认知无线电网络仿冒授权用户检测开题报告

一、研究背景

近年来，随着无线通信技术的快速发展和人们对于高传输速率的追求，通信界对频谱资源的需求也在快速的增长。然而频谱资源是有限的，现有的分配体制无法满足人们飞速增长的无线接入需求。解决这一矛盾的方法主要有两个方面^[1]：一方面，利用新的频段；另一方面，改进各种编码和调制技术，提高频谱利用率。但是，由于受限于无线终端天线的尺寸和发射功率，能够适用于无线接入的新的频段非常有限。在提高频谱利用率方面^[1]，即使采用目前先进的CDMA编码技术、OFDM及MMO等技术，频谱效率也仅能达到3～4 bit/（s·Hz）。然而频谱效率3～4倍的提高并不能满足人们日益剧增的带宽需求。在这种情况下，认知无线电技术^[2]进入人们的视野，并为解决这一难题带来了转机。由于认知无线电是无线通信的一种，因此它具有传统无线通信的所有安全问题，如无线信号的被截获和篡改等。此外，随着“认知”的引入还带来了一些新的安全隐患，比如对主用户的冒充^[3]。认知用户在通信过程中感知到主用户存在时，应该立即退出该信道防止对主用户干扰。攻击者利用这一特点，当它检测到一个空闲的频段时，就会发送模仿主用户信号特征的信号，阻止其他认知用户竞争此频段。

二、目的及意义

区分主用户信号和认知用户信号现有的频谱感知^[4]方案主要是基于能量检测,认知用户检测到一个它不能识别的信号时，将认为该信号来自主用户。在这种过于简单的信任模型中,攻击者能够通过在授权频段上发送认知用户无法识别的信号达到冒充主用户,阻止其他认知用户接入这个频带的目的，如此一来，无法区分主用户信号、二级用户信号和同频干扰信号。

对合法PU（Primary User）和仿冒PU的检测区分，实质上是一个模式识别过程^[5]。在某些授权频段，仿冒PU很难同时仿制合法PU的调制方式、物理位置和能量等级等，对认知网络发动攻击。此外，仿冒PU发动恶意攻击的前提是不得对合法PU产生干扰，所以PUE攻击只存在于空闲频段，为了提高攻击效率，仿冒PU通常采用跳频的方式在多个信道发动PUE攻击,这就使得在不同时刻同一仿冒PU可能出现在不同的信道，也可能在同一时刻同一信道内出现多个仿冒PU，此时，认知网络会在同一信道内检测到多个“PU”,这在授权频带是不可能发生的，可直接判定为仿冒授权（Primary User Emulation PUE）攻击^[6]。对仿冒PU与合法PU物理位置和能量等级的区分，可分别采用基于合法PU信号源定位防御机制中的信号源定位和信号强度匹配技术，针对仿冒PU与合法PU信号特征的不同进行有效区分就显得尤为重要。