[发明专利]一种缓减主用户仿真攻击影响的方法

说明书

技术领域

本发明专利属于认知无线电安全领域，涉及一种在相关阴影衰落和主用户相关发射信号下，减轻漏检主用户仿真攻击对合作频谱感知性能影响的方法。

背景技术

认知无线电(Cognitive Radio)技术能有效利用频谱资源，缓解当前频谱资源稀缺而频谱利用率低下的情况，其使得具备认知功能的无线电用户能够智能的感知周围环境中频谱资源的使用情况，并发现未被主用户(Primary User)使用的“频谱空洞”，在不影响主用户通信的前提下，以伺机方式接入这些“频谱空洞”完成通信。

认知无线电技术在努力实现频谱资源高效利用的同时，也引入了很多特有的安全威胁，比如物理层的主用户仿真攻击，即使感知频带未被主用户占用，但是由于主用户仿真攻击者通过在具有高度灵活性、基于软件实现空中接口模仿主用户信号特征发送信号，使得认知无线电用户感知到较强的主用户信号，那么它的感知结果将做出相应频带已被主用户占用的判决，从而降低了频谱利用率。

基于能量的频谱检测技术有实现简单、对主用户信号需要先验信息最少的特点，在独立同分布信号场景下有着广泛的应用；但是能量检测无法区分出主用户信号和噪声，在信噪比比较低时检测性能较差，以及受环境噪声的不确定度影响等等。通过增加采样点数可以在一定程度上改善能量检测的性能，但是当用户的采样信噪比(Signal-to-Noise Ratio, SNR)达到某个门限，也称为SNR Wall，无论怎样增加采样点数也不可能检测到主用户信号；正是因为能量检测这一局限性的存在，才促成了合作频谱感知技术的发展。

合作频谱感知通过多个认知无线电用户合作采用能量检测进行频谱感知来提高感知性能，以减小单个从用户感知结果的不确定性，从而达到更好的感知性能。然而在能量检测合作频谱感知中，主用户仿真攻击者会模仿主用户信号特征发射信号，使得距离相近的认知用户从攻击者接收到的能量和从主用户发射机接收到的能量相同，从而达到攻击多个认知无线电用户的目的。因此这些可能被漏检主用户仿真攻击者攻击的认知无线电用户的感知结果并不能提高整个合作频谱感知的性能。

另外，在大多数实际应用场景中，单个认知无线电用户的接收采样信号具有比较强的自相关性；同时由于阴影衰落的位置相关性，多个认知无线电用户的接收采样信号之间具有比较强的互相关性，因此，采用能量检测方法不是最优的。而基于接收采样信号协方差矩阵最大、最小特征值(Maximum-minimum eigenvalue，MME)的检测方法由于和能量检测技术有同样优点，而且对噪声不敏感，适合检测相关信号，有着更为广泛的应用场景。

发明内容

本发明针对在位置相关阴影衰落和相关发射信号的实际场景下，提出一种基于位置相关性的合作用户选择和基于合作用户接收采样信号协方差最大、最小特征值的检测方法，以达到减轻漏检主用户仿真攻击对合作频谱感知性能的影响的目的。本发明通过所述的方法选择空间上相对分散的认知无线电用户参与合作频谱感知，并采用MME的检测方法来减少漏检主用户仿真攻击对合作频谱感知性能的影响。

本发明中，认知无线电用户独立采样目标频段得到本地感知结果，数据融合中心收集各个认知无线电用户的本地感知结果并对这些感知结果进行融合，并根据融合结果做出主用户是否占用频谱的判决，得到合作感知的判决结果。数据融合中心和各个认知无线电用户通过控制信道进行消息交互，认知无线电用户利用控制信道发送本地感知结果和相关控制信息，数据融合中心利用控制信道选择合作感知用户、发送合作感知的判决结果和相关控制信息。

本发明中，数据融合中心采用传统二元假设模型，H₀表示当前所检测的目标频段没有被主用户占用的假设，H₁表示为当前所检测的目标频段正在被主用户使用的假设。数据融合中心对频谱使用情况的判决，就是判断当前是H₀假设成立还是H₁假设成立。数据融合中心对频谱使用情况的判决采用基于随机矩阵理论的最大特征值分布定理和最小特征值门限定理，在固定虚警概率下，求出最佳判决门限。