[发明专利]联合信源信道有效用户安全识别方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信领域的一种联合信源信道有效用户安全识别方法，特别是涉及一种在基带数字调制时在每个报文的开始处嵌入一个与信源数据有关的随机、可识别的头标识，对报文确知头标识采用加密保护提高信道安全，接收时应用基于子空间的多信号分类法对头部数据进行用户识别的一种联合信源信道有效用户安全识别方法。

背景技术

移动Ad hoc(Mobile Ad Hoc Network简称Ad hoc)网络作为一种新型的移动多跳无线网络，与传统的无线网络有很大不同，它不依赖于任何固定的基础设施和管理中心，而是通过传输范围有限的移动节点间的相互协作和自我组织来保持网络连接和实现数据的传递。由于其具有动态的拓扑结构，多跳的通信，用户间干扰，靠电池供电、能量有限，安全性差容易受到被动窃听、主动入侵、拒绝服务、剥夺“睡眠”等网络攻击，因此无线Ad Hoc网络传输安全和节省有限的电池能源显得尤为重要。

近几十年来，通信安全技术中低概率截取、低概率位置锁定的扩展频谱技术发展迅速，其中同步直序扩频码分多址DS-CDMA(Direct Sequence Spread Spectrum Code DivisionMultiple Access简称：DS-CDMA)已经得到了广泛应用。虽然扩频技术用于保密通信有一定的安全性，但仍存在安全隐患，例如当攻击者或未经授权的用户企图冒充合法用户进入无线通信系统时，用户头标识截取是最危险的。而以往的分组报文头标识是一些固定的、唯一表示源或目的地址的码字序列ID(Identification，简称ID)，这些码字序列从信号级的角度可看成是固定的确知的信号，不具备随机性，对整个报文来说这段信息最易跟踪和截取。针对基于DS-CDMA的无线Ad Hoc网络，为了报文的安全传送，移动节点需要对通信对端进行认证，如果在基带数字调制时对确知头标识采用加密保护，将进一步提高安全性能。

通常无线Ad Hoc网络采用同步直序扩频码分多址DS-CDMA接入技术，允许同时接收多个报文的可能。当同一时刻多个发射机向同一接收机发送报文时，将出现报文冲突。发生冲突时，传统的方法是将此报文丢弃稍后重发，重发势必“浪费”有限的电池能源。早期提出的几个信道接入协议如Common Code和Receiver-Based Code信道接入协议很难解决报文冲突的问题；Transmitter-Based Code信道接入协议与多用户检测技术结合可以解决报文冲突，但固定的分组报文头标识又不具备随机性，对整个报文来说这段信息是最易跟踪和截取，攻击者可以集中干扰地址信息部分，发送大量含有该头地址的无用信息，从而给接收机带来繁重的解码负担，削弱、延迟甚至阻遏接收机正常通信能力，无线Ad hoc网络将面临安全威胁和大量的能量消耗。

发明内容

为了解决上面提到的无线Ad Hoc网络中无线信道中的传输安全和节省有限的电池能源两个问题，本发明提出了一种联合信源信道有效用户安全识别方法。该方法将安全和识别结合起来，在基带数字调制时在每个报文的开始处嵌入一个与信源数据有关的随机、安全可靠的、可识别的头标识，对已知头标识采用加密保护。使传输的报文难于被截获和被施加干扰，提高了信道中的传输安全性；接收时应用基于子空间的多信号分类法对头标识部分数据进行用户识别，在解决了报文冲突的同时也实现了有效用户识别，提高了漏警概率。对接收机而言只对自己所需的报文进行解扩，无需对接收频带内所有报文解扩，减轻了解码负担，减少了不必要的接收机能量消耗，节省了有限的电池能源。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：信源数据信息按一定长度被分成若干段，在对每段数据打包发送时进行联合信源信道安全头标识编码。编码时在要发送的每段数据前加一个安全头标识，该安全头标识由确知头标识序列与随机密钥序列进行异或运算生成。密钥序列来自于上一帧报文的数据信息部分，因此该密钥用于形成用户安全头标识的一部分与信源信息密切相关。打包成所规定的帧格式的数据经过扩频后形成一个报文，再经载波调制发送到无线信道中。接收机接收到指定频带内的信号后，经滤波、采样、bit成帧后应用基于子空间的多信号分类法先对头标识部分数据进行有效用户识别。在有效用户识别过程中采用差分极大算法估计出活动用户数，进而确定信号子空间和噪声子空间，确定了信号子空间即确定了活动用户，同时也可以获知各个活动用户的扩频码序列，对活动用户的报文头标识进行解扩和解密，实现有效用户的识别。其中解密所需的密钥来自于接收到的上一帧报文中的信源数据信息部分。