[发明专利]一种基于博弈论最优PUEA方式的动态干扰方法

说明书

本发明公开了一种基于博弈论最优PUEA方式的动态干扰方法，属于认知无线电技术领域。本发明基于攻击者和次级用户双方具备动态更新对抗策略的能力，提出使用博弈论模拟这一动态过程。通过引入功耗因子，基于攻击者知晓次级用户感知结果的理想假设，得到双方最佳行动策略的纳什均衡点。通过与现有通用干扰方法比较，发现在较大的攻击本消耗下，博弈论下的攻击依然有较高的效益。由于多频段的不完全信息博弈计算复杂度太高，本发明还通过对单频段双方不完全信息博弈的纳什均衡结果分析，提出一种新的方法，将多频段功率分配转化为常规优化问题。本发明提供了能适应实际应用场景的完全信息、非完全信息下，以及非完全信息下的多信道的动态干扰策略。

技术领域

本发明属于认知无线电(Cognitive Radio，CR)技术领域，具体涉及一种基于假冒主用户攻击(Primary User Emulation Attack，PUEA)方式的通信干扰方法。

背景技术

在频谱感知中，恶意用户的存在严重影响到认知无线电系统的工作效率。这类恶意攻击可以分为两类：感知链路干扰，以及协作感知干扰。在对感知链路干扰的研究中，假冒主用户攻击(Primary User Emulation Attack，PUEA)是一种典型的干扰方式，其通过模拟主用户(Primary User，PU)信号的特征，发送与PU信号相似的信号以迷惑附近的二级用户(Secondary User，SU)。从而使得FC对PU的状态做出错误的判断，进而扰乱感知网络正常的运行，降低认知无线电网络的工作效率。

能量检测是通过测量某段时间内某个频段上接收到的信号能量来判断是否有频谱空洞。能量检测技术实现简单、计算的复杂性低。它是认知无线电网络中最常用的频谱感知检测方法。

在实际干扰时，攻击者和SU都是理性的。攻击者会考虑所消耗掉的攻击能量是否与CR网络中吞吐量损失量成正比。若消耗大量的能量，只是欺骗成功小部分频段，攻击者会放弃继续实施感知欺骗，数据阶段也是同样的理性考虑，信道数据误码率高于通信干扰成本，攻击者也会选择不干扰。类似地，对于通信链路中噪声过大，误码率过高，即使该频段空闲，SU也会放弃进行数据通信。

所以在能量有限的现实下，攻击者和SU总会权衡成本和收益后再选取策略。博弈论考虑游戏中的个体的预测行为和实际行为，并研究它们的优化策略，很好地应用到此类场景中。虽然目前已经有很多文献研究了博弈论在认知无线电干扰与抗干扰中应用的问题，不过考虑更多的是纯策略的情形，且他们更多的是停留在静态博弈研究上，而实际场景中理性玩家之间的博弈是动态的，而且这些研究也并没有将感知时隙和数据时隙联合起来研究。也有文献考虑的是动态博弈场景，可也只是研究频谱感知阶段，同时并没将频谱感知技术和通信传输理论运用进去，只是人为设定参数。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的技术问题，在攻击者能量有限的条件下，将攻击者和SU之间的对抗，建立为动态博弈模型，结合能量检测技术和通信传输理论，为攻击者能量分配和动态策略的选取提供最佳方案。攻击者可以根据反馈的攻击效果实时调整策略，大大增大了攻击者的智能性，从而提供一种基于博弈下最优PUEA方式的动态干扰方法，进而为安全频谱感知的研究提供了更真实的仿真与验证环境，促使抗干扰方式的进一步优化。

本发明的基于完全信息博弈下最优PUEA方式的干扰方法，包括下列步骤：

构建攻击策略的选取概率集合λ_a＝{λ_a1,λ_a2,λ_a3,λ_a4}，以及SU行动策略的选取概率结合λ_u＝{λ_u1,λ_u2}，其中λ_ai(i＝1,…4)表示攻击策略S_ai的被选中概率，且∑λ_ai＝1；λ_uj(j＝1,2)表示SU行动策略S_uj的被选中概率，∑λ_ui＝1；