜感知 是未來(lái)認(rèn)知無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的核心和關(guān)鍵技術(shù)之一。
[0003] 協(xié)作頻譜感知技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，是通過(guò)大量的認(rèn)知用戶對(duì)認(rèn)知無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中的授權(quán) 用戶進(jìn)行頻譜檢測(cè)，然后，將檢測(cè)數(shù)據(jù)或結(jié)果發(fā)送給附近的數(shù)據(jù)融合中心（可以由基站負(fù) 責(zé)）。數(shù)據(jù)融合中心通過(guò)分析各個(gè)認(rèn)知用戶傳來(lái)的頻譜感知報(bào)告，最終做出是否存在空閑信 道的決策。如果認(rèn)知用戶向數(shù)據(jù)融合中心發(fā)送的是頻譜感知數(shù)據(jù)（通常為感知信號(hào)強(qiáng)度）， 則數(shù)據(jù)融合中心不僅可以做出頻譜感知的最終決策，也可以進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析，以實(shí)現(xiàn) 對(duì)授權(quán)用戶的定位或是對(duì)存在攻擊行為認(rèn)知用戶的識(shí)別等功能；相反，如果認(rèn)知用戶發(fā)出 的是本地頻譜感知結(jié)果，則數(shù)據(jù)融合中心只能完成對(duì)頻譜的最終檢測(cè)。為了增強(qiáng)協(xié)作頻譜 感知的功能，本發(fā)明屬于前一種方法。
[0004] 已有的協(xié)作頻譜感知方法雖然可以實(shí)現(xiàn)對(duì)某一頻段的頻譜檢測(cè)，但其頻譜感知性 能容易受到認(rèn)知用戶中拜占庭式網(wǎng)絡(luò)攻擊的影響。當(dāng)個(gè)別認(rèn)知用戶向數(shù)據(jù)融合中心發(fā)起拜 占庭式網(wǎng)絡(luò)攻擊時(shí)，其報(bào)告的本地頻譜感知數(shù)據(jù)將會(huì)嚴(yán)重影響數(shù)據(jù)融合中心對(duì)頻譜資源使 用情況的分析。因此，必須使用一種對(duì)拜占庭式攻擊具有較高魯棒性的協(xié)作頻譜感知方法 來(lái)識(shí)別和消除這種攻擊，進(jìn)而才能得到更為準(zhǔn)確的頻譜感知結(jié)果。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本文提出一種基于H無(wú)窮濾波理論的協(xié)作頻譜感知方法，該方法可以應(yīng)用于認(rèn)知 無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)線通信系統(tǒng)的頻譜感知以及對(duì)拜占庭式網(wǎng)絡(luò)攻擊的識(shí)別和消 除。
[0006] 本發(fā)明的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0007] 認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中基于H無(wú)窮濾波理論的協(xié)作頻譜感知方法，具體步驟如下：
[0008] (1)認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中R個(gè)認(rèn)知用戶進(jìn)行本地頻譜檢測(cè)：
[0009] 認(rèn)知用戶通過(guò)天線接收某一頻段內(nèi)的無(wú)線信號(hào)。因此，第r個(gè)認(rèn)知用戶對(duì)應(yīng)的基 帶等效離散時(shí)間接收信號(hào)可以表示為：
[0010]

【權(quán)利要求】
1.認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中基于H無(wú)窮濾波理論的協(xié)作頻譜感知方法，其特征在于，具體步驟 如下： (1) 認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中R個(gè)認(rèn)知用戶進(jìn)行本地頻譜檢測(cè)： 認(rèn)知用戶通過(guò)天線接收某一頻段內(nèi)的無(wú)線信號(hào)。因此，第1個(gè)認(rèn)知用戶對(duì)應(yīng)的基帶等 效離散時(shí)間接收信號(hào)可以表示為： xr [n] = s [n] +vr [n], n = 1, 2,. . . , M 式中s[n]表示授權(quán)用戶經(jīng)過(guò)信道傳輸?shù)臒o(wú)線信號(hào)采樣值，vjn]表示相應(yīng)的噪聲采樣 值，M為接收信號(hào)的采樣點(diǎn)數(shù)； 對(duì)于每一個(gè)認(rèn)知用戶，計(jì)算其接收信號(hào)的對(duì)應(yīng)的功率譜估計(jì)值Xjn]:
式中，U為Xjn]的均值。進(jìn)而，可以計(jì)算得到非高斯性測(cè)度測(cè)試統(tǒng)計(jì)量盡=芯； 根據(jù)給定的虛警概率Pf，通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)可以得到頻譜檢測(cè)閾值t。將測(cè)試統(tǒng)計(jì)量^與 檢測(cè)閾值t進(jìn)行比較，如果Tx大于I，說(shuō)明授權(quán)用戶信號(hào)存在，反之，表明授權(quán)用戶不存 在。至此，每個(gè)認(rèn)知用戶都可以計(jì)算得到相應(yīng)的本地頻譜檢測(cè)結(jié)果{化，r = 1，2,. . .，R}。比 =1表示第r個(gè)認(rèn)知用戶檢測(cè)到授權(quán)用戶存在；隊(duì)=0表示第r個(gè)認(rèn)知用戶檢測(cè)到授權(quán)用 戶不存在。然后，每個(gè)認(rèn)知用戶將感知數(shù)據(jù)（即，接收信號(hào)強(qiáng)度）和本地檢測(cè)結(jié)果發(fā)送給數(shù) 據(jù)融合中心； (2) 數(shù)據(jù)融合中心根據(jù)每個(gè)認(rèn)知用戶發(fā)送來(lái)的感知數(shù)據(jù)，建立信道增益的狀態(tài)空間模 型： 假設(shè)第r個(gè)認(rèn)知用戶發(fā)送來(lái)的N個(gè)時(shí)刻的感知信號(hào)強(qiáng)度表示為： Pr[n] = P〇+ y 101og(d〇)- y 101og(dr[n])+hr[n]+wr[n], n = 1, 2,. . . , N ； 式中，Y表示無(wú)線信道的路徑衰落系數(shù)，屯為參考距離，Pc為參考距離屯對(duì)應(yīng)的接收 信號(hào)強(qiáng)度，d,[n]為時(shí)刻n第r個(gè)認(rèn)知用戶與授權(quán)用戶之間的距離，h,[n]表示時(shí)刻n第r個(gè) 認(rèn)知用戶與授權(quán)用戶之間的信道陰影衰落增益，wjn]表示環(huán)境噪聲。該方程也可以稱為是 信道陰影衰落增益的觀測(cè)方程； 假設(shè)信道陰影衰落增益的狀態(tài)變化可以用一階自回歸模型來(lái)表示，即 hr [n] = ahr [n_l] +vr [n]，n = 1，2, ? ? ?，N ; 式中，a為模型系數(shù)，\[n]為模型驅(qū)動(dòng)噪聲。至此，以上兩個(gè)公式給出了第r個(gè)認(rèn)知用 戶與授權(quán)用戶之間的信道陰影衰落增益的狀態(tài)空間模型； (3) 根據(jù)步驟（2)中建立的信道陰影衰落增益的狀態(tài)空間模型，利用如下H無(wú)窮濾波準(zhǔn) 貝U，對(duì)hjn]進(jìn)行迭代估計(jì)
式中，/1[?]為信道陰影衰落增益hjn]的估計(jì)值，GbO, W>0, V>0, Y為給定的噪聲 水平界限。上述H無(wú)窮濾波等價(jià)于如下所示極小極大優(yōu)化問(wèn)題
通過(guò)求解該優(yōu)化問(wèn)題，可以得到信道陰影衰落增益的迭代估計(jì)為： hr[n] = ah, [n -1] + H[n]\Pr[n] - P0 -il01og(^0) -il01og(<[?]) - h, [n -1]" 式中 H[n] = aP[n] (V+P[n]r，Pin] = [ap-iW+V-ira+Wr-Y-2 ; (4) 對(duì)于認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的R個(gè)認(rèn)知用戶，數(shù)據(jù)融合中心通過(guò)估計(jì)得到的每個(gè)認(rèn)知用 戶對(duì)應(yīng)的信道陰影衰落增益在N個(gè)時(shí)刻內(nèi)的變化情況，檢測(cè)存在拜占庭攻擊行為的認(rèn) 知用戶。該檢測(cè)準(zhǔn)則對(duì)應(yīng)的信道陰影衰落增益變化測(cè)試量為 TA={jhr[n]-hr[n-l]^-\hr[n-l]-h r[n-2]|' j 通過(guò)該準(zhǔn)則可以看出，TA反應(yīng)了信道陰影衰落增益在短時(shí)間內(nèi)的變化程度。由于實(shí)際 的信道在短時(shí)間內(nèi)陰影衰落增益不會(huì)產(chǎn)生較大的突變，因此當(dāng)TA大于給定閾值時(shí)，則認(rèn)定 第r個(gè)認(rèn)知用戶存在拜占庭攻擊行為，該閾值可以通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)獲得； (5) 在數(shù)據(jù)融合中心，將存在拜占庭式攻擊行為的認(rèn)知用戶對(duì)應(yīng)的本地頻譜感知結(jié)果 進(jìn)行刪除； (6) 在數(shù)據(jù)融合中心，根據(jù)步驟（3)中的H無(wú)窮濾波結(jié)果以及步驟（4)中的認(rèn)知用戶攻 擊行為的識(shí)別結(jié)果，數(shù)據(jù)融合中心對(duì)剩余的認(rèn)知用戶本地頻譜感知結(jié)果進(jìn)行或決策融合， 得到最終的授權(quán)用戶協(xié)作頻譜感知結(jié)果。
【文檔編號(hào)】H04B17/30GK104348563SQ201410682946
【公開(kāi)日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2014年11月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月23日
【發(fā)明者】景源, 馬利, 馬技, 李鵬, 楊曉峰, 李皓宇, 牛斌 申請(qǐng)人:遼寧大學(xué)