本發(fā)明屬于無人機(jī)通信，具體涉及一種面向無人機(jī)頻譜感知的ssdf攻擊檢測方法。

背景技術(shù)：

1、無人機(jī)應(yīng)用前景廣泛，然而隨著發(fā)展和應(yīng)用增加，傳統(tǒng)的靜態(tài)頻譜分配模式無法適應(yīng)無人機(jī)快速移動、動態(tài)變化的通信需求，無人機(jī)頻譜短缺問題日漸凸顯。認(rèn)知無線電技術(shù)是目前解決無線通信領(lǐng)域頻譜資源短缺最直接有效的手段，將其運(yùn)用于無人機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，通過感知附近頻譜的占用情況來自適應(yīng)地調(diào)整內(nèi)部通信參數(shù)或通信機(jī)理，以實(shí)現(xiàn)自動感知并調(diào)用未被占用頻譜，可有效緩解無人機(jī)頻譜資源匱乏問題。無人機(jī)頻譜感知可以有效緩解無人機(jī)頻譜資源利用緊張的問題，對于無人機(jī)技術(shù)的推廣利用有著重要意義。然而，無線信道的開放性，給認(rèn)知無人機(jī)網(wǎng)絡(luò)帶來了諸多安全威脅，比如在協(xié)作感知的框架下動態(tài)接入頻譜，為惡意用戶參與感知提供了機(jī)會。目前關(guān)于無人機(jī)頻譜感知安全性的研究很少。此外，在頻譜感知過程中，無人機(jī)網(wǎng)絡(luò)經(jīng)常被視為一個(gè)統(tǒng)一的實(shí)體，無人機(jī)之間的距離差異往往被忽視。

2、在協(xié)作頻譜感知網(wǎng)絡(luò)中，惡意用戶可以通過將錯(cuò)誤的本地感知結(jié)果發(fā)送給融合中心(fusion?center,fc)或其他次級用戶(secondary?user,su)，干擾主用戶(primaryuser,pu)的傳輸，以占用空閑頻譜，極大地降低協(xié)作感知的效率。惡意用戶發(fā)起的這種攻擊通常被稱為偽造頻譜感知數(shù)據(jù)(spectrum?sensing?data?falsification,ssdf)攻擊。由于ssdf攻擊具有多種攻擊模式和復(fù)雜靈活的攻擊策略，因此，對其進(jìn)行有效的檢測和防御面臨較大的困難。雖然國內(nèi)外學(xué)者對頻譜感知檢測ssdf攻擊進(jìn)行了廣泛研究，但大都基于常規(guī)的頻譜感知，少有人研究如何將ssdf攻擊的檢測方法應(yīng)用到無人機(jī)頻譜感知上。并且，現(xiàn)有工作大都假設(shè)su和fc之間的傳輸是不會出錯(cuò)的，這在實(shí)踐中難以實(shí)現(xiàn)。

3、因此，深入研究傳輸可能出錯(cuò)的情況下，認(rèn)知無人機(jī)網(wǎng)絡(luò)中ssdf攻擊檢測具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種面向無人機(jī)頻譜感知的ssdf攻擊檢測方法，在無人機(jī)分散分布或距離pu較近時(shí)擁有更好的頻譜感知性能，將合法用戶誤認(rèn)為惡意用戶的概率更低。

2、本發(fā)明采取的技術(shù)方案具體如下：

3、一種面向無人機(jī)頻譜感知的ssdf攻擊檢測方法，包括以下步驟：

4、步驟一：建立一個(gè)基于集中式協(xié)作頻譜感知的認(rèn)知無人機(jī)網(wǎng)絡(luò)；

5、步驟二：每個(gè)無人機(jī)單獨(dú)進(jìn)行頻譜感知；

6、步驟三：分析傳輸出錯(cuò)對惡意用戶檢測的影響；

7、步驟四：根據(jù)信譽(yù)度識別惡意用戶。

8、進(jìn)一步地，所述步驟一中的基于集中式協(xié)作頻譜感知的認(rèn)知無人機(jī)網(wǎng)絡(luò)，包含惡意用戶在內(nèi)，整個(gè)認(rèn)知無人機(jī)網(wǎng)絡(luò)包含n個(gè)無人機(jī)作為su，假設(shè)其中惡意用戶的數(shù)量為k，同時(shí)地面上還存在一個(gè)pu和一個(gè)負(fù)責(zé)所有su的頻譜管理的fc；

9、惡意用戶會偽裝成合法用戶發(fā)動ssdf攻擊，以一定的概率向fc故意發(fā)送偽造后的頻譜感知數(shù)據(jù)，從而誤導(dǎo)fc做出錯(cuò)誤的頻譜判決結(jié)果；用符號sui來表示網(wǎng)絡(luò)中第i個(gè)su(i＝1,2,...,n)。

10、進(jìn)一步地，所述認(rèn)知無人機(jī)網(wǎng)絡(luò)的頻譜感知分為三個(gè)階段：

11、階段1、本地頻譜感知：參與協(xié)作的合法用戶與惡意用戶分別對fc選定的pu的授權(quán)頻段進(jìn)行獨(dú)立的本地頻譜感知；

12、階段2、報(bào)告/ssdf攻擊：合法用戶將其感知數(shù)據(jù)或感知結(jié)果發(fā)送給fc；惡意用戶則以一定的概率發(fā)動ssdf攻擊，將錯(cuò)誤的感知數(shù)據(jù)或感知結(jié)果發(fā)送給fc；

13、階段3、決策匯報(bào)：fc將su傳輸來的信息，依據(jù)合適的數(shù)據(jù)融合規(guī)則，得到fc的判決統(tǒng)計(jì)量，并根據(jù)該判決統(tǒng)計(jì)量判斷該頻段的使用狀態(tài)，做出最后的判決之后，再將該結(jié)果告知su。

14、進(jìn)一步地，所述步驟二中每個(gè)無人機(jī)的本地頻譜感知，采用基于能量檢測的傳感技術(shù)。

15、進(jìn)一步地，所述步驟二包括以下步驟：

16、設(shè)h0表示pu未使用頻譜，h1表示pu占用頻譜；sui接收pu的信號可表示為：

17、

18、其中，xi(t)為sui接收pu的信號；ni(t)是均值為0，方差為的加性高斯白噪聲；s(t)是pu的信號；

19、能量檢測的統(tǒng)計(jì)量yi表示為：

20、

21、其中n0為單邊噪聲功率密度譜，tw為記錄時(shí)間窗，yi滿足：

22、

23、其中，與分別表示中心和非中心卡方分布，自由度均為2ω，后者的非中心參數(shù)為ω為時(shí)間帶寬積，為從pu到sui的接收信號的信噪比；

24、sui的檢測概率和虛警概率可表示為：

25、

26、其中λ為能量檢測門限，γ(·)為伽馬函數(shù)，γ(.,.)為不完全伽馬函數(shù)，的表達(dá)式為：

27、

28、其中ρpu為pu的發(fā)射功率；是pu與sui之間的路徑增益，其表達(dá)式為：

29、

30、其中κ、μ分別為路徑增益常數(shù)、路徑增益指數(shù)；dp、di分別為pu與sui的3d位置。

31、進(jìn)一步地，所述步驟三包括以下步驟：

32、假設(shè)sui與fc的傳輸不會出錯(cuò)，合法用戶sui報(bào)告正確感知結(jié)果的概率為：

33、

34、假設(shè)sui與fc的傳輸可能出錯(cuò)，給定瑞利衰落環(huán)境下的bpsk調(diào)制，sui向fc的報(bào)告產(chǎn)生誤差的概率為：

35、

36、其中，是sui與fc之間比特匯報(bào)的平均信噪比，表達(dá)式為：

37、

38、其中，ρi為sui的發(fā)射功率；hi是fc與sui之間的路徑增益，表達(dá)式為：

39、

40、其中，df為fc的3d位置；

41、基于與合法用戶sui在與fc的傳輸可能出錯(cuò)的情況下，正確報(bào)告感知結(jié)果的概率為：

42、

43、其中，函數(shù)f(x,y)定義為f(x,y)＝x(1-y)+(1-x)y。

44、設(shè)與分別為惡意用戶suj在傳輸不會出錯(cuò)和傳輸可能出錯(cuò)的情況下，報(bào)告正確感知結(jié)果的概率；與公式(12)類似，有：

45、

46、設(shè)惡意用戶報(bào)告的結(jié)果與本地感知相反的概率為pmal，若惡意用戶采取獨(dú)立攻擊的方式，則有：

47、

48、若惡意用戶采取“l(fā)?out?of?k”的協(xié)作策略進(jìn)行合作攻擊，則有：

49、

50、進(jìn)一步地，所述步驟四包括以下步驟：

51、設(shè)sui的信譽(yù)度為ri，是報(bào)告準(zhǔn)確感知結(jié)果的概率：

52、

53、其中τi為tw時(shí)間內(nèi)sui的本地匯報(bào)與fc的最終決策一致的次數(shù)；

54、設(shè)ηi為sui的信譽(yù)度閾值，pi為sui的本地匯報(bào)與fc的最終決策一致的概率；若sui的信譽(yù)度ri大于ηi，則判別其為合法用戶，若sui的信譽(yù)度ri小于等于ηi，則判別其為惡意用戶，

55、設(shè)zi(t)為t時(shí)隙sui本地感知結(jié)果的正確性，若sui匯報(bào)了正確結(jié)果，則zi(t)＝1；否則，zi(t)＝0。因此p(zi(t)＝1)＝pi，p(zi(t)＝0)＝1-pi；因此zi(t)服從伯努利分布，根據(jù)公式(17)，有：

56、

57、其中，t0為記錄時(shí)間窗的開始時(shí)間；由于zi(t)服從伯努利分布，若tw滿足：

58、twpi≥10and?tw(1-pi)≥10?(19)

59、則ri服從正態(tài)分布在開始頻譜感知之前，需要找出滿足公式(19)的tw，由于fc沒有關(guān)于哪些su是惡意的先驗(yàn)信息，因此一開始可以合理地假設(shè)所有su都是合法的，因此，tw應(yīng)該滿足：

60、

61、其中，為所有su的集合。顯然，這樣的tw滿足

62、對于合法用戶sui，因?yàn)樵O(shè)ri的概率密度函數(shù)為fh,i(x)，表達(dá)式為：

63、

64、合法用戶sui被誤認(rèn)為惡意用戶的概率表達(dá)式為：

65、

66、其中，erfc(x)為互補(bǔ)誤差函數(shù)，表達(dá)式為：

67、

68、本發(fā)明取得的技術(shù)效果為：

69、(1)本發(fā)明的一種面向無人機(jī)頻譜感知的ssdf攻擊檢測方法依據(jù)坐標(biāo)單獨(dú)計(jì)算每個(gè)無人機(jī)的感知概率，在傳輸可能出錯(cuò)的情況下檢測認(rèn)知無人機(jī)網(wǎng)絡(luò)遭受的ssdf攻擊，在無人機(jī)分散分布或距離pu較近時(shí)擁有更好的頻譜感知性能；相比不考慮傳輸出錯(cuò)的方法，本發(fā)明提出的方法將合法用戶誤認(rèn)為惡意用戶的概率更低。