认知无线网络中的分布式可信频谱协作感知方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无线通信技术的安全领域，特别是一种认知无线网络中的分布式可信 频谱协作感知方法。
【背景技术】
[0002] 无线网络与通信的飞速发展使得频谱需求不断增加，认知无线电技术作为一种有 效的频谱管理方法被引入无线网络和通信中，并形成了一个新的研究领域，即认知无线网 络（CognitiveRadioNetwork，CRN)。CRN利用频谱管理对频谱资源进行合理动态协调，最 终大大提升频谱资源的利用率。
[0003]CRN中，对目标频谱进行有效、准确、安全的感知是实现CRN广泛应用的前提非授 权用户又称次用户对某个频段状态的检测，发现没有授权用户和其他次用户的占用时，便 可以接入使用。同时当授权用户出现时，要能够及时退出，避免对授权用户的通信造成干 扰。经研究表明协作频谱感知能大大提高感知准确性，但也带来了新的安全挑战，比如频谱 感知数据篡改（spectrumsensingdatafalsification，SSDF)攻击，同时激励次用户反馈 真实的信息，将博弈论引入了协作频谱感知中成为的近年研究的热点，提高协作频谱感知 的有效性、准确性和可信性。
[0004] 针对这些问题，有学者提出以下方案：基于博弈论的经济学原理，建立有效地激 励机制给出回报函数和惩罚函数，选择一个最优价格迅速促进系统达到平衡状态，基于进 化模型激励参与者给出对决策有价值的信息。在不完全信息的条件下，还有方案是基于信 任基础的VCG-Kelly机制，方案考虑测量每个人行动的成功回报变化来定带宽分配，并考 虑攻击和防御行为。此外还通过迭代学习算法使得系统可以收敛到一个稳定的网络状态。 利用博弈论中的VCG机制设计能以激励的措施使得网络节点给出说真话。以往的方法都可 以较好激励次用户反馈真实的信息，但是对于内部合谋欺骗及对可靠的协作频谱感知次用 户的选择存在着不足。
[0005] 因此，针对CRN协作频谱感知过程中面临的安全威胁，设计符合CRN的特点，能够 提供有效地、安全地、可靠地分布式协作频谱感知方法已成为本领域技术人员亟待解决的 技术课题。
【发明内容】
[0006] 有鉴于此，本发明的目的是提供一种认知无线网络中的分布式可信频谱协作感知 方法，该方法基于VCG机制能实现激励次用户说真话，及信誉机制建立一个可信的网络环 境等优点，提出了一种内部合谋攻击并能选择可靠协作频谱感知次用户的方法。
[0007] 本发明采用以下方案实现：一种认知无线网络中的分布式可信频谱协作感知方 法，包括以下步骤：
[0008] 步骤S1 :复数个次用户qG{1，2,…，y}作为请求者向邻居次用户广播协作频谱 感知请求报告，请求对方提供他们的感知结果；所述次用户为非授权用户；
[0009] 步骤S2:任意邻居次用户收到请求报告后，选择是否进行协作频谱感知并反馈感 知结果给所述次用户q;所述次用户q收集协作信息，并记录发送协信息的协作次用户集合 为?，遍历?中的协作次用户d是否在本地数据库中与其有交互记录，如果有则计算协作 次用户的直接信誉度值；否则对协作次用户采用自适应初始化信誉值；其中愿意提供协作 信息给次用户的邻居次用户为协作次用户，所述协作次用户dG? ;
[0010] 步骤S3 :所述协作次用户d的可信度的阈值下限为t，可信度的阈值上限为小2; 若协作次用户d的直接信誉度值或自适应初始化信誉值小于，则删除协作次用户集合 ?中的该协作次用户d;若协作次用户d的直接信誉度值或自适应初始化信誉值大于小2， 则将该协作次用户d作为可信次用户，直接将其直接信誉度值或自适应初始化信誉值作为 综合信誉值；若协作次用户d的直接信誉度值或自适应初始化信誉值介于（^和巾2之间， 则次用户q向邻居次用户i广播对协作次用户d的信誉推荐请求，邻居次用户i查询本地 数据库中协作次用户d的信誉度值Rld，并启动VCG机制向次用户q反馈推荐信息Vl (Rld);
[0011] 步骤S4 :次用户q接收到邻居次用户i反馈的所有推荐信息后，计算综合推荐信 誉值；
[0012] 步骤S5 :次用户q将所述步骤S4中得出的综合推荐信誉值作为权值代入到数据 融合过程中，做出决策，并进行信誉值更新。
[0013] 进一步地，所述步骤S1中任意次用户都能可作为请求者，并假设协作频谱感知能 在一个感知周期里面完成，其中所述协作频谱感知包括所述请求者最后做出决策判断感知 频段是否是空闲。
[0014] 进一步地，所述步骤S2中计算协作次用户d的直接信誉度值采用以下公式：
[0015]
[0016] 其中，Tn表示第n个时段，每个时段可分为m个感知周期大小，^表示到1；时 段为止，总的发生交互的感知周期个数；为到Tn为止，总的回复正确感知报告的感知 周期个数；其中P(Tt) &是到Tn时段为止历史交互次数密度，表示交互次数分布的 影响系数。
[0017] 进一步地，所述步骤S2中若本地数据库中没有协作次用户d与发出请求的次用户 q间的交互记录，则根据实时的网络环境，采用以下公式计算得到自适应初始信誉值：
[0018]
[0019] 其中G表示请求者经过交互发现的所有协作次用户中的可能的合谋次用户个 数，Wr,所有协作次用户的个数。
[0020] 进一步地，所述步骤S3中当协作次用户的直接信誉度值或自适应初始化信誉值 介于（^和巾2之间时，次用户q作为请求者向邻居次用户i发送推荐信誉请求，邻居次用 户则启动VCG机制，向次用户反馈推荐信息，具体包括以下步骤：
[0021] 步骤S31 :构建信誉估值函数<:由于协作次用户d会遭受到请求者认为是合谋攻 击的次用户降低其信任值的风险，则推荐信誉值是一种成本，即所述< 为邻居次用户i作为 推荐者为对协作次用户d愿意付出所述成本的推荐意愿；
[0022] 步骤S32 :构建请求者支付函数p1:由于推荐会给推荐者造成损失，则请求者会在 最终决策后对推荐者进行支付作为收益；
[0023] 步骤S33:构建效益函数为：-乃(?);
[0024] 步骤S34:证明每个理性的邻居次用户，都会参与基于VCG机制的推荐信誉机制当 中，使自己获益；
[0025] 步骤S35:证明每个邻居次用户讲真话，即当邻居次用户给出真实的推荐信誉值 Rld时，可得到自身的效益将比给虚假的推荐值C得到的效益高。
[0026] 进一步地，所述步骤S4中采用以下公式计算综合推荐信誉值：
[0027]
[0028] 其中a，0分别为请求者自身的信任值和推荐者综合信誉值的权重，且a+0 = 1，a彡 〇, 0 彡 0〇
[0029] 进一步地，所述步骤S5中次用户进行协作频谱感知做出决策，判断是否考察频段 的状态是空闲，采用如下公式：
[0030]
[0031]其中P乂为lDq请求s频段时，其他邻居次用户发送感知报告的融合结果；statei 为IDi次用户感知到频段s的状态，state{0, 1}，1代表空闲，0代表忙碌；
[0032] 得到朽丨后，计算决策K;
[0033]
[0034] 其中0 G，表示相信现在频谱s状态忙碌，0 =1，表示相信现在频谱s状态空 闲。
[0035] 与现有技术相比，本发明运算量适中，实现简单，充分考虑了时间和移动性的影 响，非常适合认知无线网络的应用场景，具有以下有益效果：
[0036]a)本发明提出了一种分布式的频谱感知方法，实现了对频谱的分布式感知，避免 了基础设施带来的限制，减少了由集中式安全机制和可信第三方所面临的安全威胁带来的 影响；
[0037]b)本发明提出了一种新的基于VCG机制的推荐激励策略，防止了共谋攻击对推荐 信息的影响，保证了推荐信息和推荐用户的可靠性，同时也保证了用户信誉度评估的准确 性和有效性；
[0038]c)本发明提出了一种初始信誉值的动态分配和信誉值的动态更新的方法，提高信 誉度计算和更新的准确性和有效性，更符合CRN的特点；
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