存在恶意节点的协作频谱感知算法研究

发布时间：2019-08-03 12:50

【摘要】：在无线终端与多媒体业务发展迅猛的时代,可用频谱资源已十分贫乏。认知无线电技术作为一项动态智能频谱管理技术,将是解决频谱资源日渐短缺、频谱利用低效等问题的关键手段。认知无线电的首要任务是频谱感知。认知无线电的中心思想是在主用户不占用其授权频段时,允许次用户动态接入该频段,而当主用户重新接入该授权频段时,次用户应立即撤出。在感知信号后,次用户可以独自判断主用户是否存在,也可以与其他次用户合作完成判决,后者称协作频谱感知。次用户在感知信号时若受到深度衰落等因素影响,其将很难独自做出准确判决,而协作频谱感知可通过次用户之间的信息交互来解决该问题。首先,本文从频谱感知技术方面介绍了课题的研究背景,着重叙述了协作频谱感知的集中式与分布式两大模型并进行比较,然后概述了国内外抵御频谱感知数据篡改(SSDF)攻击的算法研究现状;之后针对协作频谱感知实时性问题,分别利用SCAN算法和"身份代码"(IC)概念,提出了两种快速分布式协作频谱感知算法,MATLAB仿真验证了所提两种算法在提升收敛速度上的有效性。其次,协作频谱感知网络存在多种安全威胁,其中最为常见的当属SSDF攻击。发动SSDF攻击时,恶意用户以不同方式篡改自身数据,通过数据扩散影响整个用户网络。为此,本文将分析并利用SSDF攻击方式的攻击特征,制定每一种攻击方式的应对策略,提出加权分布式协作频谱感知算法(ACWCSS)。ACWCSS算法在面对不同方式的SSDF攻击时均有较高的检测性能,且不需要任何先验知识。然而除SSDF攻击外,协作频谱感知网络还易遭受其他安全威胁。现有算法通常只针对一种SSDF攻击设计抵御方案,一旦恶意用户变换攻击类型,算法检测性能将大幅下降。为此,本文将从检测正常次用户角度入手,依据平滑处理前后的偏差大小确定用户网络中的正常次用户,提出基于数据平滑的协作频谱感知(DMCSS)算法。仿真结果表明,DMCSS算法面对SSDF攻击有较好的检测性能,且具有较强的鲁棒性。之后,本文综合两类防御算法,建立一套较为完整的可信频谱协作感知体系,以便实际中能够灵活应用,保障认知网络的正常运作。最后,总结归纳了全文的研究工作,并展望了今后的研究方向。总而言之,频谱感知作为认知无线电的关键技术,而协作频谱感知由于自身的独特优势又逐渐成为了认知无线电领域的研究重点。协作频谱感知面临诸多疑难问题,同时也具有广泛的应用前景和现实的研究必要。
【学位授予单位】：西安邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN925

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本文编号：2522568