无线电组网在应用中的信息安全与防护研究

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1、无线电组网在应用中的信息安全与防护研究张世伟　郝威　郭巡（中国人民解放军海军工程大学电子工程学院信息网络工程系，湖北武汉430033）【摘要】近年来，认知无线电和认知无线网络成为了无线通信领域的研究热点，它解决了传统无线网络中无线频谱资源匮乏的问题,通过允许未授权用户伺机接入空闲的频谱资源,从而提高了无线频谱的利用率。频谱感知技术是认知无线电系统的基本功能,是实现频谱管理和频谱共享的前提。认知无线电的核心思想是在不影响正常付费用户正常通信的情况下,伺机动态占用频谱资源,所以,在这种接入优先级的策略下,加上频谱感知的技术特点,认知无线电网络不但存在传统无线网络相同的安全隐患,同时

2、也带来了一些新的安全问题。本文在介绍认知无线电及组网的基础上分析其存在的信息安全隐患以及采用的防护措施。.jyqkonHaykin的定义是：认知无线电是一种能够感知外部环境，并且可以使用人工智能技术从环境中学习的系统，通过改变某些参数（传输功率，载波频率等）时期内部的状态可以适应接收到无线信号的统计变化，最终实现任何时候，地点和节点的高度可靠通信以及对资源的充分利用。2　认知无线电系统的关键技术频谱感知技术在认知无线电中具有基础地位，是认知无线电系统的基本功能，是实现频谱管理，频谱共享的前提，所谓的感知，就是在时域、频域和空域等多维空间内，对授权用户的频段不断进行检测，发现是否

3、存在空闲频谱。频谱感知的目的是发现空闲频谱（频谱空洞），在授权用户不占用该频段时，供认知用户使用。由于授权用户对相应频段的拥有权，为了保证授权用户的服务质量，认知无线电需要独立、可靠地、通过连续的对授权用户进行检测，才能发现频谱空洞，并在授权用户出现时，及时退出占用的频段。频谱检测技术：频谱检测的主要功能是监测可用频段，检测频谱空洞。就是在各频段连续不断的检测是否有主用户在发射信号，若检测有主用户信号，则认为主用户存在，次用户暂时不使用该频段;反之次用户可以利用该频段传送信息。即主用户拥有最高的频谱使用优先级，若干具有低优先级的认知无线电用户可以与它分时段分享频谱资源，提高频谱

4、资源的利用率。认知动态频谱处理的第一个任务是无线环境下频谱空洞的检测。认知无线电系统中频谱检测的作用是尽量快而准确的确定未被占用的频段。频谱分配技术：频谱分配技术是在频谱检测之后，将探测到的可用频谱资源块分配给CR用户进行通信。认知网络中的频谱分配分为网间和网内的频谱分配两种情形，网间频谱分配是指多个认知网络之间进行的动态频谱分配，网内频谱分配是指CR用户之间的频谱分配。功率控制与频谱管理技术：在CR网络中，次用户使用授权频谱优先级较低，不能对主用户造成过分干扰，可以将次用户的本地信噪比近似为主次用户之间的距离，从而相应地调整用户的发射功率。频谱移动性管理就是当认知用户检测到授

5、权用户出现时，同时，系统没有多余的空闲频谱，则该认知用户需让出当前使用频谱，切换至其他可用频谱。3　认知无线电组网与应用3.1　认知无线电网络的结构认知无线电网络是由认知通信终端，以及与外网相连接的传输控制中心组成，其中认知通信终端具有认知无线频谱、信号传输、数据存储与分析、传输参数可改变的能力。认知节点通过无线电频谱感知模块对其所处无线电环境进行检测，认知通信终端设备存储检测结果，并与以往的无线电频谱使用情况结合进行分析，根据分析结果结合通信时间得出最佳的信息传输信道使用方案，并向控制中心申请传输信道，利用获准的传输信道传输信息。3.2　组网技术发射机如何在动态环境下定位接收

6、机是认知无线电的一个主要研究方面，这取决于认知无线电的组网方案：（1）集中式网络（中心控制）：指一种以AP为中心的单跳的无线网络，其他节点只与AP保持直接通信。AP负责整个网络发热资源分配和信息发布，对网络进行集中管理。主要特点是发射信号的控制设计相对简单，但受制于基站的建立。（2）分布式网络（分布式控制）：指一种无中心、多跳的自组织无线网络，网络中每个节点具有认知功能，能感知本地信道使用情况，并选择空闲信道作为工作信道，分布式网络各个节点是独立的，不存在从属关系。主要不足是发射信号的控制设计相对困难。（3）混合式网络：指有集中式和分布式两种网络结构融合后的网络，通过网关节点实

7、现两者的互通。它是一种以AP为中心的多跳异构网络。网络中有一个网关节点作为连通集中式和分布式网络的桥梁，实现两种网络的互联。这种组网方式非常灵活，当分布式节点脱离网关时，分布式网络需要单独组网，而当分布式节点因为移动处于AP的覆盖范围内时，该节点将成为网关节点，而集中式节点进入分布式网络范围单没有脱离AP时，也将成为网关节点。因此，该结构具有高度的动态性和灵活性，网络中各个节点会因移动和无线环境的变化而在各种节点身份之间转换。4　认知无线电组网的应用军事方面，无线频谱资源匾乏的问题依然存在，