基于信道多徑時(shí)延差的主用戶仿真攻擊檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明專利屬于認(rèn)知無(wú)線電安全領(lǐng)域，設(shè)及一種在能量檢測(cè)和方差檢測(cè)失效的情 況下，通過(guò)信道小尺度衰落特征來(lái)檢測(cè)主用戶仿真攻擊的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)（Cognitive Radio化twork，CRN)可W有效提高頻譜資源利用 率，緩解當(dāng)前日益嚴(yán)重的頻譜資源緊張問(wèn)題。它的工作原理是，在不干擾該頻段內(nèi)授權(quán)用戶 即主用戶(Prima巧化er，PU)正常工作的條件下，感知用戶（Seconda巧化er，SU)通過(guò)頻譜 感知技術(shù)獲取"頻譜空桐"即空閑頻譜信息并伺機(jī)接入運(yùn)些頻譜空桐，從而和主用戶共享頻 譜資源。但是運(yùn)種工作機(jī)制也為CRN引入了一系列新的安全問(wèn)題。
[0003] 主用戶仿真攻擊(PrimaiT User Emulation At1:ack，P肥A)是其中一種Denial of Service(Dos)攻擊，是CRN中一種巨大的潛在危機(jī)。主用戶仿真用戶(PUE)通過(guò)模仿主用戶 的信號(hào)特征，使正常工作的SU誤認(rèn)為當(dāng)前頻段正在被使用，從而達(dá)到獨(dú)占空閑頻譜資源或 不讓其他SU接入空閑頻譜的目的，嚴(yán)重破壞了CRN的正常工作。
[0004] 目前已有的檢測(cè)PUEA的方法主要有發(fā)射機(jī)地理位置檢測(cè)化ocation detection)， 能量檢測(cè)化nergy Detection)、信道特征檢測(cè)（Qiannel Qiaracteristics Detection)、合 作檢測(cè)（Cooperative Detection)和指紋檢測(cè)（Finge;rp;rint Detection)。在PU發(fā)射機(jī)地理 位置是先驗(yàn)知識(shí)的情況下，基于地理位置的檢測(cè)法可W通過(guò)距離比值檢測(cè)法、距離差值檢 測(cè)法、接收信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè)法等方法檢測(cè)發(fā)射源的地理位置，從而判定是否存在頻譜空桐，運(yùn) 種方法在PU和SU的距離較遠(yuǎn)時(shí)具有較好的效果?；谀芰繖z測(cè)的方法具有計(jì)算復(fù)雜度低、 易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，如基于Fenton近似法和馬爾可夫不等式的能量檢測(cè)法，但是運(yùn)種方法容 易受到PUEA的攻擊，當(dāng)主用戶仿真用戶(PUE)在攻擊中對(duì)發(fā)射功率進(jìn)行調(diào)整時(shí)會(huì)大大降低 防御性能。信道特征檢測(cè)根據(jù)PU發(fā)射機(jī)和PUE發(fā)射機(jī)到SU之間的信道特征不同的原理識(shí)別 接收信號(hào)，如計(jì)算接收信號(hào)的方差可W得到對(duì)數(shù)正態(tài)陰影衰落的信道特征，運(yùn)種方法的優(yōu) 點(diǎn)是對(duì)噪聲不敏感，缺點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度高且檢測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)。合作檢測(cè)是基于單個(gè)SU的檢測(cè) 基礎(chǔ)，通過(guò)合作的方式提升整體性能和降低單個(gè)用戶檢測(cè)的不穩(wěn)定性，但是容易帶來(lái)負(fù)面 效果如感知數(shù)據(jù)錯(cuò)誤化攻擊。指紋檢測(cè)則通過(guò)尋找主用戶信號(hào)中難W被模仿的特征如載波 頻率，相位偏移等特征作為檢測(cè)對(duì)象并通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)的方法進(jìn)行訓(xùn)練和分類，但在主用戶 信號(hào)特征已知的情況下容易被P肥模仿。
[000引上述檢測(cè)方法主要是通過(guò)檢測(cè)發(fā)射機(jī)特征和信道特征(信道的大尺度和中尺度衰 落特征）實(shí)現(xiàn)的。在基于TV網(wǎng)絡(luò)的CRN模型中，數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)（digital television terrestrial multimedia broadcasting,DTMB)的信號(hào)結(jié)構(gòu)、調(diào)制方式和地理 位置都可W作為檢測(cè)的先驗(yàn)信息，但具備感知能力的主用戶仿真用戶也能夠精確模仿W上 特征，在運(yùn)種情況下，我們需要尋找一種新的檢測(cè)方法來(lái)識(shí)另化UEA。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供基于信道多徑時(shí)延差的主用戶仿真攻擊檢測(cè)方 法。通過(guò)該方法對(duì)固定場(chǎng)景下基于TV網(wǎng)絡(luò)的CRN,當(dāng)已有的通過(guò)發(fā)射機(jī)特征或信道特征(信 道的大尺度和中尺度衰落特征)實(shí)現(xiàn)P肥A檢測(cè)的方法失效的情況下，建立一種系統(tǒng)模型，實(shí) 現(xiàn)基于信道小尺度衰落特征的PUEA檢測(cè)方法。
[0007] 本發(fā)明所述方法在DTMB前導(dǎo)碼信息已知的情況下，通過(guò)估計(jì)接收信號(hào)所經(jīng)歷多徑 信道的固有參數(shù)即多徑時(shí)延差來(lái)識(shí)別主用戶信號(hào)和主用戶仿真信號(hào)。本發(fā)明具有運(yùn)算開(kāi)銷 低，識(shí)別時(shí)間短和對(duì)噪聲敏感度不高的特點(diǎn)，且所識(shí)別參數(shù)無(wú)法被PUE模仿，檢測(cè)概率高，在 基于TV網(wǎng)絡(luò)的CRN中有良好的應(yīng)用前景。
[0008] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案的具體步驟為：
[0009] 步驟1:在W數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)為主用戶的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中，SU在PU工 作時(shí)，通過(guò)信道多徑時(shí)延差估計(jì)方法估計(jì)得到多徑幅值最大徑和第二徑之間的時(shí)延差，并 將其作為判決先驗(yàn)信息，然后根據(jù)虛警概率Pfp要求設(shè)定判決口限值S，具體過(guò)程如下:所述 的SU為感知用戶，PU為用戶；
[0010] (I)SUW頻率fs對(duì)當(dāng)前頻譜中的工作信號(hào)進(jìn)行采樣，得至暇收信號(hào)為y(n)，y(n) = s(n)*h(n)+w(n)；
[0011] 其中s(n)表示發(fā)射信號(hào)序列，發(fā)射信號(hào)每個(gè)數(shù)據(jù)帖由長(zhǎng)度為L(zhǎng)pn的帖頭序列PN(n) 和長(zhǎng)度為L(zhǎng)d的帖體序列d(n)兩部分組成，PN(n)包括長(zhǎng)度為L(zhǎng)pre的前同步符號(hào)序列、長(zhǎng)度為L(zhǎng)m 的循環(huán)擴(kuò)展9階m序列和長(zhǎng)度為L(zhǎng)pDSt的后同步符號(hào)序列;h(n)表示多徑信道響應(yīng);w(n)表示 信道噪聲;*表示線性卷積。
[0012] (2)S訴良據(jù)PU的前導(dǎo)碼信息在接收端本地生成與發(fā)射信號(hào)m序列相同的序列C(n); C(n)的自相關(guān)特性如下：
[0014] 其中Rcc(n)表示C(n)的自相關(guān)值：-表示C(n似Lm為周期擴(kuò)展得到的 循環(huán)序列。
[0015] 將C(n)與y(n)進(jìn)行線性互相關(guān)求值，得到C(n)與y(n)的互相關(guān)值RyG(n)，計(jì)算如 下： 巧點(diǎn)(灼)*知的'+'休'的(巧）
[0016] ='、'(《)* A(")? C(W) + vv(/''')?C(n) 二 'y (") ? C(rt) * + u''("） 5
[0017] 其中矮表示相關(guān)運(yùn)算，(n)表示w(n)和C(n)的互相關(guān)值。
[0018] 由發(fā)射信號(hào)的數(shù)據(jù)帖結(jié)構(gòu)得到s(n)和C(n)的線性互相關(guān)值Rsc(n): ?/?、(' (" ) = 's' (") ? C (")二尸'V ( ") 0 C (") + c/ (") ? C (")
[0019] 。 '、 。 /、 =巧/,('(") +巧北似 .
[0020] Rsc(n)由兩部分組成，第一部分是前導(dǎo)碼序列PN(n)和m序列的互相關(guān)值Rpc(n)，第 二部分是數(shù)據(jù)帖信號(hào)d(n)和m序列的互相關(guān)值RdG(n)。
[0021]根據(jù)C(n)的自相關(guān)特性，Rpe(n)的計(jì)算結(jié)果如下：
[002引貝ljRpc(n+Lpre)=說(shuō)（n)+I(n) ,n = -Lpre,. . . ,Lpost;
[0024]其中，G為中間系數(shù)，G = RpC(Lpre); S (n)為沖激函數(shù);I (n)為RpC(n似沖激函數(shù)形式 0, ? = 0 表示時(shí)的附加序列，/(") = <巧(…正)旅e ;
[002引當(dāng)接收端采樣率足夠大時(shí)，Ryc(n)表示為：
[0027] 其中L表示多徑數(shù)目，hk和Tk分別表示第k個(gè)多徑分量的復(fù)增益和附加時(shí)延。
[0028] (3)當(dāng)信道最大多徑時(shí)延差小于后同步符號(hào)序列持續(xù)時(shí)間TpDSt時(shí)，計(jì)算出多徑信 道每條徑的幅值
，其中1。。3* = 14>。3瓜，1'康示信號(hào)帖的單位符號(hào)時(shí) 間長(zhǎng)度；由此尋找RyC ( n )在[Lpre，Lpre+Lpnst ]內(nèi)的互相關(guān)峰值，每個(gè)峰值所在的時(shí)間點(diǎn)對(duì)應(yīng)該 徑的相對(duì)多徑時(shí)延。
[0029] (4)對(duì)(3)中獲得的峰值點(diǎn)進(jìn)行排序算法處理，找到幅值最大的兩條徑的時(shí)間點(diǎn)， 運(yùn)兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)即對(duì)應(yīng)多徑幅值最大兩徑的相對(duì)多徑時(shí)延，計(jì)算兩者的時(shí)延差A(yù)tpu。
[0030] (5)重復(fù)W上估計(jì)過(guò)程，計(jì)算統(tǒng)計(jì)平均值
，其中A片U表示第i次的 多徑時(shí)延差估計(jì)值，N為估計(jì)次數(shù)。
[0031] (6)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的虛警概率Pfp要求，由
[0033] 設(shè)定符合Pfp的最小判決口限值S ,Pr表示概率值。
[0034] 步驟2、SU在未知用戶工作時(shí)，采集接收信號(hào)y(n);通過(guò)步驟1中的信道多徑時(shí)延差 估計(jì)方法計(jì)算得到多徑幅值最大徑和第二徑之間的時(shí)延差，重復(fù)估計(jì)N次，得到統(tǒng)計(jì)平均值 Af。
[0035] 步驟3、洲通過(guò)構(gòu)建二元假設(shè)檢驗(yàn)，判斷接收到的信號(hào)來(lái)自PU還是PUE，PUE為主用 戶仿真用戶;SU構(gòu)建二元假設(shè)檢驗(yàn)如下： '瑪;接收信號(hào)來(lái)負(fù)于PU W0363 I巧；接收信號(hào)來(lái)自于卵目， 9
[0037]根據(jù)步驟1得到的判決口限值S和步驟2得到的多徑時(shí)延差A(yù)f，SU通過(guò)W下準(zhǔn)則做 出判決：
5打:接收信號(hào)來(lái)自于主用戶 接收信號(hào)來(lái)自于主用戶債真用戶 〇.
[0039] 本發(fā)明是基于信道多徑時(shí)延差的主用戶仿真攻擊檢測(cè)方法，與過(guò)去的檢測(cè)方法相 比，其優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在：
[0040] 1、現(xiàn)有的P肥A檢測(cè)方法都是基于發(fā)射機(jī)特征，信道大尺