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认知无线电网络安全问题的研究

认知无线电网络安全问题的研究

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作者：赵士康上海交通大学

学位级别：硕士

随着通信技术的快速发展，人们对于无线通信业务的需求也越来越高。无线设备的数量不断增多，使得对频谱资源的需求也越来越迫切，如何满足无线通信对频谱的需求成了无线通信中的一个重要课题。然而，按照现有的频谱分配政策，大部分已... 详细信息

随着通信技术的快速发展，人们对于无线通信业务的需求也越来越高。无线设备的数量不断增多，使得对频谱资源的需求也越来越迫切，如何满足无线通信对频谱的需求成了无线通信中的一个重要课题。然而，按照现有的频谱分配政策，大部分已经分配给授权用户的频谱的利用率却很低。为了解决频谱利用率较低的问题，研究者提出了认知无线电技术。在认知无线电网络中，认知用户在不干扰授权用户通信的情况下，被允许通过授权信道进行通信。作为一个解决频谱稀缺问题的技术，认知无线电能够显著地提高无线通信的频谱利用率。无线电网络的安全问题一直是无线通信正常进行的保证。认知无线电网络由于其自身的特点，除了面临传统的无线网络具有的安全威胁之外，由于认知功能和重构功能的引入，也不可避免地带来一些特有的安全威胁。确保认知无线电网络的安全无疑成为了认知无线电技术长期可靠发展最关键的方面。本文主要从物理层和MAC层两个方面来讨论和认知功能相关的网络安全问题。文中首先阐述了认知无线电网络物理层面临的一系列安全威胁。频谱感知是认知无线电其他功能的基础，保证频谱感知的安全才能保证认知无线电网络的正常功能。单个节点在频谱感知阶段面临着模仿主用户攻击。为了克服单节点频谱感知不精确的问题，合作频谱感知的方式被研究者提出。本文探讨了已有研究中尚未涉及的合作频谱感知场景中的模仿主用户攻击，并针对合作频谱感知中模仿主用户攻击提出了一种基于位置信息的抵御PUE攻击的方案。该方案通过认知节点的位置信息来筛选参与合作频谱感知的节点，选取位置相关性较小的节点，从而减少PUE攻击对整个网络的影响。通过对仿真结果的分析，验证了该方案能够较好地消除PUE攻击对于整个认知无线电网络的影响，保证合作频谱感知的性能，改善网络的安全性。论文还对认知无线电网络的MAC层安全问题进行了分析。基于Ad-hoc的认知无线电网络则面临着恶意节点导致的DoS攻击，以及自私节点对网络公平性的影响。文中仿真分析了影响MAC层攻击的主要因素。对于基于基础设施的认知无线电网络（例如IEEE 802.22协议），存在一个安全子层可以对认知功能进行保护，但参与合作频谱感知的所有节点并非都是可以信任的，认知无线电网络仍面临着恶意节点的影响。研究表明，恶意节点的存在能对合作频谱感知的性能产生很大的影响，甚至干扰融合中心做出正确的决策。本文提出了一种基于信任值的集中式合作频谱感知方案,该方案对所有参与合作频谱感知的节点分配和管理信任值。融合中心在收到新的感知报告后,对所有节点的行为进行分析,并不断地更新其信任值,调整节点的感知报告对于频谱决策影响程度。该方法能够在网络中存在恶意节点时消除其影响,同时在无恶意节点存在的情况下保持频谱感知性能的最大化。仿真结果表明该方法可以有效地消除恶意节点的影响,改善认知无线电网络的安全性能。

关键词：认知无线电网络安全合作频谱感知模仿主用户攻击 DoS攻击自私行为攻击

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认知无线电网络安全关键技术研究

认知无线电网络安全关键技术研究

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作者：柯海舟武汉理工大学

学位级别：硕士

认知无线电以机会性频谱接入的方式实现了空闲频谱的动态使用,这样不仅缓解了频谱资源紧张的局面也提高了现有频谱资源的利用率。然而,认知无线电在引领无线通信未来可能的发展方向的同时,也带来了一些有别于传统无线电的新的安全威胁... 详细信息

认知无线电以机会性频谱接入的方式实现了空闲频谱的动态使用,这样不仅缓解了频谱资源紧张的局面也提高了现有频谱资源的利用率。然而,认知无线电在引领无线通信未来可能的发展方向的同时,也带来了一些有别于传统无线电的新的安全威胁。这些潜在的安全隐患主要集中在物理层和MAC层,本文将分析这两层中的两个主要问题。在物理层面,认知无线电所面临的主要安全威胁就是模仿主用户攻击问题;而MAC层所面临的安全威胁主要来自于自私行为节点攻击。这两种威胁都极大的影响了认知无线电技术的正常工作,论文将围绕这两个安全问题进行展开。在探讨模仿主用户攻击问题时,首先分析了当前提出的一些解决方案,并根据认知无线电的发展原则以及其最有可能被应用的情景,采用了学者Ruiliang Chen和Jung-Min Park提出的基于发射位置认证的解决方案。该方案是通过判别信号发射的位置是否同主用户的位置相同,来识别是否是模仿主用户攻击,即通过定位的方式来解决PUE问题。认知无线电是一种非交互式的无线电,为此,本文采用了基于RSSI改进的极大似然抗误差定位算法。该算法改进了传统极大似然估计的计算原理,并运用坐标校正算法对坐标初始位置估计值作进一步的修正,使得坐标值更加接近实际值,最后运用抗差似然估计法对修正后的估计值进行了更进一步的修正。仿真结果表明,该算法可以有效提高节点的定位性能,并具有一定的抗粗差能力。对于自私行为攻击威胁,由于其主要发生在频谱协作融合的过程中,本文首先分析了协作感知过程中的一些常见融合准则和算法。并分析了当有恶意节点存在时的情景。最后运用了基于权值协作的融合感知算法来解决自私行为节点问题。该算法基本原理是为每个协作感知节点分配一个信任值,并根据其发送给融合中心的感知信息与最终判决结果相同与否,运用奖罚机制,不断更新信任值,进而更新权值,然后将各节点的感知结果进行加权处理后发送融合中心。该算法原理简单,算法复杂度不高。仿真结果表明,该算法可以有效抵御协作融合感知过程中的自私节点攻击问题。

关键词：认知无线电 PUE攻击节点定位自私行为攻击权值协作感知

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