CN115333612A - 基于欺骗机制的卫星互联网抗干扰方法 - Google Patents

基于欺骗机制的卫星互联网抗干扰方法 Download PDF

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CN115333612A CN202211250708.3A CN202211250708A CN115333612A CN 115333612 A CN115333612 A CN 115333612A CN 202211250708 A CN202211250708 A CN 202211250708A CN 115333612 A CN115333612 A CN 115333612A
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Abstract

本发明涉及卫星互联网通信抗干扰技术领域，提供了基于欺骗机制的卫星互联网抗干扰方法。该方法包括：当干扰功率受限时，卫星节点感知通信信道状态受扰，采用欺骗信道策略，卫星节点的欺骗信道与干扰机进行功率控制博弈，基于设定通信需求，选择最优功率策略使得路由代价最小；当受到强干扰时，卫星节点感知通信链路阻断，采用欺骗节点策略，卫星节点与干扰机进行路由选择博弈，基于设定通信需求，选择最优路由策略使得路由代价最小。本发明为卫星节点传输信息过程中遇到的抗干扰问题提供了更便捷的解决方法，实现了理论与实践的统一，使得收敛性和有效性都有了明显的改善。

Description

基于欺骗机制的卫星互联网抗干扰方法
技术领域
本发明涉及卫星互联网通信抗干扰技术领域，尤其涉及基于欺骗机制的卫星互联网抗干扰方法。
背景技术
随着通信技术的不断创新，卫星互联网技术迅速发展，现已实现全球覆盖、泛在连接、宽带接入等功能，并逐渐成为未来通信技术的重要组成部分。然而由于卫星互联网的开放性、高动态性以及轨道的固定性，使卫星互联网易受到多方面干扰攻击，研究卫星互联网抗干扰的方法，已经成为通信领域关注热点。欺骗式抗干扰作为抗干扰技术的重要手段之一，被广泛用于通信抗干扰领域。A. Pourranjbar等发表于《IEEE Transactions onCommunications》的《Deceiving-Based Anti-jamming against Single-Tone and Multi-Tone Reactive Jammers》将用户与干扰之间的交互作用建模为一个非合作的Stackelberg博弈，并提出了一种基于欺骗的抗干扰方案，用以对抗“智能”的反应式干扰。该研究考虑的状态信息都是已知的，没有考虑不确定信息条件下的抗干扰策略。Nan S等发表于《2020IEEE 31st Annual International Symposium on Personal, Indoor and Mobile RadioCommunications》的《Mitigation of Jamming Attacks via Deception》研究了基于欺骗机制的抗干扰问题，干扰机能够感知通信信道上的通信活动，从而确定其干扰策略。而通信方通过发送假信息来欺骗干扰机，从而减轻干扰影响，最终缓解干扰影响，满足通信需求。但是该研究没有考虑跨层联合抗干扰方式。Huynh N V等发表于《IEEE Transactions onWireless Communications》的《DeepFake: Deep Dueling-Based Deception Strategy toDefeat Reactive Jammers》介绍了一种基于深度强化学习的欺骗策略--深度伪装。发射机发送“假”信号来吸引干扰机，如果干扰机发送攻击，发射机可以利用从强干扰信号中获取能量来使用，利用干扰信号提高系统性能。但是该研究对通信方的设备性能要求有限制，不能应用到大部分的通信设备上。Hoang D T等发表于《IEEE Wireless Communications》的《Borrowing Arrows with Thatched Boats": The Art of Defeating Reactive Jammersin IoT Networks》介绍了一种源于“草船借箭”策略的欺骗策略，目的是对抗低功率IOT网络的反应性干扰攻击,并且提出了一个低成本的深度强化学习框架，使受硬件约束的IOT设备能够快速获得最佳的防御策略。该研究没有考虑不同干扰情况下，抗干扰策略的调整。
欺骗式抗干扰技术是抗干扰领域的重要方法之一，针对卫星互联网抗干扰方法的研究也成为热点。但是，基于上述方法存在的弊端，当前把欺骗机制和卫星互联网抗干扰相结合的研究目前还很少，使得卫星互联网干扰问题无法得到有效解决。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了基于欺骗机制的卫星互联网抗干扰方法，以解决现有技术中基于欺骗机制的卫星互联网抗干扰的技术问题。
本发明提供基于欺骗机制的卫星互联网抗干扰方法，包括：
S1.当干扰功率受限时，卫星节点感知通信信道状态受扰，采用欺骗信道策略，卫星节点的欺骗信道与干扰机进行功率控制博弈，基于设定通信需求，选择最优功率策略使得路由代价最小；
S2.当受到强干扰时，所述卫星节点感知通信链路阻断，采用欺骗节点策略，所述卫星节点与所述干扰机进行路由选择博弈，基于所述设定通信需求，选择最优路由策略使得路由代价最小。
进一步地，所述S1中，欺骗信道策略包括：
当干扰机的干扰功率受限时，卫星节点采用闲置信道进行虚假消息传输，分散所述干扰机的干扰功率，缓解原通信路由的通信环境，以满足所述通信需求。
进一步地，所述S2中，欺骗节点策略包括：
当所述卫星节点遭受强干扰影响时，所述卫星节点对邻近空闲卫星节点发出信号，所述邻近空闲卫星节点对周围空闲卫星节点发送伪高数据流，分散所述干扰机的干扰功率，缓解原通信信道的通信环境，以满足所述通信需求。
进一步地，所述S1包括：
当干扰功率受限时，所述卫星节点的欺骗信道与所述干扰机进行功率控制博弈，求得卫星节点的最小路由代价，其中，卫星节点的最小路由代价为卫星原节点到下一跳卫星节点的路由代价，所述最小路由代价为当前通信链路的耗费时间，耗费时间包括受扰链路上的数据包收发的处理时延、信号在空间上的传输时间和通信传输前需要的排队时延。
进一步地，所述S2包括：当受到强干扰时，所述卫星节点与所述干扰机进行路由选择博弈，求得卫星节点的最小路由代价，所述最小路由代价为所述卫星原节点到目的节点的所有通信链路的路由代价总和。
进一步地，所述最优功率策略包括卫星节点的最优功率策略和干扰机的最优功率策略，所述步骤S1还包括：
基于卫星节点的效用函数，获得卫星节点的最优功率策略；
基于干扰机的效用函数，获得干扰机的最优功率策略。
进一步地，所述S1中，当采用欺骗信道策略时，最小路由代价的计算式如下：
Figure 606253DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 562708DEST_PATH_IMAGE002
表示当前卫星节点选择的欺骗功率；
Figure 638152DEST_PATH_IMAGE003
表示当前干扰机选择的针对欺骗信道的干扰功率，
Figure 587523DEST_PATH_IMAGE004
表示当前卫星节点和干扰机所选的混合功率策略；
Figure 503526DEST_PATH_IMAGE005
表示在策略
Figure 270363DEST_PATH_IMAGE006
下的路由代价。
进一步地，所述S2中，当采用欺骗节点策略时，最小路由代价的计算式如下：
Figure 311131DEST_PATH_IMAGE007
其中，
Figure 595351DEST_PATH_IMAGE008
表示当前卫星节点所选的动作；
Figure 474183DEST_PATH_IMAGE009
表示当前卫星节点的状态；
Figure 490549DEST_PATH_IMAGE010
表示当前卫星节点的路由选择策略，
Figure 985990DEST_PATH_IMAGE011
表示在策略
Figure 231158DEST_PATH_IMAGE012
下的路由代价。
本发明与现有技术相比存在的有益效果是：
1.本发明将卫星互联网抗干扰问题分为：基于欺骗信道的功率控制抗干扰问题和基于欺骗节点的路由选择抗干扰问题，根据不同类别采取相应措施进行处理，为卫星互联网通信抗干扰问题提供了更便捷的解决方法。
2.本发明提供的基于信道的抗干扰方法，基于链路的抗干扰方法，两者之间是递进的，实现了跨层联合抗干扰。
3.本发明提出了基于欺骗信道的功率控制抗干扰算法，获得路径选择博弈的均衡解，根据提出基于欺骗节点的路径选择抗干扰算法，求得最小路由代价和时间损耗最小，使得收敛性和有效性都有了明显的改善。
附图说明
为了更清楚地说明本发明中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例提供的基于欺骗机制的卫星互联网抗干扰方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的卫星系统模型示意图；
图3是本发明实施例提供的基于欺骗信道的工作的示意图；
图4是本发明实施例提供的基于欺骗节点的工作机制示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
下面结合附图详细说明根据本发明的基于欺骗机制的卫星互联网抗干扰方法。
图1是本发明实施例提供的基于欺骗机制的卫星互联网抗干扰方法的流程图。如图1所示，该卫星互联网抗干扰方法包括：
S1.当干扰功率受限时，卫星节点感知通信信道状态受扰，采用欺骗信道策略，卫星节点的欺骗信道与干扰机进行功率控制博弈，基于设定通信需求，选择最优功率策略使得路由代价最小；
其中，欺骗信道为传输虚假信息的信道，信道是当前卫星节点到下一跳节点之间的各种路径；例如，所述卫星原节点到下一跳节点之间有很多信道。其中，设定通信需求为满足通信的最低、最基本的通信需求。
图2是本发明实施例提供的卫星系统模型示意图。
如图2所示，考虑的卫星互联网络由L颗LEO卫星组成的星座网，包括星座Ⅰ、星座Ⅱ和星座Ⅲ。由于卫星互联网络的高动态性和周期性，卫星的连通性随时间变化。并且卫星之间的信道传输服从自由空间衰落特性，信号衰减随卫星间的距离增加而增加。因此，只有当卫星间的距离小于星间连通阈值
Figure 823551DEST_PATH_IMAGE013
，才能建立星间链路，同轨卫星之间可以建立星间链路，当卫星节点的天线具有伺服跟踪能力时，也可以建立不同轨道间的星间链路。考虑到卫星节点之间的信道状态、流量拥塞、星间距离以及外部恶意干扰的情况，使卫星之间的路径传输增加更多不确定性。假设卫星节点能够感知自身信道状态，建立星间链路的卫星之间可以进行信息共享，并且每跳节点具有分析和数据处理能力，可单独进行下一跳节点及相应的信道选择。所述干扰机能够感知卫星节点之间的通信链路，并根据自身功率和干扰策略对通信中的卫星节点进行干扰。而所述干扰机可根据对当前通信网络的干扰效果自主调整干扰功率及干扰信道，实现认知干扰。定义了干扰因子
Figure 964814DEST_PATH_IMAGE014
，它用来表示干扰机感知的星间链路的繁忙程度和功率大小，
Figure 947551DEST_PATH_IMAGE014
数值越大，越吸引干扰机进行干扰。假设每个卫星节点包含n个信道，即
Figure 996409DEST_PATH_IMAGE015
，每条信道带宽相等，带宽为
Figure 380992DEST_PATH_IMAGE016
，且均为全双工模式。满足设定通信需求，即设定了满足最低通信需求R0，所述卫星原节点到目的节点通过多跳的方式进行星间通信。
所述S1中，欺骗信道策略包括：
当干扰机的干扰功率受限时，卫星节点采用闲置信道进行虚假消息传输，分散所述干扰机的干扰功率，缓解原通信路由的通信环境，以满足所述通信需求。
由于干扰机自身硬件条件和能耗的限制，使得干扰机功率
Figure 224314DEST_PATH_IMAGE017
受限，
Figure 959927DEST_PATH_IMAGE018
，只能对卫星节点的部分信道实施干扰。所述卫星节点通过感知自身信道状态，当没有受到干扰影响时，考虑节省资源角度，卫星节点使用单信道进行传输。当所述卫星节点感知信号受扰即信道状态受扰时，启用基于欺骗信道策略，通过启用一条或一条以上的欺骗信道，与所述原通信信道一起，共计两条或者两条以上信道共同传输信息。卫星节点的总传输功率为
Figure 124061DEST_PATH_IMAGE019
。
其中，j表示正整数，m表示在干扰功率的集合里干扰功率的数量，n表示每个卫星节点的信道数量。
图3是本发明实施例提供的基于欺骗信道的工作的示意图。
示例性地，以两条信道为例，所述卫星原节点与下一跳节点通过信道1进行通信，传输功率为
Figure 785986DEST_PATH_IMAGE020
，所述干扰机通过感知星间链路繁忙度对所述信道1进行干扰。所述卫星原节点感知所述信道1受扰，采用欺骗信道策略，利用信道2进行虚假信息传输，此时所述信道2为欺骗信道，欺骗功率为
Figure 800210DEST_PATH_IMAGE021
，用以吸引所述干扰机的干扰功率，达到迷惑效果。由于所述干扰机无法分辨信号真伪，于是对所述信道2采取干扰行为，通过分散所述干扰机的干扰功率，使得信道1的通信环境得到改善。
其中，卫星之间的通信渠道叫链路，一条链路上包含许多信道。
示例性地，卫星节点的欺骗信道与干扰机进行功率控制博弈，通过求得在链路g上的卫星节点l在其信道n上的信道传输速率，求得受扰链路g的总耗费时间，最终求得最优功率策略，使得路由代价最小。
其中，在链路g上的卫星节点l在其信道n上的信道传输速率为：
Figure 757539DEST_PATH_IMAGE022
（1）
其中，
Figure 459785DEST_PATH_IMAGE023
表示信道n的带宽，
Figure 320425DEST_PATH_IMAGE024
表示卫星节点
Figure 426921DEST_PATH_IMAGE025
在信道n上的传输功率，
Figure 871547DEST_PATH_IMAGE026
表示信道n的信道繁忙度，
Figure 800319DEST_PATH_IMAGE027
表示信道n的信道噪声，
Figure 14001DEST_PATH_IMAGE028
表示干扰机对信道n的干扰功率,
Figure 370027DEST_PATH_IMAGE029
，
Figure 59807DEST_PATH_IMAGE030
表示卫星节点
Figure 838276DEST_PATH_IMAGE025
到下一跳节点
Figure 673508DEST_PATH_IMAGE031
的信道衰落系数，
Figure 761287DEST_PATH_IMAGE032
表示干扰机到卫星节点
Figure 681970DEST_PATH_IMAGE033
的信道衰落系数。
由于已知：
Figure 529709DEST_PATH_IMAGE034
（2）
将（2）式带入（1）式，由此（1）式整合为：
Figure 875240DEST_PATH_IMAGE035
（3）
其中，
Figure 415811DEST_PATH_IMAGE036
表示卫星节点
Figure 322325DEST_PATH_IMAGE025
在欺骗信道s上的传输频率，
Figure 131012DEST_PATH_IMAGE037
表示干扰机的干扰频率，
Figure 908213DEST_PATH_IMAGE038
表示卫星节点
Figure 42523DEST_PATH_IMAGE025
和下一跳卫星节点
Figure 170753DEST_PATH_IMAGE031
之间的距离，
Figure 783131DEST_PATH_IMAGE039
表示卫星节点
Figure 103254DEST_PATH_IMAGE025
和干扰机之间的距离，
Figure 907000DEST_PATH_IMAGE040
表示光速。
同理可知，卫星节点
Figure 758412DEST_PATH_IMAGE025
的欺骗信道s上的传输速率为：
Figure 673017DEST_PATH_IMAGE041
(4)
其中，
Figure 191854DEST_PATH_IMAGE042
表示欺骗信道s的带宽，且根据设定知
Figure 900921DEST_PATH_IMAGE043
，
Figure 347952DEST_PATH_IMAGE044
表示卫星节点
Figure 302133DEST_PATH_IMAGE025
在欺骗信道s上的传输功率，
Figure 377274DEST_PATH_IMAGE045
表示欺骗信道s的信道噪声，
Figure 758708DEST_PATH_IMAGE046
表示欺骗信道s的信道繁忙度，
Figure 614406DEST_PATH_IMAGE047
表示干扰机对欺骗信道s的干扰功率,
Figure 700174DEST_PATH_IMAGE048
，
Figure 426559DEST_PATH_IMAGE049
表示卫星节点
Figure 244474DEST_PATH_IMAGE025
在欺骗信道s上的传输频率。并且卫星节点的功率和干扰节点的功率满足下列条件：
Figure 728413DEST_PATH_IMAGE050
（5）
其中，P N 表示卫星节点通信传输的总功率，P j 表示干扰机的干扰总功率。
受扰链路g的总耗费时间的获得包括：
假设通信传输需要的数据量为
Figure 352293DEST_PATH_IMAGE051
比特，传输的假信号数据量为
Figure 894305DEST_PATH_IMAGE052
比特，所以链路g上的数据包收发的处理时延为：
Figure 617542DEST_PATH_IMAGE053
（6）
而信号在空间的传输时间为：
Figure 244570DEST_PATH_IMAGE054
（7）
同时，考虑到当前卫星节点缓存的业务流量及所耗费的排队时间。卫星节点
Figure 609823DEST_PATH_IMAGE055
已存在的业务流量
Figure 514063DEST_PATH_IMAGE056
服从参数为
Figure 673780DEST_PATH_IMAGE057
的泊松分布：
Figure 256946DEST_PATH_IMAGE058
（8）
其中，
Figure 97994DEST_PATH_IMAGE057
表示某短时间内链路g存在的平均流量。那么通信传输前需要的排队时延为：
Figure 653478DEST_PATH_IMAGE059
（9）
综上知，受扰链路g的总耗费时间为：
Figure 249676DEST_PATH_IMAGE060
（10）
增加调节因子
Figure 523400DEST_PATH_IMAGE061
和
Figure 542040DEST_PATH_IMAGE062
。
其中，
Figure 719075DEST_PATH_IMAGE061
表示对高数据流的处理代价，
Figure 719130DEST_PATH_IMAGE062
表示对排队时延的容忍程度。
最优功率策略的获得包括：
对于卫星通信节点来说，目的是在满足设定通信需求R0的前提下，选择合适功率策略
Figure 716036DEST_PATH_IMAGE063
，使得通信时间最小。定义卫星节点的效用函数如下：
其中，R0指的是满足通信条件的最低标准，R0始终满足
Figure 194159DEST_PATH_IMAGE064
。
Figure 225700DEST_PATH_IMAGE065
（11）
对于干扰机来说，对于干扰方收益函数的建模，定义干扰收益为：
Figure 662236DEST_PATH_IMAGE066
（12）
同时，考虑干扰方能量损耗，在干扰方的收益函数中引入干扰功率损耗因子Ɛ，最终干扰方的收益函数：
Figure 349700DEST_PATH_IMAGE067
（13）
对于干扰机来说，目的是选择合适功率策略
Figure 162673DEST_PATH_IMAGE068
，使得：
Figure 48721DEST_PATH_IMAGE069
（14）
所述S1中，当采用欺骗信道策略时，最小路由代价的计算式如下：
Figure 390578DEST_PATH_IMAGE070
其中，
Figure 362076DEST_PATH_IMAGE071
表示当前卫星节点选择的欺骗功率。
Figure 182002DEST_PATH_IMAGE072
表示当前干扰机选择的针对欺骗信道的干扰功率，
Figure 516032DEST_PATH_IMAGE073
表示当前卫星节点和干扰机所选的混合功率策略。
Figure 700894DEST_PATH_IMAGE074
表示在策略
Figure 159689DEST_PATH_IMAGE075
下的路由代价。
S2.当受到强干扰时，所述卫星节点感知通信链路阻断，采用欺骗节点策略，所述卫星节点与所述干扰机进行路由选择博弈，基于所述设定通信需求，选择最优路由策略使得路由代价最小。
所述S2中，欺骗节点策略包括：
当所述卫星节点遭受强干扰影响时，所述卫星节点对邻近空闲卫星节点发出信号，所述邻近空闲卫星节点对周围空闲卫星节点发送伪高数据流，分散所述干扰机的干扰功率，缓解原通信信道的通信环境，以满足所述通信需求。
具体地，卫星节点遭受强干扰影响时，所述卫星原节点与目的节点之间的通信链路被阻断，卫星节点感知到通信链路中断，与所述邻近空闲卫星节点进行信息交互，所述邻近空闲卫星节点收到信息后，化身为欺骗节点，向周围空闲卫星节点发送伪高数据流，吸引干扰机进行干扰，以达到欺骗效果。所述卫星原节点在收到欺骗节点的行动信息后，调整原卫星节点的传输功率和传输数据量，通过感知通信链路状态，选择原通信链路或者其他次优通信链路进行通信。
图4是本发明实施例提供的基于欺骗节点的工作机制示意图。
示例性地，如图4所示，在状态一时，卫星原节点1由链路1→2→3→4进行通信传输。进入状态二，高强度干扰机通过感知链路繁忙度，对所述卫星原节点1的通信链路进行强干扰，阻断通信链路。所述卫星原卫星节点1把链路阻断信息与邻近空闲卫星节点5进行交互。进入状态三，所述邻近空闲卫星节点收到求助信息后，化身为欺骗节点，对周围空闲卫星节点3或10等发送伪高数据流，用以吸引干扰机对链路5→3或者5→10进行干扰。所述卫星原节点1在收到欺骗节点5的行动消息后，调整自身传输功率和传输数据量，感知链路状态，在可选链路集中，选择最高效、快捷的通信路径。例如，如果链路1→2→3→4仍受部分干扰影响，总传输时间较长。所述卫星原节点1可以重新选择“次优”链路1→6→7→8→9→4进行传输，总传输时间相对较少，次优链路变成最优路径。
在链路g中，卫星节点l+1的选择只与前一跳卫星节点l有关，而与之前的节点无关，故可将链路g的节点选择问题视为离散时间的马尔科夫决策过程。
基于所述卫星节点的效用函数，获得卫星节点的最优功率策略。基于干扰机的效用函数，获得干扰机的最优功率策略。
基于离散时间的马尔科夫决策过程，求最优功率策略包括：
定义卫星节点的状态空间为：
Figure 783306DEST_PATH_IMAGE076
（15）
其中，s l 表示链路g的出发卫星节点。
定义卫星节点的动作空间为：
Figure 643945DEST_PATH_IMAGE077
（16）
其中，
Figure 655501DEST_PATH_IMAGE078
表示当前节点
Figure 601592DEST_PATH_IMAGE079
下一跳可到达的相邻节点集合。而状态--动作对
Figure 724441DEST_PATH_IMAGE080
表示在当前状态
Figure 439588DEST_PATH_IMAGE081
下，选择动作
Figure 294149DEST_PATH_IMAGE082
。
利用最小跳数路由算法得到从所述卫星原节点到所述目的节点之间的最小跳数为
Figure 789852DEST_PATH_IMAGE083
跳。考虑到卫星节点在异轨链路传输的伺服成本，那么其路由代价为：
Figure 489693DEST_PATH_IMAGE084
（17）
其中，
Figure 59345DEST_PATH_IMAGE085
表示卫星节点的伺服成本，
Figure 350387DEST_PATH_IMAGE086
表示异轨链路数。
在满足通信需求R0的前提下，卫星节点的优化目的是选择策略
Figure 848234DEST_PATH_IMAGE087
。
所述S2中，当采用欺骗节点策略时，最小路由代价的计算式如下：
Figure 118809DEST_PATH_IMAGE088
其中，
Figure 775924DEST_PATH_IMAGE089
表示当前卫星节点所选的动作，
Figure 739332DEST_PATH_IMAGE090
表示当前卫星节点的状态。
Figure 521212DEST_PATH_IMAGE091
表示当前卫星节点的路由选择策略，
Figure 828434DEST_PATH_IMAGE092
表示在策略
Figure 638259DEST_PATH_IMAGE093
下的路由代价。
即
Figure 474365DEST_PATH_IMAGE094
（18）
所述S1包括：
当干扰功率受限时，所述卫星节点的欺骗信道与所述干扰机进行功率控制博弈，求得卫星节点的最小路由代价，其中，卫星节点的最小路由代价为卫星原节点到下一跳卫星节点的路由代价，所述最小路由代价为当前通信链路的耗费时间，耗费时间包括受扰链路上的数据包收发的处理时延、信号在空间上的传输时间和通信传输前需要的排队时延，如公式10；
所述最优功率策略包括卫星节点的最优功率策略和干扰机的最优功率策略，所述步骤S1还包括：
基于卫星节点的效用函数，获得卫星节点的最优功率策略；
基于干扰机的效用函数，获得干扰机的最优功率策略。
所述S2包括：
当受到强干扰时，所述卫星节点与所述干扰机进行路由选择博弈，求得卫星节点的最小路由代价，所述最小路由代价为所述卫星原节点到目的节点的所有通信链路的路由代价总和，如公式17。
当干扰功率受限，不足以隔断整条通信链路。卫星节点受扰信道不能满足最低通信需求R0，卫星节点将采用欺骗信道策略，与干扰机进行功率控制博弈。将干扰机与卫星节点之间的功率控制博弈建模为Stackelberg博弈，其中，最低通信需求为满足正常通信的最低通信条件，这里指路由代价最小。
干扰机功率控制博弈效用函数为：
Figure 104061DEST_PATH_IMAGE095
（19）
干扰机策略选择的目的是最大化干扰效益：
Figure 808450DEST_PATH_IMAGE096
（20）
卫星节点功率控制博弈效用函数为：
Figure 207201DEST_PATH_IMAGE097
（21）
卫星节点的策略选择目的是使路由代价最小：
Figure 214209DEST_PATH_IMAGE098
（22）
当卫星节点遭受强干扰时，整条通信链路被隔断。卫星节点受扰链路不能完成通信要求，卫星节点则采用基于欺骗节点策略，与干扰机进行路由选择博弈。将干扰下的路由选择问题建模为Stackelberg 博弈，干扰机作为Stackelberg 博弈模型中的“leader”，先选择干扰策略，卫星节点作为“follower”，在观测干扰策略和感知自身链路状态后，采用欺骗节点策略，选择相应的通信策略规避干扰，建立通信。
在下层子博弈中，卫星节点的路由选择的效用函数为：
Figure 331201DEST_PATH_IMAGE099
（23）
卫星节点策略选择的目的是路由代价最小：
Figure 42542DEST_PATH_IMAGE100
（24）
在上层子博弈中，干扰机信道博弈的效用函数为：
Figure 499063DEST_PATH_IMAGE101
（25）
其中，
Figure 473710DEST_PATH_IMAGE102
表示在没有干扰条件下，卫星节点完成通信的总的传输时间。
干扰机的策略选择目的是最大化干扰收益：
Figure 812418DEST_PATH_IMAGE103
（26）
由上述博弈分析知，卫星节点和干扰机之间不论是功率控制博弈或者路由选择博弈，均可被建模为Stackelberg博弈，
Figure 530713DEST_PATH_IMAGE104
。以路由选择博弈为例，J和U分别表示干扰机和卫星节点的集合。
Figure 904057DEST_PATH_IMAGE105
和
Figure 784026DEST_PATH_IMAGE106
分别表示干扰机和卫星节点的混合策略，ΓJ和ΓU分别表示干扰机和卫星节点的效用。
基于所述S1和所述S2，将所述路由选择博弈和所述功率控制博弈建立为分层Stackelberg博弈模型，证明存在最优的功率策略满足功率控制博弈的SE均衡，存在最优路由策略满足路由选择博弈的SE均衡。
定义斯坦伯格均衡：当满足下式时，策略组合
Figure 875610DEST_PATH_IMAGE107
构成SE。此时无论是领导者还是跟随者均不能通过单方面改变己方策略而增加效用。
Figure 132017DEST_PATH_IMAGE108
(27)
（i）在所提的路由选择博弈中，卫星节点和干扰机存在稳定的混合策略构成SE。
其中，SE（Stackelberg equilibrium），模型均衡的缩写。
Stackelberg博弈是一种非合作博弈模型的扩展，可以表征参与者之间的分层行为特性，该博弈模型又称为主从模型，上层的博弈参与者即领导者（Leader）首先采取行动，下层的博弈参与者即跟随者（Follower）观察到领导者的响应之后再做决策。
证明：由于有限的干扰集合和有限的可用路由链路集合，干扰机和卫星节点的策略选择均为有限。因而所提的路由选择博弈存在稳定策略的SE。卫星节点。
路由选择的最佳策略为：
Figure 359867DEST_PATH_IMAGE109
（28）
干扰机的最佳策略为：
Figure 699754DEST_PATH_IMAGE110
（29）
因此，策略组合
Figure 590218DEST_PATH_IMAGE111
构成稳定的SE。
综上，（i）证毕。
同理，功率控制博弈证明同上，且在所提的功率控制博弈中，卫星节点和干扰机存在稳定的混合策略构成SE。
（ii）在所提的功率控制博弈中，卫星节点和干扰机存在稳定的混合策略构成SE。
证明：由于有限的干扰集合和有限的混合功率集合，干扰机和卫星节点的策略选择均为有限。因而所提的功率控制博弈存在稳定策略的SE。卫星节点
的功率控制的最佳策略为：
Figure 73152DEST_PATH_IMAGE112
（28）
干扰机的最佳策略为：
Figure 155509DEST_PATH_IMAGE113
（29）
其中，J和U分别表示干扰机和卫星节点的混合策略，ΓJ和ΓU分别表示干扰机和卫星节点的效用。
因此，策略组合
Figure 642860DEST_PATH_IMAGE114
构成稳定的SE。
综上，（ii）证毕。
本发明将卫星互联网抗干扰问题分为：基于欺骗信道的功率控制抗干扰问题和基于欺骗节点的路由选择抗干扰问题，根据不同类别采取相应措施进行处理，为卫星节点传输信息过程中遇到的抗干扰问题提供了更便捷的解决方法；基于欺骗信道的功率控制抗干扰算法，获得路径选择博弈的均衡解，提出了基于欺骗节点的路径选择抗干扰算法，使得收敛性和有效性都有了明显的改善。
上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本申请的可选实施例，在此不再一一赘述。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.基于欺骗机制的卫星互联网抗干扰方法，其特征在于，包括：
S1.当干扰功率受限时，卫星节点感知通信信道状态受扰，采用欺骗信道策略，卫星节点的欺骗信道与干扰机进行功率控制博弈，基于设定通信需求，选择最优功率策略使得路由代价最小；
S2.当受到强干扰时，所述卫星节点感知通信链路阻断，采用欺骗节点策略，所述卫星节点与所述干扰机进行路由选择博弈，基于所述设定通信需求，选择最优路由策略使得路由代价最小。
2.根据权利要求1所述的卫星互联网抗干扰方法，其特征在于，所述S1中，欺骗信道策略包括：
当干扰机的干扰功率受限时，卫星节点采用闲置信道进行虚假消息传输，分散所述干扰机的干扰功率，缓解原通信路由的通信环境，以满足所述通信需求。
3.根据权利要求1所述的卫星互联网抗干扰方法，其特征在于，所述S2中，欺骗节点策略包括：
当所述卫星节点遭受强干扰影响时，所述卫星节点对邻近空闲卫星节点发出信号，所述邻近空闲卫星节点对周围空闲卫星节点发送伪高数据流，分散所述干扰机的干扰功率，缓解原通信信道的通信环境，以满足所述通信需求。
4.根据权利要求1所述的卫星互联网抗干扰方法，其特征在于，所述S1包括：
当干扰功率受限时，所述卫星节点的欺骗信道与所述干扰机进行功率控制博弈，求得卫星节点的最小路由代价，其中，卫星节点的最小路由代价为卫星原节点到下一跳卫星节点的路由代价，所述最小路由代价为当前通信链路的耗费时间，耗费时间包括受扰链路上的数据包收发的处理时延、信号在空间上的传输时间和通信传输前需要的排队时延。
5.根据权利要求4所述的卫星互联网抗干扰方法，其特征在于，所述S2包括：当受到强干扰时，所述卫星节点与所述干扰机进行路由选择博弈，求得卫星节点的最小路由代价，所述最小路由代价为所述卫星原节点到目的节点的所有通信链路的路由代价总和。
6.根据权利要求1所述的卫星互联网抗干扰方法，其特征在于，所述最优功率策略包括卫星节点的最优功率策略和干扰机的最优功率策略，所述步骤S1还包括：
基于卫星节点的效用函数，获得卫星节点的最优功率策略；
基于干扰机的效用函数，获得干扰机的最优功率策略。
7.根据权利要求1所述的卫星互联网抗干扰方法，其特征在于，
所述S1中，当采用欺骗信道策略时，最小路由代价的计算式如下：
Figure 330745DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 647195DEST_PATH_IMAGE002
表示当前卫星节点选择的欺骗功率；
Figure 537659DEST_PATH_IMAGE003
表示当前干扰机选择的针对欺骗信道的干扰功率，
Figure 568063DEST_PATH_IMAGE004
表示当前卫星节点和干扰机所选的混合功率策略；
Figure 680114DEST_PATH_IMAGE005
表示在策略
Figure 668929DEST_PATH_IMAGE006
下的路由代价。
8.根据权利要求1所述的卫星互联网抗干扰方法，其特征在于，
所述S2中，当采用欺骗节点策略时，最小路由代价的计算式如下：
Figure 991499DEST_PATH_IMAGE007
其中，
Figure 91173DEST_PATH_IMAGE008
表示当前卫星节点所选的动作；
Figure 260992DEST_PATH_IMAGE009
表示当前卫星节点的状态；
Figure 420709DEST_PATH_IMAGE010
表示当前卫星节点的路由选择策略，
Figure 207137DEST_PATH_IMAGE011
表示在策略
Figure 907240DEST_PATH_IMAGE012
下的路由代价。
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