惡意環(huán)境下合作頻譜感知節(jié)點(diǎn)選擇機(jī)制研究.pdf

1、認(rèn)知無線電是一個(gè)革命性的概念，它可以提高頻譜資源的利用率。在認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中，合作頻譜感知可以有效提高頻譜檢測(cè)性能，它可以克服單個(gè)用戶由于自身硬件條件不足或者所處無線環(huán)境較為惡劣等因素造成的頻譜感知不準(zhǔn)確。在合作頻譜感知中，多個(gè)節(jié)點(diǎn)通過交換信息來提高頻譜感知整體檢測(cè)性能，但當(dāng)參與合作頻譜感知的節(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)目并不能顯著提高整體檢測(cè)性能，反而會(huì)造成較多的能量消耗與傳輸時(shí)延。因此在滿足檢測(cè)性能要求的基礎(chǔ)上應(yīng)當(dāng)減少合作節(jié)

2、點(diǎn)數(shù)目，這就需要選擇在某些性能指標(biāo)上最優(yōu)的節(jié)點(diǎn)參與合作頻譜感知。
　　參與合作的節(jié)點(diǎn)中可能存在惡意節(jié)點(diǎn)，它們?cè)诤献鞯倪^程中會(huì)發(fā)送篡改后的數(shù)據(jù)以達(dá)到破壞網(wǎng)絡(luò)或者獨(dú)享頻譜資源的目的，因此在節(jié)點(diǎn)選擇過程中需要防止選擇惡意節(jié)點(diǎn)。此外當(dāng)感知節(jié)點(diǎn)距離較近時(shí)，感知結(jié)果存在相關(guān)性，這將削弱空間多樣性帶來的性能增益，因此需要選擇相互之間相關(guān)性最小的節(jié)點(diǎn)集參與合作頻譜感知。本文從可靠性以及相關(guān)性兩個(gè)方面考慮節(jié)點(diǎn)選擇問題并做出了以下三個(gè)方面的貢獻(xiàn)。

3、r>　　本文首先從可靠性方面考慮節(jié)點(diǎn)選擇問題，即考慮如何選擇誠實(shí)用戶參與合作頻譜感知。已有學(xué)者證明惡意用戶可以通過合作獲得更好的攻擊性能，因此這一部分首先研究惡意用戶的合作攻擊行為，然后考慮如何在節(jié)點(diǎn)選擇過程中剔除合作攻擊用戶。本文提出一種新的合作攻擊模型并將其稱之為平衡合作攻擊。我們證明平衡合作攻擊用戶可以在攻擊的同時(shí)模擬正常用戶的統(tǒng)計(jì)特性，例如檢測(cè)概率與虛警概率等。此時(shí)平衡合作攻擊可以通過許多已有安全機(jī)制的檢測(cè)并且可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能造成

4、較大破壞。
　　我們針對(duì)平衡合作攻擊提出一種異常檢測(cè)算法。我們通過理論分析發(fā)現(xiàn)平衡合作攻擊節(jié)點(diǎn)的報(bào)告之間具有最高的相似性，因此提出基于相似度的異常檢測(cè)算法。該算法的思想是剔除那些和其它節(jié)點(diǎn)具有異常相似度的用戶。仿真結(jié)果表明所提算法可以在較短時(shí)間內(nèi)剔除平衡合作攻擊節(jié)點(diǎn)，并且將正常用戶誤認(rèn)為攻擊用戶的概率很低，因此所提算法可以很容易地和已有算法相結(jié)合以同時(shí)檢測(cè)獨(dú)立攻擊與平衡合作攻擊。
　　最后本文從可靠性以及相關(guān)性兩方面綜合考慮

5、節(jié)點(diǎn)選擇問題。在這一部分我們對(duì)前文提出的基于相似度的異常檢測(cè)算法進(jìn)行了改進(jìn)以適應(yīng)相關(guān)性環(huán)境，并利用改進(jìn)后的算法提出了一種健壯的節(jié)點(diǎn)選擇機(jī)制。當(dāng)感知結(jié)果存在相關(guān)性并且網(wǎng)絡(luò)中同時(shí)存在合作攻擊與獨(dú)立攻擊時(shí)，該機(jī)制可以有效選擇出可靠并且相關(guān)性較小的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行合作頻譜感知。我們首先利用基于節(jié)點(diǎn)相似度的迭代算法剔除大部分合作攻擊用戶，然后利用一個(gè)設(shè)計(jì)良好的代價(jià)矩陣從剩余節(jié)點(diǎn)中選擇出一定數(shù)目可靠且具有較小相關(guān)性的節(jié)點(diǎn)，該代價(jià)矩陣消除了獨(dú)立攻擊用戶以及一