一种新的分布式协作能量检测算法

针对集中式协作能量检测算法严重依赖中心节点的问题,提出了一种基于一致滤波器 的完全分布式的协作能量检测算法。该算法不需要中心节点,次用户可以通过与其邻居次用 户进行局域的数据交换,实现基于数据级融合的协作频谱感知。仿真结果表明,该算法比现 有的集中式协作能量检测算法优越,能够实现安全的频谱感知。     

基于信任机制的无线电环境地图重构

无线电环境地图系统中的感知节点被俘获后会受迫地向数据中心发送伪造数据，导致无线电环境地图精度降低。针对该问题，提出了基于信任机制的空间插值算法改进方案，并阐述了感知节点信任值更新策略。该方案通过改变感知节点的信任度来降低恶意节点的数据在空间插值算法中的权重，经过信任值的多次更新而最终隔离恶意节点。实验仿真中，均方根误差（RMSE）和误警区域率-正确检测区域率（FAZR-CDZR1）两种性能指标均表明所提方案能够有效遏制恶意节点的篡改数据攻击，保障了无线电环境地图的精确度。     

融合信誉评估与巡查机制的WSN能量高效安全成簇算法

无线传感网（Wireless Sensor Network,WSN）因节点众多、通信开放、资源有限,且通常部署在无人值守区域,表现出明显的安全脆弱性。提出了基于具有能量高效特征巡查机制的WSN安全应对模式,设计出了一种融合信誉评估与巡查机制的WSN安全成簇算法：首先构建簇化层次式网络模型,基于节点的剩余能量和簇质心距离选取簇头节点,提升节点能量消耗的均衡性;并建立节点信誉评估模型,通过巡查机制随机检测节点的通信行为,基于节点行为对信息安全的威胁程度,利用指数函数计算并及时更新节点的信誉值,放大性地惩罚节点的异常行为,有助于节能和快速发现恶意节点。仿真测试结果表明,算法能够均衡传感器节点的能量消耗,在不明显缩短网络生命周期的情况下,对无线传感网中恶意节点具有较高的检测速率和97%的检测率。     

可信的反馈声誉保护协作频谱感知软判决算法

协作频谱感知中信任机制的引入,起到了抑制恶意用户频谱感知数据伪造(SSDF)攻击行为的作用。然而,数据融合中心不加区分地接收协作感知结束后的反馈信息,为恶意用户带来了实施“掺沙子”攻击的机会。恶意用户向数据融合中心反馈错误的主用户频谱状态,使信任机制不能得出准确的信任值。为此,提出了一种基于反馈声誉的信任机制,考虑反馈中的个体性特征,引入反馈声誉的思想来量化认知用户信任值。同时,将信任值量化结果用于权重经典软判决算法——序贯概率比检测(SPRT)算法,消除SSDF恶意用户参与软判决数据融合的影响,形成可信序贯概率比检测算法(FSPRT)。仿真结果表明FSPRT算法的性能优于传统SPRT算法,能有效降低网络信任值计算误差,并保持较好的感知性能。     

基于统计可信度的压缩感知协作频谱检测算法

压缩感知为认知无线电的宽频谱感知提供了一种新的方法和思路。基于压缩感知的原理,提出了一种多认知用户协作场景下基于用户统计可信度的协作频谱检测算法。该算法使用正交匹配协作追踪算法获得认知区域内的频谱占用情况,根据不同认知用户频谱检测的历史准确度综合判定用户感知结果的统计可信度。仿真结果表明,该算法在不同用户数、不同采样值、不同信噪比变化范围下其检测性能均优于传统算术平均方法,有效改善了检测性能。     

基于SNR比较的认知无线电协作频谱检测

协作频谱检测是认知无线电中的一项关键技术,其检测性能取决于感知节点的本地频谱检测结果的可靠性,而目前已有的方案中对此却很少考虑.对此,认为不同的认知节点信噪比(SNR)导致了各节点本地检测结果的可靠性不同,故在此基础上提出了一种基于融合中心进行SNR比较的认知无线电协作频谱检测算法.在该算法中各认知节点将本地的判决结果和估计的SNR同时发送到融合中心,然后在融合中心对SNR进行比较,按照文中设计的规则来选取有较好SNR的认知节点参与判决融合.数值分析和计算机仿真表明,该方法能有效提高检测概率,并减少参与判决融合的节点数量.     

利用自相关矩阵的量化合作频谱感知方法

为了改善认知无线电的频谱感知性能,提出一种基于自相关矩阵的量化合作频谱感 知方法,对各认知用户的本地检测结果采用多个判决门限进行有限位的量化,在融合中心采 用加权投票准则对该量化信息综合处理,得出最终判决。该方法是一种盲感知方法,不需要 知道主用户信号的先验知识和噪声方差信息。具体讨论了一种2 bit量化合作频谱感知 方案 ,并将其与传统的基于能量检测的合作频谱感知方案作比较。理论分析和仿真结果表明,该 方案可以有效提高频谱感知能力。     

认知无线电差分协作压缩频谱估计算法

在分布式认知无线网络场景下,针对传统协作压缩频谱估计收敛速度慢、计算复杂 度高的问题,提出了一种差分协作压缩频谱估计算法用于宽带频谱感知。算法通过利用不同 认知用户感知的宽带信号所满足的相同频谱支撑集特征,实现了在邻居节点感知先验信息条 件下,本地认知用户基于压缩测量向量差值的宽带频谱迭代估计。仿真分析结果表明,所提 算法在频谱估计精度、检测性能与计算复杂度方面均获得了明显改善。     

基于压缩感知和最小二乘的分布式协作频谱感知

针对认知无线电(CR)集中式频谱感知算法对融合中心要求高，而且对节点失效的容忍性也不高等缺点，提出了一种基于压缩感知的分布式多节点协作算法。认知无线电网络中每个CR节点在接收信号频谱后，首先根据压缩采样理论在本地获取压缩采样测量值，然后利用l1范数约束的最小二乘算法在本节点估计频谱，把在此节点估计的频谱传给下一相邻节点，以此进行迭代优化直到算法收敛。理论分析和仿真结果表明，所提算法不仅计算复杂度低，收敛速度快，而且精确重构性能好，可靠性较高。     

一种高能效低时延的LLN路由修复算法

由于低功耗有损网络(LLN)中无线链路的不稳定性和有损性,外部环境的干扰极易导致网络出现故障,从而严重影响网络性能,而LLN网络中现有路由修复算法存在控制开销冗余和修复时延较大等问题。为此,提出了一种高能效低时延的LLN路由修复算法(EELDR-RPL)。该算法通过采用“零额外控制开销通告链路故障及邻居节点信息”机制,使得链路故障节点的子节点能够及时获知链路故障以及链路故障节点的邻居情况;通过采用“自适应调整节点网络深度值”机制,使得链路故障节点能够快速地重新接入网络;通过采用“链路故障节点子节点自适应切换”机制,能够达到优化网络拓扑的目的。仿真结果表明,与现有路由修复算法相比,EELDR-RPL算法能够有效地降低路由修复时延和减少控制开销。     

基于扩散策略的分布式协作频谱检测

分布式认知网络中,认知用户通过与相邻用户交换检测量信息,达到全网一致,实现对主用户信号的检测。为了提高网络检测量信息的收敛速度,提出了一种基于扩散策略的分布式协作检测算法。在该算法中,将最大最小特征值检测算法的检测量作为交换的初始信息,构造自适应矩阵和融合矩阵作为加权因子对认知节点状态值进行迭代更新,实现全网认知用户检测量信息一致,各认知用户独自根据融合的检测量信息,进行最终的检测判决,确定主用户是否存在。仿真结果表明,该算法在网络收敛速度和检测性能上较共识策略和非合作检测有不同程度的提升。     

协作多组多播认知无线网络的资源优化配置

考虑到无线电频谱资源日益紧缺,提出了一种基于组间组内协作传输的多播组新机制,涉及多个多播组并使用同一频谱资源以协作方式传输信息。基于认知无线网络中该机制,研究了系统的资源优化配置,理论分析得出了功率分配方案,进而讨论了系统加权总传输速率的优化,同时考虑了主用户和认知用户之间信号干扰及功率限制对传输速率的影响,最优化用户性能。仿真结果表明,优化方案下多播组传输速率随用户人数的增加而上升,达到最优化用户服务质量;当功率限制时,通过设置加权因子,能够保证主用户拥有良好的通信性能。     

一种基于无线电环境地图的路由优化机制

设计认知无线网络路由算法时,需要兼顾主用户保护与路由性能两个方面。为了提高认知无线网络中次用户之间路由的端到端性能,提出了基于无线电环境地图的路由优化机制,该机制中无线电环境地图能够为次用户提供主用户保护有关的无线电环境数据。首先,无线电环境地图根据次用户的数据请求将各授权频段的可用概率与功率控制相关信息反馈到该次用户;其次,次用户可以计算出与上一跳次用户之间的链路稳定性以及传输时延;最后,目的次用户通过计算每条路由的端到端吞吐量的期望值,然后选取期望值最大的一条路由。仿真结果表明,该路由机制在平均分组投递率、平均端到端吞吐量、平均端到端时延方面均优于对比路由算法。     

基于非参量累积和的合作频谱感知

针对认知无线电网络中频谱感知的检测时延降低问题，提出了基于非参量累积和的合作频谱感知算法。本地认知用户预处理频谱观测数据，获得观测数据相对于信念值的正向漂移和负向漂移。为了缩短检测延迟，认知用户只将数据的正向漂移同步传输至融合中心。融合中心融合正向漂移得到判决信息，采用非参量累积和算法依时间序列顺序累加判决信息，判断主用户是否正在使用授权频段。为了解决不传输负向漂移引起的虚警问题，改进算法提出融合中心可以保留首次判决，经过等待时间间隔后再作出最终判决。相对于传统的软融合算法，改进融合规则的合作频谱感知算法具有较低的检测延迟。     

基于网络编码的用户协作分集系统性能分析

针对非协作通信和传统协作通信系统不能达到高天线分集增益的问题,提出基于网络 编码的用户协作系统模型。研究了基于网络编码不同协作用户的天线分集增益,并分析非协 作机制、传统用户协作机制和基于网络编码用户协作机制的中断概率。理论分析和系统仿真 表明,基于网络编码的用户协作系统能显著降低系统中断概率,获得更大的分集增益,且协 作用户数越多,系统分集度越好。     

抗SSDF攻击的EWSPRT协作频谱感知方案

比较了认知无线电网络中几种典型的协作感知方案在篡改感知数据(SSDF)攻击条件下的感知 性能,并提出了一种增强型加权序贯检 测（EWSPRT）协作方案。在该方案中,各次用户首先通过能量检测得到2 bit本地决策 ,然后 收集其它协作用户的感知结果进行决策融合和最终判决,并依据历史观测信息动态更新各协 作用户的融合权重;利用改进的信任度更新算法能使恶意用户的融合权重更快地降低,从而 有效地减少SSDF攻击对协作过程的影响。Monte-Carlo仿真结果表明,与传统方案相比,EWS PRT方案能够更有效地抵抗SSDF攻击。     

异构网中载波聚合系统的成员载波选择和干扰协同

为了解决下一代演进移动通信系统在异构网场景由于低功率基站在高功率基站覆盖区 域的随意分布而导致的小区间干扰问题及容量速率限制,提出了一种载波聚合系统的成员载 波选择和干扰协同方法。该方法基于修正的载波公平比例准则,动态地在小区间协同选择成 员载波。为了进一步提高低功率节点的系统容量,设计了新的基于调和平均数的用户小区选择 准则及算法。仿真结果表明,与频率复用因子为1的系统相比,设计的方法由于静默了部分 高功率节点用户成员载波,从而使低功率节点用户获得更多的选择机会,可提高低功率节点 小区的容量。     

一种改进的扩展窗喷泉码不等差错保护编码算法

针对传统不等差错保护（Unequal Error Protection,UEP）算法在加性高斯白噪声信道中存在误码平台的问题,提出了一种改进的扩展窗喷泉码（Expanding Window Fountain,EWF）编码算法。通过为不同重要等级数据加窗的方式,使得重要等级较高的信息节点能够以更高的概率连接至更多的校验节点。在编码过程中分开记录不同窗内信息节点的度数值,并优化校验节点选取信息节点的方式,使得度数值相对较小的信息节点始终能被优先选取,从而提高了每个窗内信息节点的平均度数值,为各重要等级的数据提供了额外的增益。仿真结果表明,改进的EWF算法可将不同等级数据的误码平台降低1~2个数量级,且数据的等级越高,保护性能越强。     

认知无线电的合作频谱检测分析

认知用户需要持续快速地检测主用户的出现,对基于认知无线电的合作频谱检测机制进行了分析。在理想的两用户网络中,认知用户采用合作机制可以提高系统的平均侦测时间。在多认知用户网络中,参与合作的用户越多,单个认知用户对主用户的侦测概率越高。对于多用户网络,还考虑了整体的实现。