一种基于信噪干扰比的多通道功率分配方法与流程

本发明涉及利用博弈论和非线性规划方法，针对系统存在拒绝服务攻击时，确定基于信噪干扰比的多通道功率分配方法。

背景技术：

随着科技的发展，无线通讯网络被广泛的应用于数据的传输。然而，由于无线网络的应用，使得系统极易受到对手的攻击。所以，网络安全问题在无线网络通讯中占有重要的地位。此外，由于需要传输的数据量较大，需要通过多个通道同时传输。如果此时考虑存在网络攻击的情况，为了更好的保证传输安全，需要考虑每个通道功率分配的问题。

对于存在网络攻击的功率分配问题，防守方的目的是在总功率有限的情况下，保证尽可能多的数据能够安全传输；而攻击方的目的是尽可能的阻断数据的传输，并且尽可能多的消耗系统能量。因此，该问题可以采用博弈论的方法来解决。然而，如果博弈双方采取行动策略有先有后，而且双方所知的信息是不完全的，这时候如何选择最优的策略需要进一步的深入研究。

本发明提出了一种基于stackelberg博弈和非线性优化的方法，解决了系统存在拒绝服务攻击时的多通道功率问题。

技术实现要素：

本发明目的在于提出一种系统存在拒绝服务攻击时，如何针对多通道进行功率分配的问题。本发明的技术方案实施如下：

(1)建立多通道传输和攻击模型；

(2)针对不完全信息博弈情况，为攻防双方选择合适的回报函数；

(3)通过求解非线性优化问题，设计博弈双方的最优策略。

本发明的优势在于：

适用于解决存在网络攻击时的功率分配问题，具有很高的应用价值。此外，本发明还能够解决存在不完全信息情况下攻防双方的博弈问题，为攻防双方的策略选择问题提供了相应的解决方法。

具体实施方式

为使本发明的技术实施方案更加清楚明白，以下给出具体的实施方式：

(1)建立多通道传输和攻击模型

假设所有通道存在独立加性高斯白噪声，由于干扰存在，数据包可能会丢失。因此，可以下面的采用信噪比来描述该情况：

其中，m为通道的个数；σ0为背景噪声水平；λi为分配到第i个通道的传输功率；αi为防守方第i个通道的增益。

如果考虑传输通道受到对手的拒绝服务攻击，则采用下面的信噪干扰比来描述：

其中，θi为攻击方分配到第i个通道的攻击功率；βi为攻击方第i个通道的增益。

(2)针对不完全信息博弈情况，为攻防双方选择合适的回报函数

情况一：假设防守方仅仅知道攻击是否存在的概率，而不是准确的知道是否存在。也就是说，用户仅仅知道环境中存在白噪声的概率为γ，而存在网络攻击的概率为1-γ。所以，攻防双方可以选择如下的回报函数：

其中，和分别为攻防双方消耗的总功率。定义如下攻防双方的策略集合：

情况二：以上的分析假设攻防双方已知对方的总功率，如果防守方仅仅以概率γi知道攻击方的总功率那么需要定义如下的攻防双方回报函数：

因此，攻击者的策略集变为

(3)通过求解非线性优化问题，设计博弈双方的最优策略

情况一：定义则和分别为攻防双方的最优策略，并且可以通过求解下面的非线性优化问题得到：

假设有l个通道防守方分配的功率不为零，并且定义则上面的优化问题等价于

其中，

假设给定防守方的策略λ，那么攻击方的最优策略为：

其中，可以通过求解下面的方程得到

值得注意的是，为了设计攻击方的最优策略，需要先计算然而，这不是一个简单的任务，可以采用下面的算法求解。

考虑到那么防守方的最优策略可以通过求解下面的非线性优化问题得到：

其中，该非线性优化问题可通过智能优化算法求解，比如基于惩罚函数的遗传算法、免疫算法、差分进化算法等。得到防守方的最优策略后，带入到(12)式可以得到攻击方的最优策略。

情况二：定义则防守方的最优策略可以通过求解下面的非线性优化问题得到：

通过求解上面的优化问题，得到防守方的最优策略λ以后，通过计算下面的优化问题可以得到攻击方的最优策略：

该优化问题的解可以通过优化控制理论的kkt条件给出：

其中，可以通过求解下面的等式方程得出：

需要指出的是，方程(18)也可以采用和算法1相同的计算方法求解。