合作頻譜感知中的惡意用戶檢測機(jī)制研究與分析.pdf

1、隨著無線通信需求的增長，固定的頻譜分配政策已經(jīng)不能滿足需求，迫切需要解決頻譜資源緊缺的問題。認(rèn)知無線電（Cognitive Radio,CR）是一種智能無線電技術(shù)，可以感知無線電環(huán)境的變化，并實(shí)時(shí)切換頻段，實(shí)現(xiàn)和主用戶（Primary User, PU）共享頻譜而不會(huì)對(duì)其造成干擾。CR通過識(shí)別空閑頻譜，實(shí)現(xiàn)授權(quán)頻段的二次利用，有望解決頻譜利用率低的問題。
　　頻譜感知是CR中最重要的一步，為了提高頻譜感知性能，避免單個(gè)CR節(jié)點(diǎn)感知

2、能力有限的缺陷，通常選擇多節(jié)點(diǎn)合作感知，而且，研究表明，合作頻譜感知（Cooperative Spectrum Sensing,CSS）的檢測性能隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)目的增加而提高，但是，當(dāng)感知節(jié)點(diǎn)達(dá)到一定數(shù)目時(shí)，進(jìn)一步增加節(jié)點(diǎn)數(shù)目已經(jīng)不能提高整體感知性能。反而會(huì)引入新的安全問題，主要包括惡意用戶對(duì)認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)（Cognitive RadioNetwork,CRN）的攻擊，常見的有感知數(shù)據(jù)篡改攻擊（Spectrum Sensing Data F

3、alsification,SSDF），惡意用戶（Malicious User,MU）通過發(fā)送錯(cuò)誤的感知結(jié)果至融合中心（Fusion Center,FC），從而破壞頻譜感知的真實(shí)性，導(dǎo)致FC做出錯(cuò)誤的判決，空閑頻譜沒有得到有效的使用。無論是集中式合作頻譜感知還是分布式合作頻譜感知，SSDF攻擊均能造成極大的影響，因此，研究SSDF攻擊的防御方案具有重要意義。為了能夠準(zhǔn)確檢測主用戶信號(hào)的狀態(tài)，提高認(rèn)知無線電的檢測性能。目前，一些研究提出SS

4、DF攻擊的防御方法，主要是基于信任度的安全合作頻譜感知方法，根據(jù)節(jié)點(diǎn)以往的感知結(jié)果，分配相應(yīng)的權(quán)值，削弱惡意節(jié)點(diǎn)對(duì)合作頻譜感知的影響，在一定程度上，可以抑制MU的攻擊，但是，當(dāng)MU的攻擊方式是智能攻擊，該方案的實(shí)現(xiàn)效果不佳，而且會(huì)把感知能力弱的節(jié)點(diǎn)錯(cuò)當(dāng)成MU而被剔除。
　　針對(duì)SSDF攻擊提出MU檢測方法，由于以往的惡意攻擊防御機(jī)制主要是根據(jù)感知數(shù)據(jù)的異常值檢測來判斷MU，需要知道MU的先驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，而且計(jì)算復(fù)雜度高，本文提出基于漢明

5、距離檢測（Hamming Distance Detection,HDC）MU，不僅減少時(shí)間復(fù)雜度，而且不需要知道惡意節(jié)點(diǎn)的數(shù)量和攻擊方式，相比以往的惡意用戶檢測方案，該方法的檢測性能更有效?？紤]到頻譜狀態(tài)符合馬爾科夫特性，以及PU的移動(dòng)性，將隱馬爾科夫模型（Hidden Markov Models,HMM）引入到MU的檢測中，通過比較MU和誠實(shí)用戶（Honest User,HU）的HMM參數(shù)的不同來檢測MU。本文主要研究內(nèi)容如下：

6、>　　1．根據(jù)MU的攻擊特征，提出HDC檢測方法，由于HU和MU的感知結(jié)果差異比較大，可以判斷出哪些是惡意節(jié)點(diǎn)，在后面的數(shù)據(jù)融合過程中，排除惡意節(jié)點(diǎn)的錯(cuò)誤感知結(jié)果，從而提高全局檢測概率。研究結(jié)果表明，該方法優(yōu)于以往基于異常值檢測方法，能夠有效檢測出MU，阻止其干擾FC的判決。
　　2．考慮到PU的移動(dòng)性，基于信譽(yù)度的安全合作頻譜感方法不適合移動(dòng)場景，以往的研究沒有考慮認(rèn)知節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性，因此，當(dāng)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)處在路徑衰減嚴(yán)重的位置時(shí)，它會(huì)