[发明专利]认知无线网络中基于关系匹配的频谱感知数据检测方法

说明书

本发明公开了一种认知无线网络中基于关系匹配的频谱感知数据检测方法，包括以下步骤：(1)建立关系匹配数据库：根据实际物理环境划分区域；获得各划分区域的能量置信区间和判决门限；建立划分区域与置信区间的关系数据库；(2)利用关系数据库进行频谱感知数据检测：系统初始化；感知用户协商；感知用户上报数据；融合中心搜寻数据库；进行关系匹配；感知数据正常与否判决；剔除恶意用户数据；各划分域内判决；感知结果最终判决。本发明通过关系匹配及时发现频谱感知数据的恶意篡改，保证感知数据的准确性。此外，对不同的划分区域根据测试时环境差异采取不同的判决门限，充分考虑到实际物理环境的差异，具有较强的实用性。

技术领域

本发明属于通信技术领域，尤其涉及一种认知无线网络中基于关系匹配的频谱感知数据检测方法。

背景技术

认知无线网络技术通过为次级用户提供接入空闲授权频谱的机会来提高授权频段的利用率，缓解频谱资源短缺危机。而次级用户接入频谱的首要条件是通过频谱感知来确定授权频段的使用状态，准确可靠的频谱感知数据是确定感知频段是否可用的必要前提。为了解决由于多径和阴影引起的单用户感知不准确的问题，多个认知用户进行协作频谱感知已经得到了广泛的关注。然而恶意攻击者可能会参与协作频谱感知过程，对频谱感知数据进行各种自私、恶意的篡改，即频谱感知数据篡改(Spectrum Sensing DataFalsification，SSDF)攻击，攻击者可以利用SSDF攻击，干扰其他用户的决策，甚至影响主用户的通信。协作频谱感知过程中，如何保证感知数据的准确性、如何对恶意攻击进行有效防御，是亟待解决的问题。由于无线信号随传输距离衰减，即使对同一授权频段，不同位置次级用户感知数据存在差异，因此不能用统一门限来确定主用户信号的存在性。一个解决方法是次级用户可以同时提交感知数据和位置信息，这样将会极大的提高感知数据的准确性。重庆邮电大学专利“分布式认知无线网络对抗篡改感知数据攻击的方法和装置”(申请号：CN201410850190.6授权公告号：CN104618908A)中公开了一种分布式认知无线网络对抗篡改感知数据攻击的方法。该专利主要包括：A、次用户感知主用户信号能量；B、次用户与邻居节点交互本地感知信息并根据邻居节点的感知状态值计算邻居节点的综合信任度；C、次用户依据邻居节点的综合信任度加权的一致性方案对感知状态值进行迭代直到所有节点的状态值达到收敛；D、次用户将收敛的状态值与检测门限进行比较，判断当前信道是否被主用户占用。该专利所述技术可以对恶意的频谱感知数据篡改行为进行检测，但存在的不足：首先，需要邻居节点之间进行交互，周期较长，且对多个攻击者之间的合谋攻击防御性较差；其次，虽然通过邻居节点交互最后得到收敛值与门限进行比较，但该门限设置是全局相同的，这样设置是不合适的，不合符实际的物理环境，比如在一个学校的生活区、教学区和操场等地方，噪声的大小是不一样的，所以不同区域的比较门限应该不一样；最后，其模型假设主用户和次级用户都固定不动，这样不是很符合实际的应用环境，如在认知车载网络中，次级用户是一直移动的。S.Bhattacharjee等人在其论文“Association rule miningfor detection of colluding SSDF attack in Cognitive Radio Networks”(IEEEICCCI,2016,pp.1-6)中给出了一种在协作频谱感知中基于Apriori算法的合谋SSDF攻击的检测方案，该方法使用使用数据之间的关联规则，首先通过Apriori算法确定频繁项集，后续利用合谋攻击之间上报感知数据之间的关联性来检测合谋攻击。W.Wang等人在其论文”Secure cooperative spectrum sensing and access against intelligent maliciousbehaviors”(IEEE INFOCOM,2014,pp.1267-1275)中针对攻击者根据目标函数和预防策略来智能改变攻击方式的行为，提出了一种principal-agent架构，并与频谱感知和频谱接入机制相结合来防御自私、恶意节点发起的SSDF攻击。以上文献中提出的方法都可以对频谱感知过程中的恶意数据篡改行为进行防御，但存在一定的不足，首先，算法实现过程比较复杂，开销较大；其次就是没有考虑到实际的物理环境随着区域变化的不同，判决同样使用的是全局统一门限，若实际物理环境差异较大，将会出现较大的误判，最终造成可用频谱资源的浪费，甚至干扰授权主用户的正常通信；模型假设同样是认为主用户和次级用户都是固定不动的。