一種抗攻擊的分布式協(xié)作頻譜感知方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種抗攻擊的分布式協(xié)作頻譜感知方法，屬于認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)代無(wú)線通信系統(tǒng)對(duì)頻譜資源的需求越來(lái)越大，頻譜資源的緊缺已然成為無(wú)線通 信技術(shù)發(fā)展的制約條件。然而，通過(guò)對(duì)頻譜資源的使用情況進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，某些授權(quán)頻段的 頻譜利用率極低，存在時(shí)間和空間上的閑置現(xiàn)象；相反，一些非授權(quán)頻段卻被過(guò)度使用。因 而，頻譜資源的緊張?jiān)诤艽蟪潭壬鲜怯深l譜管理政策的不合理造成的，并非因?yàn)槿鄙傥锢?上的可用頻譜資源。
[0003] 鑒于上述問(wèn)題的存在，有學(xué)者提出一種新型智能無(wú)線通信技術(shù)，即認(rèn)知無(wú)線電技 術(shù)。該技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)地對(duì)需要使用的頻段進(jìn)行感知，采用動(dòng)態(tài)方式進(jìn)行頻譜的重新分配，實(shí) 現(xiàn)了認(rèn)知用戶對(duì)空閑頻段的重復(fù)使用，達(dá)到提高頻譜利用率的目的。實(shí)現(xiàn)認(rèn)知無(wú)線電技術(shù) 需要建立在頻譜感知的基礎(chǔ)上，因而頻譜感知是一個(gè)值得研究的課題。
[0004] 認(rèn)知無(wú)線電的核心技術(shù)包括頻譜感知、頻譜管理和頻譜共享。頻譜感知是實(shí)現(xiàn)認(rèn) 知無(wú)線電的關(guān)鍵和前提，是我們現(xiàn)階段的研究熱點(diǎn).根據(jù)參與協(xié)作感知的認(rèn)知用戶個(gè)數(shù)， 頻譜感知可分為單用戶感知與多用戶協(xié)作感知，其中多用戶的協(xié)作感知相比單用戶感知 能更好的應(yīng)對(duì)實(shí)際無(wú)線環(huán)境中的陰影效應(yīng)及隱藏終端等問(wèn)題，能有效提高頻譜檢測(cè)性能。
[0005] 現(xiàn)有協(xié)作感知方法大多是針對(duì)集中式網(wǎng)絡(luò)的，而在分布式網(wǎng)絡(luò)中，由于沒(méi)有融合 中心存在，集中式協(xié)作感知方法將不再適用，因此，分布式協(xié)作感知的研究十分必要?，F(xiàn)有 的分布式協(xié)作感知方法通常默認(rèn)所有認(rèn)知用戶均參與協(xié)作，并且所有認(rèn)知用戶以同等身份 進(jìn)行狀態(tài)更新，這樣檢測(cè)性能較差以及受到惡意攻擊而發(fā)送不安全感知數(shù)據(jù)的認(rèn)知用戶會(huì) 對(duì)協(xié)作感知的性能產(chǎn)生較壞的影響。因此，需要在分布式協(xié)作感知中采取一定機(jī)制過(guò)濾掉 檢測(cè)性能不佳的認(rèn)知用戶以及對(duì)不同認(rèn)知用戶的檢測(cè)性能和檢測(cè)結(jié)果的安全性進(jìn)行區(qū)分。 而本發(fā)明能夠很好地解決上面的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明目的是提供一種抗攻擊的分布式協(xié)作頻譜感知方法，該方法引入認(rèn)知用戶 的選擇機(jī)制，選取較優(yōu)檢測(cè)性能的認(rèn)知用戶參與協(xié)作，并用信噪比與感知匹配度這兩個(gè)參 數(shù)定義認(rèn)知用戶的共識(shí)度，利用共識(shí)度對(duì)認(rèn)知用戶迭代更新的能量值進(jìn)行加權(quán)，將不同認(rèn) 知用戶的檢測(cè)性能與感知結(jié)果的安全性加以區(qū)分，降低共識(shí)度較低的認(rèn)知用戶對(duì)協(xié)作感知 的影響，達(dá)到提高協(xié)作感知性能的目的。
[0007] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是：一種抗攻擊的分布式協(xié)作頻譜感知 方法，該方法包括如下步驟：
[0008] 步驟1 :在已知噪聲方差〇'主用戶發(fā)送功率P，認(rèn)知用戶i與主用戶之間的距離 山，認(rèn)知用戶i的感知路徑衰落因子1的情況下，各認(rèn)知用戶依據(jù)A估計(jì)自身信 Pd-h 噪比，并與鄰居用戶共享信噪比信息，依據(jù)計(jì)算判決閾值v，將自身信噪比與v比 較，選擇出K個(gè)認(rèn)知用戶參與協(xié)作頻譜感知。
[0009] 步驟2 :對(duì)篩選出的K個(gè)認(rèn)知用戶進(jìn)行能量檢測(cè)，得到能量檢測(cè)統(tǒng)計(jì)值&以及本地 判決結(jié)果民，依據(jù)
算共識(shí)度，并由式Z; (0) =W; (1) ?Y; (0)得到進(jìn)行梯度 i=i 迭代的初始值Zi(0)。
[0010] 步驟3:參與協(xié)作的認(rèn)知用戶依據(jù)自身狀態(tài)Yi(t)與正常鄰居節(jié)點(diǎn)傳來(lái)的狀態(tài) Y, (t)，根據(jù)
新?tīng)顟B(tài)，迭代更新過(guò)程一直持續(xù)到協(xié)作認(rèn)知用 戶狀態(tài)值收斂到共同值A(chǔ)'
[0011] 步驟4:給定系統(tǒng)虛警概率，依據(jù)"恒虛警概率法"設(shè)定判決門限A，認(rèn)知用戶將 Y與判決門限比較，依據(jù)
判決準(zhǔn)則做出主用戶是否存在的最終 判決。
[0012] 步驟5 :認(rèn)知用戶將判決結(jié)果在認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行廣播。
[0013] 步驟6:依據(jù)判決結(jié)果，認(rèn)知用戶決定是否在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)隙使用主用戶頻段進(jìn)行 通信。若認(rèn)知用戶判決主用戶存在，則在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)隙保持靜默；反之，則可以利用該頻段 進(jìn)行自身的數(shù)據(jù)傳輸。同時(shí)，當(dāng)認(rèn)知用戶位置發(fā)生變化或認(rèn)知用戶出現(xiàn)設(shè)備故障時(shí)，重新執(zhí) 行初始化階段，即重回1，否則，下一輪檢測(cè)從2開(kāi)始。
[0014] 本發(fā)明上述步驟2中的認(rèn)知用戶共識(shí)度的定義，包括：
[0015] 本發(fā)明中的共識(shí)度既要能夠反映認(rèn)知用戶的檢測(cè)性能，又要能夠鑒別認(rèn)知用戶的 感知結(jié)果是否安全（即認(rèn)知用戶是否為惡意用戶），因而其構(gòu)成涉及兩個(gè)參數(shù)，即認(rèn)知用 戶的信噪比和認(rèn)知用戶本地感知結(jié)果與協(xié)作后的全局判決的匹配程度（簡(jiǎn)稱為感知匹配 度），并且共識(shí)度的定義要能符合隨著信噪比增大而增大，隨著感知匹配度增大而增大的規(guī) 律。假設(shè)初始階段認(rèn)知用戶的感知匹配度為1，則初始階段的共識(shí)度由認(rèn)知用戶的信噪比決 定，信噪比越大則共識(shí)度越大。
[0016] 由于認(rèn)知用戶的信噪比以及感知匹配度變化都會(huì)導(dǎo)致其共識(shí)度的改變，并且這兩 個(gè)參數(shù)分別表征認(rèn)知用戶的檢測(cè)性能及感知結(jié)果的安全性，因此認(rèn)知用戶檢測(cè)性能的變化 或者受到攻擊都能通過(guò)共識(shí)度體現(xiàn)出來(lái)，則利用共識(shí)度對(duì)信息交互階段的初始迭代值進(jìn)行 加權(quán)，就能夠?qū)Σ煌恼J(rèn)知用戶加以區(qū)分，充分利用檢測(cè)性能好以及感知結(jié)果安全的認(rèn)知 用戶進(jìn)行協(xié)作，提高協(xié)作感知的性能。同時(shí)，當(dāng)惡意用戶發(fā)動(dòng)"AlwaysYes"或者"Always No"攻擊時(shí)，由于感知匹配度為0,則共識(shí)度為0,通過(guò)共識(shí)度加權(quán)也達(dá)到了對(duì)抗惡意用戶攻 擊的目的。
[0017] 有益效果：
[0018]1、本發(fā)明先進(jìn)行協(xié)作認(rèn)知用戶的選擇，選取檢測(cè)性能較優(yōu)的節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作，避免 了檢測(cè)性能較差的認(rèn)知用戶拉低協(xié)作感知的整體性能。
[0019] 2、本發(fā)明引入共識(shí)度的概念，共識(shí)度由認(rèn)知用戶的信噪比和感知匹配度兩個(gè)參數(shù) 決定，信噪比能夠反映認(rèn)知用戶檢測(cè)性能的不同，感知匹配度可以有效鑒別認(rèn)知用戶是否 為惡意用戶，因此信噪比越大、感知匹配度越高，則共識(shí)度越大。
[0020] 3、本發(fā)明利用共識(shí)度對(duì)認(rèn)知用戶信息交互階段的初始迭代值進(jìn)行加權(quán)，可以降低 信噪比低、感知匹配度不高的認(rèn)知用戶對(duì)協(xié)作感知性能的影響，能夠有效提高系統(tǒng)的感知 性能。
[0021] 4、本發(fā)明充分利用檢測(cè)性能好以及感知結(jié)果安全的認(rèn)知用戶進(jìn)行協(xié)作，達(dá)到了對(duì) 抗惡意用戶攻擊的目的，同時(shí)能夠提高協(xié)作感知的性能。
【附圖說(shuō)明】
[0022] 圖1為本發(fā)明的認(rèn)知用戶的感知場(chǎng)景示意圖。
[0023] 圖2為本發(fā)明的方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面結(jié)合說(shuō)明書附圖對(duì)本發(fā)明創(chuàng)造作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0025] 如圖1所示，本發(fā)明考慮的是不存在融合中心、有1個(gè)主用戶及若干認(rèn)知用戶的分 布式頻譜感知場(chǎng)景，其中各組成部分作用包括如下：
[0026] PrimaryUser(PU):表示主用戶，又稱授權(quán)用戶，認(rèn)知用戶的目的是要感知并確定 能否占用其頻譜。
[0027] CognitiveUser(⑶）：表示認(rèn)知用戶，負(fù)責(zé)對(duì)主用戶PU發(fā)出的信號(hào)進(jìn)行本地感 知，并且個(gè)認(rèn)知用戶之間進(jìn)行信息交互，并做出主用戶是否存在的最終判決。
[0028] 如圖2所示的一種抗攻擊的分布式協(xié)作感知方法，可分為四個(gè)階段，包括：
[0029] -、初始化階段：認(rèn)知用戶i(i= 1，2, 3,…，N)估計(jì)自身接收信噪比L，然后與 鄰居用戶共享信噪比信息，再計(jì)算信噪比判決閾值V，最后將比較，判斷自己是否參 與協(xié)作：當(dāng)Yv時(shí)，該認(rèn)知用戶檢測(cè)性能較好，參與協(xié)作感知，反之，檢測(cè)性能較差，不參 與協(xié)作。
[0030] 二、分布式協(xié)作感知階段：假設(shè)階段1篩選出K個(gè)檢測(cè)性能較優(yōu)的認(rèn)知用戶參與協(xié) 作，則這K個(gè)認(rèn)知用戶進(jìn)入階段2的分布式協(xié)作感知，該階段分兩個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)：
[0031] 步驟1 :參與協(xié)作的各認(rèn)知用戶采用能量檢測(cè)算法進(jìn)行本地感知，得到主用戶是 否存在的本地判決民備用，L與階段1獲得的Yi將作為每次頻譜感知中更新認(rèn)知用戶共 識(shí)度的依據(jù)，依據(jù)式& (0) =Wl (1) ?I(0)得到迭代初始值& (0)，即t= 0時(shí)，認(rèn)知用戶i 的狀態(tài)值為Zi(0)。
[0032] 步驟2 :協(xié)作認(rèn)知用戶與它們的鄰居建立雙工通信鏈路，假設(shè)認(rèn)知用戶間的雙工 鏈路在它們的能量收斂前不中斷，網(wǎng)絡(luò)中的所有認(rèn)知用戶都能知道自己的鄰居節(jié)點(diǎn)，且認(rèn) 知用戶的位置在每次頻譜感知的過(guò)程中保持不變。在t= 1，2,……時(shí)，認(rèn)知用戶i與其鄰 居用戶進(jìn)行信息交互并依據(jù)公式（4. 2)進(jìn)行狀態(tài)值的迭代更新。當(dāng)t足夠大時(shí)，所有認(rèn)知 用戶的狀態(tài)值將趨于一個(gè)共同值#=4_1^.(〇)，迭代停止。各認(rèn)知用戶將y與預(yù)設(shè)的判 決門限a比較，依據(jù)如下準(zhǔn)則做出主用戶是否存在的最終判決。
[0033]
[0034] 三、廣播階段：認(rèn)知用戶將判決結(jié)果在認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行廣播。
[0035] 四、數(shù)據(jù)傳輸階段：如果認(rèn)知用戶判決主用戶存在，則在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)隙保持靜默； 反之，則認(rèn)知用戶可以利用該頻段進(jìn)行自身的數(shù)據(jù)傳輸。注意到，初始化階段估計(jì)得到的 信噪比與認(rèn)知用戶和主用戶間的距離及認(rèn)知用戶的路徑衰落因子等因素有關(guān)，因此，為了 更好的適應(yīng)動(dòng)態(tài)無(wú)線環(huán)境，一旦認(rèn)知用戶的