认知无线电网络基于模仿主用户攻击的干扰估计方法
【专利摘要】本发明涉及认知无线电频谱管理和安全【技术领域】，特别涉及认知无线电网络基于模仿主用户攻击的干扰估计方法，包括：信任次用户接收信道功率，利用信道功率检测认知无线电网络中的任意一个信道是否被占用，将信道占用状态和信道功率发送给簇头；簇头判断被占用的信道是否为被攻击；估计被攻击信道的干扰能量分布；本发明认知用户通过感知周围的无线电环境，来检测信道中是否有恶意用户及估计恶意用户的干扰能量分布，进一步建立干扰态势图，将主用户能量和恶意用户能量分离，既可以得出只体现恶意用户干扰能量分布，又可以与频谱空洞检测手段相结合得出准确的频谱态势图。
【专利说明】认知无线电网络基于模仿主用户攻击的干扰估计方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及认知无线电频谱管理和安全【技术领域】，特别涉及认知无线电网络基于模仿主用户攻击的干扰估计方法，通过对信源身份的识别及干扰能量的估计，构建恶意用户的干扰态势。
【背景技术】
[0002]随着科学技术的发展，频谱资源日益紧张，但目前的频谱管理方式是即使授权用户(也称主用户，Primary User，简称I3U)未使用授权频段时，非授权用户(也称信任次用户，Secondary User,简称SU)也不能使用该频段,这种情况又极大地降低了频谱的利用率。为了解决这个矛盾，人们提出了认知无线电(Cognitive Radio,简称CR)技术一非授权用户通过频谱感知算法感知到空闲的频段，在不影响授权用户通信的前提下充分利用频谱资源。本方法中所提到的信任次用户均为可信任用户，即信任次用户发送给簇头的一切数据均是真实数据或根据真实数据计算所得，未经过任何恶意修改。
[0003]但是，在频谱接入过程中，也引入了一些新的安全问题。比如:仿冒主用户攻击(Primary User Emulation Attack,简称 PUEA),即恶意用户(Malicious User,简称 MU)发送模仿主用户信号的信号，误导信任次用户以为是主用户在发送信号，从而判断信道被主用户占用，而不能使用该信道。
[0004]目前针对PUEA的研究，主要集中在单个信任次用户如何检测攻击，而没有从大范围的角度分析攻击的影响，及制定相应的应对方案。例如针对仿冒主用户攻击，现有文献提出的抗攻击研究均是在收发端加入一些匹配算法，如HASH函数、主用户能量指纹等，来避免仿冒攻击影响信任次用户正确判断信道是否空闲。这些方法基本上保证了对所有空闲信道的支配权，但是对于存在恶意用户的信道，如果信道分配中心对其干扰态势不加区分地分配给信任次用户，那么干扰范围内的信任次用户即使获得了该信道，仍然会因为干扰过大而不能安全地使用信道，从而降低了认知网络通信的安全性。
[0005]一方面，在研究如何检测攻击是否存在的同时，研究攻击能量的分布情况同样对频谱感知安全有重要意义。另一方面，如何系统地、可靠地挖掘出网络中可用频谱空洞，是实现认知无线电技术的关键之一，频谱态势图是指认知无线电中形象、直观地呈现频谱空洞的“频谱地图”，现有一些文献研究无攻击的频谱态势图，那么存在模仿主用户攻击的时候，这种态势图因为不能区分主用户和恶意用户的能量，而使系统失去了对仿冒攻击的信道的支配权，降低了系统容量。
【发明内容】
[0006]为解决以上技术问题，本发明提出认知无线电网络基于模仿主用户攻击的干扰估计方法。
[0007]本发明认知无线电网络基于模仿主用户攻击的干扰估计方法，包括:信任次用户接收信道功率，利用信道功率检测认知无线电网络中的任意一个信道是否被占用，将信道占用状态和信道功率发送给簇头；簇头判断被占用的信道是否为被攻击；估计被攻击信道的干扰能量分布。
[0008]优选地，所述利用信道功率检测认知无线电网络中的任意一个信道是否被占用，包括:若该信道上存在PA-Tm〈 O，则确定该信道为疑似主用户占用，其中Tm为干扰门限，Prk为第k个信任次用户接收到的信道r的信道功率。
[0009]优选地，所述簇头判断被占用的信道是否为被攻击，包括:
[0010]簇头根据各用户发送来的各用户判断的信道占用情况判断该信道是否占用；
[0011]簇头获取被占用信道的信源的个数，根据所述信源的个数判断该信道是否为被攻击。
[0012]优选地，所述簇头根据各用户发送来的各用户判断的信道占用情况判断该信道是否占用包括:如果有用户认为信道为疑似主用户占用，则认为该信道被占用，如果所有用户都认为信道未被占用，则信道为空闲状态。
[0013]优选地，所述簇头获取被占用信道的信源的个数采用盖氏圆半径法。
[0014]优选地，所述根据所述信源的个数判断该信道是否为被攻击包括:若信源的个数n ^ 2，则该信道处于仿冒主用户攻击中。
[0015]优选地，所述根据所述信源的个数判断该信道是否为被攻击包括:若信源的个数η=1,则:
[0016](I)先判断该信道是否处于被占用状态，若ΛΡ/ ( ε，则该信道为被占用状态；
[0017]该式中
【权利要求】
1.认知无线电网络基于模仿主用户攻击的干扰估计方法，其特征在于:包括:信任次用户接收信道功率，利用信道功率检测认知无线电网络中的任意一个信道是否被占用，将信道占用状态和信道功率发送给簇头；簇头判断被占用的信道是否为被攻击；估计被攻击信道的干扰能量分布。
2.根据权利要求1所述认知无线电网络基于模仿主用户攻击的干扰估计方法，其特征在于:所述利用信道功率检测认知无线电网络中的任意一个信道是否被占用，包括:若该信道上存在Prt-T1 O ,则确定该信道为疑似主用户占用,其中Tni为干扰门限，Pa为第k个信任次用户接收到的信道r的信道功率。
3.根据权利要求1所述认知无线电网络基于模仿主用户攻击的干扰估计方法，其特征在于:所述簇头判断被占用的信道是否为被攻击，包括: 簇头根据各用户发送来的各用户判断的信道占用情况判断该信道是否占用； 簇头获取被占用信道的信源的个数，根据所述信源的个数判断该信道是否为被攻击。
4.根据权利要求3所述认知无线电网络基于模仿主用户攻击的干扰估计方法，其特征在于:所述簇头根据各用户发送来的各用户判断的信道占用情况判断该信道是否占用包括:如果有用户认为信道为疑似主用户占用，则认为该信道被占用，如果所有用户都认为信道未被占用，则信道为空闲状态。
5.根据权利要求3所述认知无线电网络基于模仿主用户攻击的干扰估计方法，其特征在于:所述簇头获取被占用信道的信源的个数采用盖氏圆半径法。
6.根据权利要求3所述认知无线电网络基于模仿主用户攻击的干扰估计方法，其特征在于:所述根据所述信源的个数判断该信道是否为被攻击包括:若信源的个数η > 2，则该信道处于仿冒主用户攻击中。
7.根据权利要求3所述认知无线电网络基于模仿主用户攻击的干扰估计方法，其特征在于:所述根据所述信源的个数判断该信道是否为被攻击包括:若信源的个数η=1，则: (1)先判断该信道是否处于被占用状态，若ΛΡ/ ε，则该信道为被占用状态；其中，
8.根据权利要求1所述认知无线电网络基于模仿主用户攻击的干扰估计方法，其特征在于:所述估计被攻击信道的干扰能量分布包括估计该信道恶意用户的坐标和发射功率，具体包括:.303 — 1A、估计出各信源在阵列天线I处的波达角
9.根据权利要求8所述认知无线电网络基于模仿主用户攻击的干扰估计方法，其特征在于:对干扰能量分布进行修正，包括:均匀设置多个传感器，计算传感器位置处的接收功率误差值，对误差值采用插值方法，计算相邻传感器位置之间的误差修正值，对所述信道恶意用户坐标的发射功率进行修正。
【文档编号】H04B17/00GK103746756SQ201410005815
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2014年1月6日 优先权日:2014年1月6日
【发明者】李方伟, 冯德俊, 朱江, 李立, 余航, 马安君 申请人:重庆邮电大学