协作频谱感知安全问题研究

针对认知无线电网络中协作频谱感知中安全问题,分析了模拟"主用户"PUE和篡改感知数据SSDF两种攻击方式,重点研究了SSDF攻击下的协作频谱感知安全方案。在比较现有抗SSDF攻击方案协作感知性能的基础上,提出了基于四门限决策的改进型WSPRT。结果表明,改进型WSPRT方案相比于传统方案,具有更好的协作感知性能。     

协作频谱感知及SSDF攻击研究

认知无线电网络中,协作频谱感知技术利用多个认知用户的本地感知,克服了多径效应、阴影效应等问题的制约,提高了系统的检测性能。介绍了典型的协作感知系统模型,对本地感知和融合判决这两个关键要素进行了分析,给出了单节点检测与协作感知时的ROC曲线及性能比较。介绍了频谱感知数据篡改攻击、分类以及目前对该攻击的研究现状,针对可能出现的攻击情况,进行了理论分析和仿真,仿真结果表明遭受SSDF攻击后系统性能明显下降。最后总结了全文。     

认知无线电网络中安全的协作频谱检测算法

在认知无线电网络中,当认知用户存在虚假感知信息SSDF时,协作频谱感知的性能会受到巨大影响。为了确保频谱感知的鲁棒性,提出了一种基于信誉度加权序贯频谱检测算法来识别恶意用户并减轻他们造成的影响。该算法通过使用认知用户的近期感知信息计算本地信誉度函数,再综合考虑其信誉值与感知过程中表现的稳定程度以消除恶意用户对主用户的传输效率带来的影响。仿真结果表明,在恶意攻击环境下,新算法优于现有典型协作频谱感知算法。     

一种基于信誉度的协作频谱感知方法

通过序贯检测可以提高协作频谱感知的准确度,但是在具有频谱感知数据篡改（SSDF,Spectrum Sensing Data Falsification）节点的环境下,系统感知性能急剧下降。为了解决上述问题,本文提出了一种基于加权序贯检测（WSPRT,Weighted Sequential Probability Ratio Test）的频谱感知融合算法,通过给每个节点赋予信誉度权值,设置合理的信誉度奖惩方案来区分SSDF节点,从而优化系统感知性能。仿真实验表明,本文所提出的算法减小了SSDF节点带来的影响提高了系统的检测准确率和稳定性。     

基于信誉机制的认知Ad hoc网络分簇协作频谱感知

为了提高认知Ad hoc网络频谱感知的准确率,并抵抗可能存在的SSDF攻击,提出一种基于信誉机制的认知Ad hoc网络分簇协作频谱感知方法。首先,引入检测因子来描述节点的感知能力,采用基于公平性的分簇方法将SU分为不同的簇;然后,对簇内SU设定初始信誉值,并根据感知结果对信誉值进行更新;最后,采用检测因子判决机制对感知数据进行融合,并计算得出漏检概率与虚警概率上界。仿真结果表明,所提方法能有效识别恶意次用户和抵御频谱感知数据伪造攻击,同时具有较小的虚警概率、漏检概率和较好的容错能力。     

利用在线异常感知的无线电网络抗SSDF攻击协作频谱感知方案

该文提出了一种时空频率CSS框架,用于检测和跟踪CR网络中的恶意用户和异常测量。联合频谱感知和恶意用户识别问题构成优化问题,且利用固有稀疏到频谱占用和恶意用户发生。提出的方案利用在线异常感进行实时识别和跟踪,通过节点位置信息获得了改进的性能,可有效处理错过或不正确的位置信息,以及PU功率级噪声SU测量。实验结果表明,提出的方案在协作感知中能够有效克服感知数据错误化(SSDF)攻击。此外,提出的方案优于现有的较为先进的基于PCA方法,具有足够的灵活性来抵御SU网络中的各种攻击。     

一种鲁棒的协作式认知无线电频谱感知方案

在协作式认知无线电频谱感知中,恶意节点会通过向数据融合中心传送虚假的感知信息来降低整个网络的频谱感知性能.为了提高协作感知对虚假感知信息攻击的免疫力,提出一种基于加权序贯似然比检测技术的鲁棒协作式频谱感知方案.通过采用信誉记录,权值分配和多线程检测三种机制,能够做到有效判别和剔除恶意节点,提高了协作式频谱感知的鲁棒性.     

认知物联网频谱感知数据伪造攻击研究

认知物联网可以看作是＂认知无线电传感器节点的分布式网络＂,它通过在物联网中实现认知无线电技术,可以有效地解决物联网面临的频谱资源紧张等问题。文章提出了认知物联网的基本定义和体系结构,设计了频谱感知数据伪造（SSDF）攻击模型,分析了基于数据融合、基于一致性、基于SVDD算法、基于异常值检测等四种解决方案的原理与性能。     

Rayleigh信道下双门限协作频谱感知研究

频谱感知是认知无线电系统有效通信的前提,其感知速度和准确性是衡量频谱感知性能的重要指标.现有算法仅考虑理想AWGN信道下双门限协作频谱感知,应用中衰落信道下的频谱感知作深入研究,具有实际意义.为了提高频谱感知在实际应用中的可靠性,将双门限多节点协作方法用于Rayleigh衰落信道仿真检测.仿真实验表明,Rayleigh衰落信道下双门限多节点协作检测方法的可靠性优于高单门限协作检测方法,其检测结果对Rayleigh信道环境下频谱感知系统的设计具有重要参考价值.     

基于K-modes的安全算法抵御SSDF攻击

为保障频谱感知安全，针对协作频谱感知中频谱感知数据篡改攻击，在集中式认知无线电网络中提出了一种基于K-modes的安全算法抵御此类攻击。利用K-modes算法对在融合中心收集到的次用户感知报告进行分类，在识别并剔除攻击者后，最后通过低复杂度的传统投票规则获得更高的网络感知性能。通过Python仿真，分析该算法在不同条件下对攻击者的识别性能，并验证该算法比传统防御算法的检测概率提高了约37%。     

认知无线电网络中基于信任度的频谱感知技术

提出了一种在认知无线网络控制信道带宽受限条件下基于信任度的双门限协同频谱感知算法。首先每个认知用户基于双检测门限独立进行频谱感知,但只有部分可靠的认知用户通过控制信道向认知无线网络基站发送本地感知结果。当所有的用户都不可靠时,选取信任度最高的认知用户发送本地感知结果进行判决。理论分析和仿真表明,同常规能量检测算法相比较,该算法能够在控制信道带宽受限条件下,以较少的网络开销获得更好的频谱感知性能。     

基于可信度的认知无线电协同频谱检测

认知无线电中随着参与协同检测的认知用户数目的增大,频谱检测性能逐渐增强。但是过多的认知用户参与协同检测,会使整个认知无线电网络的灵敏度降低,同时也会造成巨大的系统开销。针对上述问题,提出了一种新的基于可信度的协同频谱检测方法。在满足目标错误概率的条件下,该算法只选择可信度较高的一些认知用户参与协同频谱检测。仿真结果表明当认知用户中存在恶意节点或者故障节点时,该算法同传统算法相比较,频谱检测性能更好,具有更强的健壮性。     

基于动态阈值的可信度加权协作频谱感知

为了提升受阴影衰落等因素影响下的协作频谱感知性能, 采取了一种改进的基于动态阈值和可信度相结合的协作频谱感知方法。该方法利用各认知用户的检测信噪比对检测可信度较低的认知用户进行过滤, 各认知用户根据检测信噪比设定一个适合自身的动态阈值进行能量感知, 融合中心结合各单节点感知结果和分配的传输可信度作出最终判决。仿真结果表明, 在检测信道和传输信道均受到阴影衰落等因素严重影响下, 与单纯的动态阈值协作感知和传统的可信任度协作感知方法相比, 该方法能获得较高的检测概率。     

基于位置预测的认知车联网协作频谱感知算法

针对认知车联网中由地形起伏或密集城市结构而引起的频谱感知性能低、延时大等问题,提出了一种基于位置预测的协作频谱感知算法。首先,采用能量检测法进行本地频谱感知,通过将次用户接收到的信号能量大小和预先设定的阈值进行比较,初步判定频谱是否被主用户占用。然后,利用认知车联网中车辆位置预测技术,计算车辆位置和信道状态信息,并据此设置置信值,删除置信值低的次用户。最后,在融合中心采用加入置信值的似然比融合规则得到最终判决结果。仿真结果表明,与传统算法相比,所提算法能有效提高频谱感知性能并缩短感知时间,尤其适用于对实时性要求较高的车联网系统。     

认知无线电协作频谱感知机制的优化

频谱感知的目标是在尽量避免对主用户造成干扰的条件下为感知用户提供尽可能多的频谱接入机会。由于单用户频谱检测算法的局限性,协作频谱感知被提了出来。在满足对主用户干扰限度的条件下,为了使单个授权信道的频谱感知效率达到最大,引入一种新的协作频谱感知机制,联合优化包括感知时间、传输时间、参与协作的感知用户数目在内的感知参数,并通过穷尽搜索算法得到最优解。在此基础上研究了多个授权信道情况下的频谱感知效率问题,提出了一种授权信道选择分配方案。仿真结果验证了所提方法的有效性。     

基于截断型序贯检测的协作频谱感知算法

本文针对低信噪比情况下认知用户的频谱感知需求,提出了一种基于截断型序贯检测的协作频谱感知算法。协作认知用户对接收到的信号序列进行分段处理,统计各自段内采样点能量值大于预设门限值的个数并将其作为本地检测统计量上传至融合中心,有效的减少了控制信道的开销。棣莫弗—拉普拉斯定理和中心极限定理的引入,又使得段内检测统计量近似为高斯分布,从而大大简化了后续似然比函数的理论推导和计算过程。性能分析及仿真结果表明,在目标检测性能相同的条件下,相比现有的能量检测算法,所提算法大大降低了所需的频谱感知时间。     

An Efficient Optimized Handover in Cognitive Radio Networks Using Cooperative Spectrum Sensing

Cognitive radio systems necessitate the incorporation of cooperative spectrum sensing among cognitive users to increase the reliability of detection. We have found that cooperative spectrum sensing is not only advantageous, but is also essential to avoid interference with any primary users. Interference by licensed users becomes a chief concern and issue, which affects primary as well as secondary users leading to restrictions in spectrum sensing in cognitive radios. When the number of cognitive users increases, the overheads of the systems, which are meant to report the sensing results to the common receiver, which becomes massive. When the spectrum, which is in use becomes unavailable or when the licensed user takes the allocated band, these networks have the capability of changing their operating frequencies. In addition, cognitive radio networks are seen to have the unique capability of sensing the spectrum range and detecting any spectrum, which has been left underutilized. Further this capability of recognizing the spectrum range based on the dimensions detected, allows for determination of the band, which may be utilized. The main objective of this paper is to analyze the cognitive radio’s spectrum sensing ability and evolving a self-configured system with dynamic intelligence networks without causing any interference to the primary user. The paper also brings focus to the quantitative analysis of the two spectrum sensing techniques namely; Energy Detection and Band Limited White Noise Detection. The estimation technique for detecting spectrum noise is based on the detection of probability and probability of false alarms at different Signal-to-Noise Ratio (SNR) levels using Additive White Gaussian Noise signal (AWGN). The efficiency of the proposed Cooperative CUSUM spectrum sensing algorithm performs better than existing optimal rules based on a single observation spectrum sensing techniques under cooperative networks.     

动态阈值的双门限协作感知方法

随着通信技术的提高和通信应用的增多,无线频谱资源越来越匮乏.许多分配到资源的主用户利用率很低,认知无线电技术希望没有分配到资源的次用户合理使用主用户频谱来提高频谱的利用率.频谱感知技术关系到认知无线电中次用户对空闲频谱的使用机会,是认知无线电的关键技术之一.就是在已有的感知技术的基础上,提出了新的感知手段.在认知无线电网络中,不同的次用户由于与主用户距离以及自身所处环境的噪声影响不同,它们的信噪比一般是不一样的.这里采用的动态阈值的双门限协作感知方法,是对传统双门限能量感知方法的改进,通过充分考虑次用户之间的差异性来提高感知的性能.首先,根据对检测和虚警概率的要求,过滤掉一部分检测能力不满足条件的次用户.同时,每个次用户的用于能量感知的双门限会根据它们各自信噪比的不同而动态变化.通过与单门限能量感知以及传统双门限能量感知方法进行比较,可以看出本文提出的感知方法一定程度上提高了系统整体感知的性能.