抗SSDF攻击的EWSPRT协作频谱感知方案

比较了认知无线电网络中几种典型的协作感知方案在篡改感知数据(SSDF)攻击条件下的感知性能,并提出了一种增强型加权序贯检测(EWSPRT)协作方案.在该方案中,各次用户首先通过能量检测得到2 bit本地决策,然后收集其它协作用户的感知结果进行决策融合和最终判决,并依据历史观测信息动态更新各协作用户的融合权重;利用改进的...     

抗SSDF攻击的一致性协作频谱感知方案

在分布式认知无线电网络中,一般很难找到合适的融合中心能够收集所有协作用户的感知信息,而且协作过程极可能遭到篡改感知数据(Spectrum Sensing Data Falsification,SSDF)攻击.鉴于此,该文提出了一种改进的一致性协作频谱感知方案.利用Metropolis迭代规则,各次用户仅依靠邻接点之间的...     

协作频谱感知中的SSDF攻击及其对策研究

协作频谱感知是认知无线电中实现频谱有效利用的关键环节,但协作频谱感知由于其聚集感知数据的特点,为恶意用户提供了可乘之机。恶意用户可以通过实施频谱感知数据伪造(spectrum sensing data falsification,SSDF)攻击的方式,使认知无线电系统不能如实地根据外界环境进行动态的频谱切换。为深入理解SSDF攻击,掌握其防御对策的研究现状及发展趋势,从攻击手段、攻击形式和攻击策略3个角度细化出具体的SSDF攻击类型,总结了目前SSDF攻击的典型防御对策。同时,针对目前相关研究中所存在的问题,明确了一些有待继续研究的方向。     

CRN合作频谱感知SSDF攻击的博弈分析

由于认知无线电网络(CRN)的特点,合作频谱感知容易遭受各种不同的安全威胁。针对CRN合作频谱感知中的感知数据错误化(SSDF)攻击,利用博弈论分析了SSDF攻击者和数据融合中心在不同条件下的行为与收益,并研究了双方基于博弈论的最佳策略。数据融合中心采用本文所述的策略可以有效对抗SSDF攻击,且SSDF攻击者无法通过自身策略的调整获得更大的收益。     

基于ESD测试的无线电网络抗SSDF攻击协作频谱感知方案

针对认知无线电网络中协作频谱感知容易遭受数据伪造攻击的问题,提出一种基于检验统计和极端学生化偏差检验法的协作频谱感知方案。首先,将差分进化算法与加权增益合并软决策融合方法相结合,形成一种高效的节点决策融合机制。然后,在协作感知中,根据节点的软决策数据,利用检验统计消除故障认知节点。最后,利用提出的改进型ESD检验法消除恶意认知节点,从而形成全局决策。仿真结果表明,该方案在协作感知中能够有效过滤SSDF攻击数据,具有较低的误检测率。     

基于双重信誉值与多角度权值的抗SSDF攻击协作频谱感知方法

为保证协作频谱感知具备较好的抗频谱感知数据篡改（SSDF）攻击能力,提出一种基于双重信誉值与多角度权值的协作频谱感知（DRMW-CSS）方法。首先,以历史本地判决结果进行多次迭代获得评分信誉值,并在此基础上计算出准确率信誉值。其次,以双重信誉值和多个信誉值门限对次级用户（SU）进行筛选。然后,判断SSDF攻击对该筛选方法造成的影响程度,并将其分为3种情况。最后,根据不同情况采用相对应多角度权值数据融合判决方法做出最终的全局决策。仿真结果表明,所提方法在面对不同攻击策略与攻击概率的SSDF攻击时具有良好的感知准确率,相较于传统方法具备更好的抗攻击能力。     

可防御SSDF攻击的宽带压缩频谱感知

SSDF（Spectrum Sensing Data Falsification）攻击是认知无线网络中对频谱感知性能危害最大的攻击方式之一。基于认知无线网络中信号频域的固有稀疏性,本文结合了压缩感知(CS)技术与平均一致(average consensus)算法,建立了可防御SSDF攻击的分布式宽带压缩频谱感知模型。本文建立了次用户的声望值指标,用以在分布式信息融合的过程中更加准确地排除潜在的恶意次用户影响。在感知阶段,各个CR节点对接收到的主用户信号进行压缩采样以减少对宽带信号采样的开销和复杂度,并做出本地频谱估计。在信息融合阶段,各CR节点的本地频谱估计结果以分布式的方式进行信息融合,排除潜在恶意次用户的影响,得到最终的频谱估计结果。仿真结果表明,本文提出的分布式频谱感知模型可以有效地抵御SSDF攻击,提高了频谱感知的性能。      

合作频谱感知安全技术研究

频谱感知是认知无线电实现动态频谱接入的前提和关键技术。由于阴影效应和多径衰落等因素,单个认知用户的频谱感知的结果可能不可靠,因此通过多个认知用户检测结果的融合来提高频谱感知的性能,即合作频谱感知。目前,合作频谱感知存在两类安全威胁：主用户假冒攻击（IE,Incumbent Emulation）和频谱感知数据篡改攻击（SSDF,Spectrum Sensing Data Falsification）。由于这两种攻击的存在,将会大大降低频谱感知的性能,减少认知用户接入空闲授权频段的机会。因此,有必要对这两类攻击开展相关的防御技术研究。     

利用身份代码加速分布式协作频谱感知

频谱感知是认知无线电领域的关键技术.在协作频谱感知中,分布式一致性加权算法检测性能较好但收敛速度慢.该文引入身份代码概念,用以区分各次用户的状态值和权值,避免节点间数据的重复融合,并提出了一种快速分布式加权协作频谱感知算法.仿真结果表明,所提算法检测性能与分布式一致性加权算法相当,同时收敛速度明显提升.     

模拟人群信任和决策机制的协作频谱感知方法

通过模拟人群内部的信任和决策机制,针对多用户的频谱协作感知一致性问题,提出了一种分布式算法。该算法首先通过网络的历次协作过程预测出各感知用户的动态可信值,据此产生用户的相对可信值,并结合决策机制使得用户之间进行数据交互,随着数据的可信、迭代交互,所有用户状态将趋于一致,最后通过判定算法得出最终结果。算法充分考虑了实际环境中各用户频带感知能力的不平衡性,而且各次级用户只需要进行少量局部数据交换即可实现协作感知,与传统的OR-rule、1-out-of-N rule以及普通迭代法有较大区别。对3种数据篡改攻击进行了分析,并在预测算法的基础上提出了相应的安全策略。理论分析与仿真结果表明,新算法在准确性和安全性上均优于传统合作频谱感知算法,能显著提高频谱感知准确率,同时兼具较强的防攻击能力。     

基于信噪比加权的协作频谱感知方法

认知无线电中协作频谱感知技术能显著提高频谱感知性能,但传统协作频谱感知算法大多采用等权重进行数据融合,未考虑在实际通信环境中感知用户的信噪比差异。针对这种情况,提出了一种基于信噪比加权的协作感知方法,根据信噪比影响因子的不同,给感知用户本地判决结果分配不同的权重,并在此基础上对影响因子定义做了改进,减小了信噪比极值对感知性能的影响。仿真结果表明,在AWGN信道非衰落环境中,基于信噪比加权的协作感知比传统协作感知性能要好,改进后的加权感知方法对感知性能又有进一步的改善。     

分级分布式无人机协作频谱感知方法

无人机认知网络(Cognitive UAV Network,CUAVN)可以通过高精度的频谱感知提高频谱效率,但传统的集中式协作频谱感知不适用于无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)网络。UAV网络拓扑结构动态变化,使得全局信息很难快速收集至一个融合中心。针对上述问题,提出了一种基于K-means聚类算法的分级分布式协作频谱感知方法。首先,利用K-means聚类算法基于位置信息对UAV进行分簇;然后,采用两级分布式融合方案进行分层融合,在每个簇内先进行一致性信息融合得到獽个融合结果,再进行第二次融合得到最终全局收敛结果;最后将最终收敛结果与检测阈值对比,得到最终决策。仿真结果表明,所提出的分级分布式融合方案具有较好的收敛性,且信息融合迭代次数比未分级融合方案更少。在不同权重因子的加权情况下,所提方案较未分级融合方案更好,且平均接收信噪比越大时检测性能越好。与未分级分布式融合方案相比,在UAV节点较多的情况下,该方案使CUAVN的频谱检测性能得到了提升。     

基于证据折扣优化DSmT的协同频谱感知器

协同频谱感知器通过充分利用多个认知无线电用户的空间分集增益,对抗单用户深度衰落和阴影效应问题,降低了感知系统对本地感知用户的灵敏度要求,减少由于单用户检测不确定性带来的系统误判。利用D-S方法进行协同频谱感知,通过在本地提取置信指派,再上传至融合中心进行证据推理与判决,占用较窄的控制信道带宽,达到优于传统方法的检测性能,如“或”、“与”和“最优融合”感知方法。但低信噪用户带来的冲突数据会限制D-S方法性能,使其信噪鲁棒性较差。本文首先定义感知用户基本置信指派函数,基于DSmT提出证据折扣优化 DSmT协同频谱感知器。该感知器根据不同认知用户数据的可靠性,对其置信指派函数进行折扣,加强高可靠性数据对融合结果的贡献,降低不可靠数据对融合结果的干扰,有效解决冲突数据下的协同频谱感知信息融合问题。仿真结果表明,证据折扣优化DSmT协同频谱感知器具有良好的检测性能和信噪比鲁棒性。      

Cooperative Spectrum Sensing with Distributed/Centralized Relay Selection

Wireless Personal Communications - Large scale Wireless Sensor Networks (WSNs) often utilize multiple mobile sink nodes to improve the network lifetime and scalability. However, most of the studies...     

Cooperative Spectrum Sensing Optimization Using Meta-heuristic Algorithms

Wireless Personal Communications - Spectrum sensing helps to sense the unutilized spectrum in an opportunistic manner for cognitive radios. The various cognitive radios work in a cooperative manner...     

利用自相关矩阵的量化合作频谱感知方法

为了改善认知无线电的频谱感知性能,提出一种基于自相关矩阵的量化合作频谱感知方法,对各认知用户的本地检测结果采用多个判决门限进行有限位的量化,在融合中心采用加权投票准则对该量化信息综合处理,得出最终判决.该方法是一种盲感知方法,不需要知道主用户信号的先验知识和噪声方差信息.具体讨论了一种2 bit量化合作频谱感知方案,并将其与传统的基于能量检测的合作频谱感知方案作比较.理论分析和仿真结果表明,该方案可以有效提高频谱感知能力.     

Distributed Spectrum Sensing Using Low Cost Hardware

Lattice Reduction aided MIMO detectors have been demonstrated to offer a promising gain by providing near-optimal performance. This paper presents a C-programmable ASIP baseband processor, for near-optimal MIMO detection targeting a 4×4 LTE system. The detector supports multiple MIMO detection modes, with both hard and soft output. In order to improve implementation efficiency, the previously reported MIMO detection algorithm Multi-Tree Selective Spanning Detector (MTSS) is modified to use orthogonal real-valued decomposition (ORVD). Afterwards, a low-complexity log-likelihood-ratio (LLR) improvement technique called counter-ML bit-flipping algorithm is proposed. The proposed LLR generation algorithm has been designed to take advantage of MTSS, by maximizing the reuse of computations. Performance of the proposed solution can be tuned ranging from SIC to near-ML to near-MAP. The baseband processor is designed using 40 nm process technology with an equivalent gate-count (GE) of 68.41 kGE. Operating at 600 MHz for a 4×4 QAM-64 LTE system, the processor delivers peak-throughputs of 3.6 Gbps and 2.05 Gbps in case of hard and soft output MIMO detection, with 13.03 mW and 22.99 mW respective power consumption. The corresponding energy efficiency is 3.61 pJ/bit and 11.17 pJ/bit. In terms of energy efficiency, the proposed reconfigurable solution is comparable to recently reported ASIC MIMO detectors, while providing multiple-modes of operation and the flexilibility of C-programming.     

基于可信度计算的分布式共识合作感知算法

对于分布式的认知无线网络,由于不存在融合中心节点,次级用户节点之间的合作感知往往 采用信息交互的渠道进行,其中一种基于共识合作的感知机制受到广泛的研究,但这种机制 在鲁棒性方面存在一定的缺陷,当恶意节点存在时,其错误信息将影响局部的感知判决结果 ,为此,提出一种基于感知节点可信度的共识合作感知机制。在该机制中,各节点对邻居节 点的可信度进行计算,并把计算出的可信度值发送给其他节点,通过对各节点可信度的累加 计算,最终计算出各节点的可信度,各节点以此决定是否与其邻居节点合作以及如何合作。 仿真结果证明,在恶意节点存在的情况下,该算法在感知性能和收敛速度上都较未改进算法 有不同程度的提升,减轻了不可靠节点对合作感知结果的影响。     

一种SSDF攻击检测的证据理论合作频谱感知算法

现有的基于证据理论的合作频谱感知认为所有认知用户都是诚实的,没有考虑恶意用户的存在。当恶意用户篡改本地感知的结果,发送错误的数据到数据融合中心,将会降低合作频谱感知的性能,这种攻击称为频谱感知数据篡改（spectrum sensing data falsification,SSDF）攻击。由于恶意用户发送的证据与其它认知用户的证据存在差别,本文使用Jousselme距离来衡量证据的可信度,提出一种SSDF攻击检测算法。数据融合中心接收所有认知用户的证据,让可信度低的证据不参与融合判决,可信度高的证据根据可信度进行加权融合。仿真结果表明,所提出的SSDF攻击检测算法在恶意用户发起SSDF攻击时可以很好的改善频谱感知性能。