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随着无线通信的发展,无线频谱资源日渐稀缺。认知无线电技术可以提高频谱利用率,成为解决频谱资源匮乏的重要技术之一。研究表明,由于认知用户具有较大的自主性和较强的传输控制能力,认知无线网络极易受到自私行为攻击的威胁。例如,在缺乏约束和激励的分布式认知无线网络中,某些认知用户可以通过擅自增加其发送概率等违背系统协议的措施来提高本用户的吞吐量,从而获得更高的收益。自私行为攻击可导致用户间的不公平性,甚至可以进一步导致认知无线网络的拒绝服务攻击。
为此,论文以认知无线网络中的发送概率控制为例对自私用户的行为进行了分析,通过重复博弈建立用户间的信任机制,激励认知用户合法竞争频谱。为了消除理性用户执行自私行为攻击的动机,本文提出了基于联合干扰的认知无线网络安全(Cooperation Jamming-based Cognitive Radio Security,CJCRS)机制,惩戒违反规则的作弊用户,令其收益小于非作弊用户。该机制包括两个部分:攻击检测机制和基于联合干扰的惩戒机制。惩戒机制分为两个阶段:在阶段1内,其余用户联合对作弊用户发送干扰信号破坏其通信,令其收益显著下降;在阶段2内,非作弊用户可以发送数据,但作弊用户不得发送消息,否则将受到更严厉的惩戒。仿真结果表明,在存在自私攻击时,该安全机制的性能优于传统的IEEE802.11DCF系统,能明显降低作弊用户的收益,并有效提高非作弊用户的平均收益,证明了该安全机制在防御自私行为攻击方面的可行性和有效性。
本文的主要创新点是:在重复博弈模型下,对独立的认知用户进行了约束,为认知用户基于信任实现频谱的合法竞争提供了理论依据;同时,提出了有效的基于联合干扰的认知无线网络安全机制,对发动自私攻击的作弊用户实施惩戒,从而迫使理性的自私认知用户放弃作弊行为,达到主动防御自私行为攻击的目的。