一種抗攻擊的分布式協作頻譜感知方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種抗攻擊的分布式協作頻譜感知方法，屬于認知無線電技術領域。
【背景技術】
[0002] 現代無線通信系統對頻譜資源的需求越來越大，頻譜資源的緊缺已然成為無線通 信技術發展的制約條件。然而，通過對頻譜資源的使用情況進行調查發現，某些授權頻段的 頻譜利用率極低，存在時間和空間上的閑置現象；相反，一些非授權頻段卻被過度使用。因 而，頻譜資源的緊張在很大程度上是由頻譜管理政策的不合理造成的，并非因為缺少物理 上的可用頻譜資源。
[0003] 鑒于上述問題的存在，有學者提出一種新型智能無線通信技術，即認知無線電技 術。該技術能夠實時地對需要使用的頻段進行感知，采用動態方式進行頻譜的重新分配，實 現了認知用戶對空閑頻段的重復使用，達到提高頻譜利用率的目的。實現認知無線電技術 需要建立在頻譜感知的基礎上，因而頻譜感知是一個值得研究的課題。
[0004] 認知無線電的核心技術包括頻譜感知、頻譜管理和頻譜共享。頻譜感知是實現認 知無線電的關鍵和前提，是我們現階段的研究熱點.根據參與協作感知的認知用戶個數， 頻譜感知可分為單用戶感知與多用戶協作感知，其中多用戶的協作感知相比單用戶感知 能更好的應對實際無線環境中的陰影效應及隱藏終端等問題，能有效提高頻譜檢測性能。
[0005] 現有協作感知方法大多是針對集中式網絡的，而在分布式網絡中，由于沒有融合 中心存在，集中式協作感知方法將不再適用，因此，分布式協作感知的研究十分必要。現有 的分布式協作感知方法通常默認所有認知用戶均參與協作，并且所有認知用戶以同等身份 進行狀態更新，這樣檢測性能較差以及受到惡意攻擊而發送不安全感知數據的認知用戶會 對協作感知的性能產生較壞的影響。因此，需要在分布式協作感知中采取一定機制過濾掉 檢測性能不佳的認知用戶以及對不同認知用戶的檢測性能和檢測結果的安全性進行區分。 而本發明能夠很好地解決上面的問題。
【發明內容】
[0006] 本發明目的是提供一種抗攻擊的分布式協作頻譜感知方法，該方法引入認知用戶 的選擇機制，選取較優檢測性能的認知用戶參與協作，并用信噪比與感知匹配度這兩個參 數定義認知用戶的共識度，利用共識度對認知用戶迭代更新的能量值進行加權，將不同認 知用戶的檢測性能與感知結果的安全性加以區分，降低共識度較低的認知用戶對協作感知 的影響，達到提高協作感知性能的目的。
[0007] 本發明解決其技術問題所采取的技術方案是：一種抗攻擊的分布式協作頻譜感知 方法，該方法包括如下步驟：
[0008] 步驟1 :在已知噪聲方差〇'主用戶發送功率P，認知用戶i與主用戶之間的距離 山，認知用戶i的感知路徑衰落因子1的情況下，各認知用戶依據A估計自身信 Pd-h 噪比，并與鄰居用戶共享信噪比信息，依據計算判決閾值v，將自身信噪比與v比 較，選擇出K個認知用戶參與協作頻譜感知。
[0009] 步驟2 :對篩選出的K個認知用戶進行能量檢測，得到能量檢測統計值&以及本地 判決結果民，依據
算共識度，并由式Z; (0) =W; (1) ?Y; (0)得到進行梯度 i=i 迭代的初始值Zi(0)。
[0010] 步驟3:參與協作的認知用戶依據自身狀態Yi(t)與正常鄰居節點傳來的狀態 Y, (t)，根據
新狀態，迭代更新過程一直持續到協作認知用 戶狀態值收斂到共同值A'
[0011] 步驟4:給定系統虛警概率，依據"恒虛警概率法"設定判決門限A，認知用戶將 Y與判決門限比較，依據
判決準則做出主用戶是否存在的最終 判決。
[0012] 步驟5 :認知用戶將判決結果在認知網絡中進行廣播。
[0013] 步驟6:依據判決結果，認知用戶決定是否在數據傳輸時隙使用主用戶頻段進行 通信。若認知用戶判決主用戶存在，則在數據傳輸時隙保持靜默；反之，則可以利用該頻段 進行自身的數據傳輸。同時，當認知用戶位置發生變化或認知用戶出現設備故障時，重新執 行初始化階段，即重回1，否則，下一輪檢測從2開始。
[0014] 本發明上述步驟2中的認知用戶共識度的定義，包括：
[0015] 本發明中的共識度既要能夠反映認知用戶的檢測性能，又要能夠鑒別認知用戶的 感知結果是否安全（即認知用戶是否為惡意用戶），因而其構成涉及兩個參數，即認知用 戶的信噪比和認知用戶本地感知結果與協作后的全局判決的匹配程度（簡稱為感知匹配 度），并且共識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 律。假設初始階段認知用戶的感知匹配度為1，則初始階段的共識度由認知用戶的信噪比決 定，信噪比越大則共識度越大。
[0016] 由于認知用戶的信噪比以及感知匹配度變化都會導致其共識度的改變，并且這兩 個參數分別表征認知用戶的檢測性能及感知結果的安全性，因此認知用戶檢測性能的變化 或者受到攻擊都能通過共識度體現出來，則利用共識度對信息交互階段的初始迭代值進行 加權，就能夠對不同的認知用戶加以區分，充分利用檢測性能好以及感知結果安全的認知 用戶進行協作，提高協作感知的性能。同時，當惡意用戶發動"AlwaysYes"或者"Always No"攻擊時，由于感知匹配度為0,則共識度為0,通過共識度加權也達到了對抗惡意用戶攻 擊的目的。
[0017] 有益效果：
[0018]1、本發明先進行協作認知用戶的選擇，選取檢測性能較優的節點參與協作，避免 了檢測性能較差的認知用戶拉低協作感知的整體性能。
[0019] 2、本發明引入共識度的概念，共識度由認知用戶的信噪比和感知匹配度兩個參數 決定，信噪比能夠反映認知用戶檢測性能的不同，感知匹配度可以有效鑒別認知用戶是否 為惡意用戶，因此信噪比越大、感知匹配度越高，則共識度越大。
[0020] 3、本發明利用共識度對認知用戶信息交互階段的初始迭代值進行加權，可以降低 信噪比低、感知匹配度不高的認知用戶對協作感知性能的影響，能夠有效提高系統的感知 性能。
[0021] 4、本發明充分利用檢測性能好以及感知結果安全的認知用戶進行協作，達到了對 抗惡意用戶攻擊的目的，同時能夠提高協作感知的性能。
【附圖說明】
[0022] 圖1為本發明的認知用戶的感知場景示意圖。
[0023] 圖2為本發明的方法流程圖。
【具體實施方式】
[0024] 下面結合說明書附圖對本發明創造作進一步的詳細說明。
[0025] 如圖1所示，本發明考慮的是不存在融合中心、有1個主用戶及若干認知用戶的分 布式頻譜感知場景，其中各組成部分作用包括如下：
[0026] PrimaryUser(PU):表示主用戶，又稱授權用戶，認知用戶的目的是要感知并確定 能否占用其頻譜。
[0027] CognitiveUser(⑶）：表示認知用戶，負責對主用戶PU發出的信號進行本地感 知，并且個認知用戶之間進行信息交互，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作感知方法，可分為四個階段，包括：
[0029] -、初始化階段：認知用戶i(i= 1，2, 3,…，N)估計自身接收信噪比L，然后與 鄰居用戶共享信噪比信息，再計算信噪比判決閾值V，最后將比較，判斷自己是否參 與協作：當Yv時，該認知用戶檢測性能較好，參與協作感知，反之，檢測性能較差，不參 與協作。
[0030] 二、分布式協作感知階段：假設階段1篩選出K個檢測性能較優的認知用戶參與協 作，則這K個認知用戶進入階段2的分布式協作感知，該階段分兩個步驟實現：
[0031] 步驟1 :參與協作的各認知用戶采用能量檢測算法進行本地感知，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知用戶共 識度的依據，依據式& (0) =Wl (1) ?I(0)得到迭代初始值& (0)，即t= 0時，認知用戶i 的狀態值為Zi(0)。
[0032] 步驟2 :協作認知用戶與它們的鄰居建立雙工通信鏈路，假設認知用戶間的雙工 鏈路在它們的能量收斂前不中斷，網絡中的所有認知用戶都能知道自己的鄰居節點，且認 知用戶的位置在每次頻譜感知的過程中保持不變。在t= 1，2,……時，認知用戶i與其鄰 居用戶進行信息交互并依據公式（4. 2)進行狀態值的迭代更新。當t足夠大時，所有認知 用戶的狀態值將趨于一個共同值#=4_1^.(〇)，迭代停止。各認知用戶將y與預設的判 決門限a比較，依據如下準則做出主用戶是否存在的最終判決。
[0033]
[0034] 三、廣播階段：認知用戶將判決結果在認知網絡中進行廣播。
[0035] 四、數據傳輸階段：如果認知用戶判決主用戶存在，則在數據傳輸時隙保持靜默； 反之，則認知用戶可以利用該頻段進行自身的數據傳輸。注意到，初始化階段估計得到的 信噪比與認知用戶和主用戶間的距離及認知用戶的路徑衰落因子等因素有關，因此，為了 更好的適應動態無線環境，一旦認知用戶的