[发明专利]一种抵抗感知数据错误化攻击的安全合作频谱感知方法

摘要

本发明公布了一种抵抗感知数据错误化攻击的安全合作频谱感知方法。现有技术中虽然基于传统的信誉度的方法已能进行有效抵抗感知数据错误化攻击，但对于概率型攻击的问题效果仍不佳。本发明能在认知无线电网络中利用信誉度来反映认知无线电用户的服务品质，减轻不可信用户的攻击对合作频谱感知性能影响的安全合作频谱感知。本发明方法不需要获得主用户的先验信息，具有较强的通用性和易实施性；通过选择不同的遗忘因子计算信誉度，真实及时地反映认知无线电用户的服务品质，能适应复杂多变的无线环境；能有效地减轻深衰落用户对合作感知性能的影响，有效地抵抗恶意用户AlwaysYes、AlwaysNo及概率型攻击对合作感知性能的影响。

主权项

1.一种抵抗感知数据错误化攻击的安全合作频谱感知方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤(1)认知无线电用户感知目标频带使用情况，具体方法：在一次感知过程中，各认知无线电用户采用现有的能量检测技术独立地感知目标频带上主用户的信号能量，得到本地感知结果Y_j，其中下标j表示第j个认知无线电用户；Yj=Σi=1N[nj(i)]2H0Σi=1N[sj(i)+nj(i)]2H1---(1)]]>其中s_j(i)表示在一次感知过程中，第j个认知无线电用户在第i次采样时得到的主用户信号能量值，n_j(i)表示在一次感知过程中，第j个认知无线电用户在第i次采样主用户信号时的噪声，N表示认知无线电用户执行一次感知所需的采样次数；1≤i≤N，1≤j≤J，N≥15，J表示参与合作感知的认知无线电用户的数量；步骤(2)认知无线电用户在得到本地感知结果Y_j后，根据认知无线电用户类型对本地感知结果Y_j进行处理，得到感知结果Y′_j，并通过控制信道发送感知结果Y′_j至数据融合中心，具体方法：若认知无线电用户为正常用户，Y′_j＝Y_j；若认知无线电用户为Always No类型攻击者，则进行本地判决，本地判决结果为Y_j≥γ_j时Y′_j＝Y_j-Δ，本地判决结果为Y_j＜γ_j时Y′_j＝Y_j；若认知无线电用户为Always Yes类型攻击者，则进行本地判决，本地判决结果为Y_j＜γ_j时Y′_j＝Y_j+Δ，本地判决结果为Y_j≥γ_j时Y′_j＝Y_j；若认知无线电用户为概率型攻击者，则以概率P_a决定是否发起攻击，若发起攻击，则进行本地判决，本地判决结果为Y_j≥γ_j时Y′_j＝Y_j-Δ，本地判决结果为Y_j＜γ_j时Y′_j＝Y_j+Δ，若不发起攻击，则不进行本地判决，Y′_j＝Y_j；在进行相应的处理后，各认知无线电用户将感知结果Y′_j发送至融合中心；其中γ_j为认知无线电用户判决主用户是否占用频谱的判决门限经验值，Δ是攻击强度，Δ＜γ_j，概率P_a是一个常数；步骤(3)数据融合中心在收到各认知无线电用户发送的感知结果Y′_j后，对接收到的感知结果Y′_j进行融合，并利用融合的结果对频谱使用情况进行判决，具体方法：a、数据融合中心在接收到各认知无线电用户的感知结果Y′_j后，计算每个用户的信誉度和信誉度方差，具体计算方法：第j个认知无线电用户的在第l次融合时的信誉度R_j(l)为：Rj(l)=Mj(l)+1Mj(l)+⫬Mj(l)+2---(2)]]>第j个认知无线电用户的在第l次融合时的信誉度方差Var_j(l)为：Varj(l)=(Mj(l)+1)×(⫬Mj(l)+1)(Mj(l)+⫬Mj(l)+2)2×(Mj(l)+⫬Mj(l)+3)---(3)]]>其中M_j(l)和是服务品质因子，根据服务信息存储器中存储的服务信息计算得到的；若当前融合过程为第1次融合，即l＝1，服务信息存储器上也未存储任何信息时，Mj(l)=⫬Mj(l)=0;]]>若服务信息存储器未满，即l＜L时，Mj(l)=Σl′=1lrj(l′)exp(-ηj(l-l′)),l<L,]]>⫬Mj(l)=Σl′=1l(1-rj(l′))exp(-ηj(l-l′)),l<L;]]>若服务信息存储器存满，即l≥L时，Mj(l)=Σl′=l-L+1l(1-rj(l′))exp(-ηj(l-l′)),l≥L,]]>⫬Mj(l)=Σl′=l-L+1l(1-rj(l′))exp(-ηj(l-l′)),l≥L.]]>其中l′是中间变量；η_j是遗忘因子，η_j∈{η₁，η₂}，η₁和η₂是两个常数，并满足0＜η₁＜η₂＜1，η_j的初值为η₁；exp(·)为指数函数；得到信誉度R_j(l)和信誉度方差Var_j(l)的值后，分别存储信誉度R_j(l)和信誉度方差Var_j(l)到相应的信誉度存储器和信誉度方差存储器中；b、当l≥2L时，数据融合中心计算各认知无线电用户的信誉度的变化和信誉度方差的变化；具体方法是：第j个认知无线电用户的在第l次融合时的信誉度变化ΔR_j(l)为：ΔR_j(l)＝R_j(l)-R_j(l-[|(lnξ)/η_j|])                    (4)第j个认知无线电用户的在第l次融合时的信誉度方差变化ΔVar_j(l)为：ΔVar_j(l)＝Var_j(l)+Var_j(l-[|(lnξ)/η_j|])              (5)其中ξ为事件影响因子，0＜ξ＜0.1，(lnξ)/η_j＜L/2；||是绝对值运算，[]是取整运算；当l＜2L时不执行步骤b，直接跳转至步骤d；c、数据融合中心比较各认知无线电用户的信誉度变化和信誉度方差变化并决定是否改变遗忘因子；具体方法：若则改变遗忘因子η_j，令η_j＝η₂；若在此后的[|(lnξ)/η_j|]次的融合判决过程中都有则令η_j＝η₁；其中ρ是数据融合中心判决认知无线电用户为攻击者的敏感程度，ρ∈{1，2，3}；d、数据融合中心将各认知无线电用户的信誉度进行归一化计算，得到各认知无线电用户的权重系数，具体方法：第j个认知无线电用户的在第l次融合时的权重系数w_j(l)为：wj(l)=Rj(l)Σj=1JRj(l)---(6)]]>e、数据融合中心对各认知无线电用户发送的感知结果Y′_j进行线性加权融合，融合结果为V，具体是V=Σj=1Jwj(l)Yj′---(7)]]>步骤(4)数据融合中心按照基于Neyman-Pearson最佳检测理论的判决方法，计算判决门限并作出频谱是否被占用的判决；f、数据融合中心计算判决门限γ_c，具体方法：γc=Q-1(Qf)×2NΣj=1Jwj(l)2σj4+NΣj=1Jwj(l)σj2---(8)]]>其中Q_f是系统给定的虚警概率，Q^-1是数学统计领域常用的函数Q函数的反函数，Q函数的具体函数形式为是第j个认知无线电用户的感知信道噪声方差；g、数据融合中心比较融合结果V和判决门限γ_c，并作出频谱是否被占用的判决，具体方法：当V≥γ_c时，数据融合中心作出目标频带被主用户占用的判决；当V＜γ_c时，数据融合中心作出目标频带未被主用户占用的判决；h、数据融合中心依据各认知无线电用户发送的感知结果Y′_j和频谱判决结果评价认知无线电用户所提供的服务情况，并按照存储规则将服务情况存储到服务信息存储器上；具体方法：当Y′_j≥V≥γ_c或Y′_j＜V＜γ_c时，数据融合中心认为第j个认知无线电用户提供了一次好的服务，记录r_j(l)＝1到服务信息存储器上；否则数据融合中心认为第j个认知无线电用户提供了一次不好的服务，记录r_j(l)＝0到服务信息存储器上。