基于信譽(yù)機(jī)制和動態(tài)博弈的安全協(xié)作頻譜感知方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)的安全領(lǐng)域，特別是一種基于信譽(yù)機(jī)制和動態(tài)博弈的安 全協(xié)作頻譜感知方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)（cognitive radio network, CRN)的提出，主要是為了緩解更多通 信設(shè)備對頻譜資源使用緊張，同時能夠克服固定頻譜分配而帶來的頻譜資源利用率不高的 情況。當(dāng)授權(quán)用戶或主用戶（Primary user, PU)沒有使用授權(quán)頻段，次用戶（second user， SU)通過感知操作得知頻段的狀態(tài)為空閑時，能共享該頻段，并實(shí)時感知，只要主用戶出現(xiàn) 便自動讓出該頻段。所以，頻譜感知是認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)。
[0003] 經(jīng)研宄表明協(xié)作頻譜感知能有效解決單個次用戶因?yàn)殛幱靶?yīng)和信道衰弱等因 素造成感知不到主用戶是否出現(xiàn)的問題?？墒?，次用戶都是理性的，要令次用戶積極參與協(xié) 作成了一個問題，同時次用戶回復(fù)結(jié)果的可信度也要進(jìn)行分析，從而引發(fā)許多的安全問題。 為了解決這些問題，提高頻譜利用率又不對主用戶造成干擾成為近年來研宄的熱點(diǎn)。
[0004] 為了解決以上問題，目前的方案主要有：改進(jìn)動態(tài)信譽(yù)模型，提出信譽(yù)矩陣用于快 收集信譽(yù)，同時監(jiān)督者應(yīng)能自適應(yīng)地移動并靠近信譽(yù)收集者較多的區(qū)域，以便能更快的匯 報信譽(yù)情況，對抵御攔截和數(shù)據(jù)篡改攻擊比較有效。還有一種基于簇的防御信任模型，針對 協(xié)作頻譜感知中存在的信任威脅，利用該模型通過對接收到信號強(qiáng)度進(jìn)行分析，從而大大 減少威脅程度。
[0005] 上述現(xiàn)有的方案還存在的問題是：協(xié)作感知中對協(xié)作者的信譽(yù)值不能及時收斂； 無法激勵協(xié)作次用戶給出真實(shí)的報告信息；對于分布式和次用戶移動對協(xié)作感知的準(zhǔn)確性 及安全性缺乏考慮。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種基于信譽(yù)機(jī)制和動態(tài)博弈的安全協(xié)作頻譜感 知方法，該方法的特點(diǎn)是如果次用戶發(fā)生位置移動，可借助鄰居次用戶讓信譽(yù)進(jìn)行傳遞，使 得信譽(yù)的計(jì)算更加快，并結(jié)合動態(tài)博弈分析，激勵次用戶參與協(xié)作頻譜感知的積極性，對協(xié) 作頻譜感知的準(zhǔn)確性和安全性有重要作用。
[0007] 本發(fā)明采用以下方案實(shí)現(xiàn)：一種基于信譽(yù)機(jī)制和動態(tài)博弈的安全協(xié)作頻譜感知方 法，具體包括以下步驟：
[0008] 步驟Sl :定義網(wǎng)絡(luò)模型：在分布式的認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，次用戶采用頻譜感知 技術(shù)感知環(huán)境中頻段中空閑的頻譜資源；任意次用戶都可以對發(fā)起協(xié)作頻譜感知請求作為 請求者，其鄰居次用戶接收到協(xié)作頻譜感知請求可進(jìn)行協(xié)作頻譜感知作為協(xié)作次用戶；網(wǎng) 絡(luò)中的次用戶只能在一跳范圍內(nèi)通信，作為鄰居次用戶，并且能進(jìn)行移動；
[0009] 步驟S2 :在次用戶對頻譜有需求時，請求者可以查詢本地?cái)?shù)據(jù)庫的鄰居次用戶集 合，并進(jìn)行協(xié)作頻譜感知請求判斷與發(fā)送；
[0010] 步驟S3 :鄰居次用戶接收到請求者發(fā)送的協(xié)作請求，并依據(jù)建立好的信譽(yù)值參與 效用函數(shù)計(jì)算，結(jié)合信譽(yù)值傳遞方法并利用基于信譽(yù)機(jī)制的動態(tài)博弈分析達(dá)到納什均衡， 具體為：當(dāng)鄰居次用戶發(fā)生位置移動時，其之前所建立的信譽(yù)值會通過一跳通信范圍的次 用戶進(jìn)行廣播，使得信譽(yù)值能跟隨著該發(fā)生移動的次用戶，加快了當(dāng)該發(fā)生移動的次用戶 參與協(xié)作時請求者對該次用戶信譽(yù)值的獲取速度，請求者收集協(xié)作感知報告，遍歷所有協(xié) 作者的交互記錄和計(jì)算綜合信譽(yù)值，通過動態(tài)博弈分析采取何種策略從而達(dá)到均衡；
[0011] 步驟S4 :根據(jù)所述步驟S3分析到達(dá)納什均衡后，請求者利用綜合信譽(yù)值和感知報 告的計(jì)算做出安全協(xié)作感知決策，并記錄相應(yīng)的交互情況。
[0012] 進(jìn)一步地，所述步驟S2中協(xié)作頻譜感知請求判斷與發(fā)送具體為：若請求者周圍存 在鄰居次用戶，即鄰居次用戶集合不為空時，向鄰居次用戶發(fā)起協(xié)作頻譜感知請求，并啟動 監(jiān)聽回復(fù)感知報告狀態(tài)；若請求者周圍不存在鄰居次用戶，則進(jìn)行單用戶頻譜感知。
[0013] 進(jìn)一步地，所述步驟S3中信譽(yù)傳遞方法，用以加快請求者計(jì)算協(xié)作次用戶的綜合 信譽(yù)值，所述信譽(yù)傳遞方法具體為：每個次用戶每隔30秒通過公共控制信道向鄰居次用戶 發(fā)送存在連接報告，當(dāng)次用戶發(fā)生位置移動導(dǎo)致鄰居次用戶沒收到時，鄰居次用戶向其一 跳通信范圍內(nèi)的次用戶傳遞該次用戶的信譽(yù)值，使得信譽(yù)值會隨著次用戶位置移動被鄰居 次用戶進(jìn)行傳遞，能加快協(xié)作頻譜感知時獲取次用戶信譽(yù)值的收斂速度。
[0014] 進(jìn)一步地，所述步驟S3中計(jì)算綜合信譽(yù)值的具體過程為：
[0015] 在時間1；時，請求者d對協(xié)作次用戶aeQd的綜合信譽(yù)值的計(jì)算，包括直接 信譽(yù)7：匕"的計(jì)算和推薦信譽(yù)的計(jì)算：
[0016] 4.,..=/?+(1-/?),..
[0017] 其中e是對間接信譽(yù)值在計(jì)算綜合信譽(yù)值的權(quán)重；如果請求者與協(xié)作次用戶交 互次數(shù)超過可信交互次數(shù)閾值X，則將直接信譽(yù)值作為最后的綜合信譽(yù)值R。
[0018] 進(jìn)一步地，所述步驟S3中基于信譽(yù)機(jī)制的動態(tài)博弈分析的具體過程包括以下步 驟：
[0019] 步驟S31 :參與者為請求協(xié)作頻譜感知的次用戶及其周圍的鄰居次用戶；
[0020] 步驟S32 :當(dāng)鄰居次用戶接收到消息，對接收到的協(xié)作頻譜感知的請求可采取的 策略包括協(xié)作感知與不協(xié)作感知；請求者接收到協(xié)作感知報告的話采取的策略包括請求并 接受與請求并拒絕；
[0021] 步驟S33 :在協(xié)作頻譜感知過程中，鄰居次用戶進(jìn)行協(xié)作感知所得的效用跟信譽(yù) 值R與檢測率Pd相關(guān)；由于協(xié)作頻譜感知為動態(tài)博弈，則每個次用戶都可能成為請求者或 協(xié)作感知次用戶；
[0022] 步驟S34 :鄰居次用戶在做出決策前，先進(jìn)行信譽(yù)計(jì)算，將信譽(yù)值代入博弈的效用 函數(shù)中，可計(jì)算采取策略相應(yīng)的效用，若請求者給出的獎勵A(yù)大于是其他頻譜感知請求進(jìn) 行協(xié)作頻譜感知給予的額外獎勵《，次用戶能夠通過協(xié)作感知獲得最佳的效用，此時達(dá)到 均衡；
[0023] 步驟S35 :請求協(xié)作者受到鄰居次用戶的感知報告時，判斷次用戶是否有過交互 歷史或交互次數(shù)是否達(dá)到能夠可信的程度；若否則啟動推薦信譽(yù)請求，并將計(jì)算結(jié)果保存 到本地?cái)?shù)據(jù)庫中；若是則請求者會根據(jù)信譽(yù)值，分析自己的效用并采取相應(yīng)的策略，若檢測
[0024] 進(jìn)一步地，所述步驟S4中安全協(xié)作感知決策的具體包括以下步驟：
[0025] 步驟S41 :在數(shù)據(jù)匯集與決策中，將步驟S3中得出的綜合信譽(yù)值作為權(quán)值代入以 下公式計(jì)算進(jìn)行數(shù)據(jù)融合得到融合結(jié)果，：
[0027] /5I AlDd請求s頻段時，其他鄰居次用戶發(fā)送感知報告的融合結(jié)果；StateaS IDa 次用戶感知到頻段s的狀態(tài)，Statea= {0, 1}，1代表空閑，0代表忙碌；
[0028] 得到后，根據(jù)以下公式來計(jì)算決策巧：
[0030] 其中句=〇，表示相信現(xiàn)在頻譜s狀態(tài)忙碌，A/ =1，表示相信現(xiàn)在頻譜s狀態(tài)空 閑；
[0031] 步驟S42 :進(jìn)行記錄交互情況，調(diào)節(jié)0 e {0, 1}推薦信譽(yù)在請求者的綜合信譽(yù)值 所占權(quán)重的參數(shù)大小。
[0032] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：（1)從公平性分析：本發(fā)明提出了信 譽(yù)值傳遞，使得協(xié)作次用戶的所建立的信譽(yù)值能在發(fā)生位置移動后通過一跳范圍內(nèi)的次用 戶進(jìn)行廣播，再次參與協(xié)作其信譽(yù)值不用重新累積，為公平性提高保證，加快請求者獲取協(xié) 作次用戶的信譽(yù)值的速度；（2)從安全性分析：本發(fā)明應(yīng)用于具有移動性的次用戶的認(rèn)知 無線網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行的協(xié)作頻譜感知，利用信譽(yù)機(jī)制和動態(tài)博弈分析，激勵次用戶積極參與協(xié) 作，能夠提高信譽(yù)值，并將協(xié)作者的綜合信譽(yù)值運(yùn)用到最后頻譜