KR101164761B1 - Accuracy enhancement method of distributed spectrum sensing in security required cognitive radio system - Google Patents

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KR101164761B1 KR1020110004100A KR20110004100A KR101164761B1 KR 101164761 B1 KR101164761 B1 KR 101164761B1 KR 1020110004100 A KR1020110004100 A KR 1020110004100A KR 20110004100 A KR20110004100 A KR 20110004100A KR 101164761 B1 KR101164761 B1 KR 101164761B1
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추현승
김미희
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성균관대학교산학협력단
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Abstract

PURPOSE: A method for improving the sensing accuracy of distributed spectrums in a cognitive radio system is provided to rapidly eliminate influence caused by an attack by excluding a sensing node having high attack capability from a fusion process in a following sensing step. CONSTITUTION: A plurality of sensing values is inputted according to the sequence of reputation values of the plurality of sensing values. A final result value is calculated by applying a weighted value to the plurality of sensing values(S100). The reputation values of the plurality of sensing values are controlled according to the final result value. A trend value is calculated for the reputation values of the plurality of sensing values(S200). The abnormality of the plurality of sensing values is determined based on the trend value. A corresponding sensing node showing abnormal symptom is excluded from fusion(S300), IDs of the plurality of sensing nodes are arranged in a descending order based on the reputation values of the plurality of sensing values(S400).

Description

보안이 필요한 인지 무선 시스템에서 분산 스펙트럼 센싱의 정확성 강화 방법{ACCURACY ENHANCEMENT METHOD OF DISTRIBUTED SPECTRUM SENSING IN SECURITY REQUIRED COGNITIVE RADIO SYSTEM} ACCURACY ENHANCEMENT METHOD OF DISTRIBUTED SPECTRUM SENSING IN SECURITY REQUIRED COGNITIVE RADIO SYSTEM}

본 발명은 보안이 필요한 인지 무선 시스템에서 분산 스펙트럼 센싱의 정확성 강화 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인지 무선 시스템에서 분산 스펙트럼 센싱하여 획득한 센싱값을 퓨전(본 발명에서 퓨전의 의미는 여러 센싱 값을 종합하여 하나의 최종 센싱 값으로 결과 도출 하는 것을 의미한다)함에 있어서RDSS(Robust Distributed Spectrum Sensing)에서 평판값을 내림차순으로 입력받아 영향력이 있는 센싱 노드에 대해서 우선적으로 퓨전을 수행하여 신속하게 종합 판단을 내리고, 평판값의 트랜드값을 분석하여 공격당하는 센싱 노드를 다음 퓨전에서 제외함으로써 외부 공격에 대응할 수 있는 보안성이 강화되고 수행 속도가 빠른 인지 무선 네트워크에서 보안 분산 스펙트럼 센싱을 위한 향상된 평판기반 퓨전 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for enhancing the accuracy of distributed spectrum sensing in a cognitive radio system that requires security. More particularly, the present invention relates to fusion of a sensing value obtained by sensing a distributed spectrum in a cognitive radio system. In this case, RDSSS (Robust Distributed Spectrum Sensing) receives reputation values in descending order and performs fusion on the influential sensing nodes first to quickly synthesize them. Improved reputation-based fusion for secure distributed spectrum sensing in cognitive wireless networks with high security and ability to respond to external attacks by lowering the number of attacking nodes from the next fusion by analyzing the trend value of the reputation value. It is about a method.

최근 증가하고 있는 무선 자원의 요구를 충족하고 비효율적인 주파수 대역 사용의 문제를 해결하고자 인지 라디오(cognitive radio ; CR) 기술이 꾸준히 연구되고 표준화되고 있다. CR 기술은 주사용자(FCC로부터 주파수를 고정 할당 받아 사용하는 라이센스 사용자)의 무선 주파수 대역의 사용 현황을 인지하여 빈 채널을 찾고 해당 채널에서 데이터 통신을 수행하는 기술을 의미한다. 이런 CR 기술에서 핵심은 주사용자의 채널 사용 여부를 정확히 인지하는 채널 센싱(channel sensing) 기능이라 할 수 있다. 그러나 무선 통신 환경에 다양한 영향 요소들(예컨대, 페이딩, 쉐도우잉 등)로 인하여 한 노드의 센싱 결과는 그 정확성이 떨어질 수 있다.Cognitive radio (CR) technology has been steadily researched and standardized to meet the increasing demand for radio resources and to solve the problem of inefficient use of frequency bands. The CR technology refers to a technology that detects an empty channel and performs data communication in a corresponding channel by recognizing the usage status of a radio frequency band of a main user (a licensed user who uses a fixed frequency allocated from the FCC). The core of such CR technology is channel sensing which accurately recognizes whether the main user uses the channel. However, due to various factors (eg, fading, shadowing, etc.) in the wireless communication environment, the sensing result of one node may be less accurate.

따라서, 센싱정확도를 보다 높이기 위해 최근에는 여러 노드가 동시에 센싱하여 그 결과를 하나로 종합하여 판단하는 분산 스펙트럼 센싱(distributed spectrum sensing ; DSS) 기술이 활발히 연구되고 있다.Therefore, recently, in order to increase the sensing accuracy, distributed spectrum sensing (DSS) technology, in which several nodes sense at the same time and combine the results into one, has been actively studied.

그러나 분산 스펙트럼 센싱의 보안상 가장 큰 취약점은 센싱에 참여하는 노드의 공격 가능성이라고 할 수 있다. 이로인해 위조된 센싱 결과는 최종 종합 결과의 오류를 야기할 수 있다. 최악의 경우, 한 노드의 위조된 센싱 결과를 가지고 주사용자의 채널 사용 보호와 채널 사용의 효율성 극대화라는 CR 기술의 목표를 와해시킬 수 있다. 이런 취약점을 보완하고자 최근 안전한 분산 스펙트럼 기술들이 연구되고 있다. However, the biggest vulnerability in distributed spectrum sensing is the possibility of attack by nodes participating in the sensing. This can result in forged sensing results that can lead to errors in the final composite result. In the worst case, a forged sensing result of one node could break the CR technology's goal of protecting the main user's channel usage and maximizing channel efficiency. In order to make up for these weaknesses, safe distributed spectrum technologies have recently been studied.

대표적인 안전한 분산 스펙트럼 메커니즘인 RDSS는 주변 센싱 노드들로부터 센싱값을 수집하여 최종 결정을 내리는데, WSPRT(weighted sequential probability ratio test) 가설 검정 테스트를 사용한다. 일반적인 SPRT와 달리 센싱값의 정확성에 따라 평판값(reputation)을 조정하여 가중치(weight)로 사용함으로써 변조된 센싱값에 의한 공격의 영향을 줄일 수 있다. 그러나 해당 퓨전 메커니즘은 입력되는 센싱값의 순서에 따라 많은 WSPRT 반복횟수를 요구할 수 있고, 소수의 위조된 센싱값으로 최종적으로 이상결과를 유도해 낼 수도 있다. 또한 공격 노드로부터 영향을 줄이기 위해 상당한 시간이 요구되는 문제점이 있다.
RDSS, a representative safe spread spectrum mechanism, collects sensing values from surrounding sensing nodes and makes a final decision. It uses a weighted sequential probability ratio test (WSPRT) hypothesis test. Unlike general SPRT, the reputation value can be adjusted according to the accuracy of sensing value and used as weight to reduce the influence of attack by the modulated sensing value. However, the fusion mechanism may require a large number of WSPRT iterations according to the order of sensing values input, and may eventually lead to abnormal results with a few forged sensing values. In addition, there is a problem that a considerable time is required to reduce the impact from the attack node.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, RDSS처럼 평판값에 따라 WSPRT를 수행하되, 높은 평판값을 가진 센싱 노드의 센싱값의 결과부터 WSPRT를 수행함으로써 센싱의 정확성과 수행 속도를 높일 수 있다. 또한, 평판값의 변화도를 트랜드(trend) 값으로 계산하여 센싱 노드의 공격 가능성을 타진하여서 공격 가능성이 높은 센싱 노드를 다음 센싱 시의 퓨전 과정에서 제외함으로써 공격의 영향을 빠르게 제거할 수 있어서 센싱의 정확성과 수행 속도의 성능이 향상된 인지 무선 네트워크에서 보안 분산 스펙트럼 센싱을 위한 강화된 평판기반 퓨전 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
The present invention has been made to solve the above problems, but WSPRT can be performed according to the reputation value as in RDSS, but WSPRT can be performed from the result of the sensing value of the sensing node having a high reputation value to increase the accuracy and speed of sensing. . In addition, by calculating the change in reputation value as a trend value, the attacking potential of the sensing node can be calculated, and thus, the effect of the attack can be quickly removed by excluding the sensing node with the high possibility of attack from the fusion process during the next sensing. The aim of the present invention is to provide an enhanced reputation-based fusion method for secure distributed spectrum sensing in cognitive wireless networks with improved performance and performance.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 보안이 필요한 인지 무선 시스템에서 분산 스펙트럼 센싱의 정확성 강화 방법은, 인지 라디오 네트워크에서 분산 스펙트럼 센싱에 의해 복수의 센싱 노드로부터 수집된 복수의 센싱값을 퓨전하여 최종 결과값을 산출하는 보안이 필요한 인지 무선 시스템에서 분산 스펙트럼 센싱의 정확성 강화 방법에 있어서, 상기 복수의 센싱값의 평판값 순서에 따라, 상기 복수의 센싱값을 입력하고, 상기 복수의 센싱값에 가중치를 적용하여 퓨전을 함으로써 최종 결과값을 산출하는 단계(S100); 상기 최종 결과값에 따라 상기 복수의 센싱값의 평판값을 조절하고, 조절된 상기 복수의 센싱값의 평판값에 대한 트랜드값을 연산하는 단계(S200); 상기 트랜드값에 기초하여 상기 복수의 센싱값의 이상 여부를 판단하고, 이상 징후를 나타내는 해당 센싱 노드를 퓨전에서 제외하는 단계(S300); 및 상기 복수의 센싱값의 평판값에 기초하여 상기 복수의 센싱 노드의 아이디를 내림차순으로 정렬하는 단계(S400);를 포함하는 것을 특징으로 한다. According to the present invention, a method for enhancing accuracy of distributed spectrum sensing in a cognitive radio system requiring security includes fusion of a plurality of sensing values collected from a plurality of sensing nodes by distributed spectrum sensing in a cognitive radio network. In the method for enhancing the accuracy of distributed spectrum sensing in a cognitive radio system requiring security for calculating a result value, the plurality of sensing values are input in accordance with the reputation value order of the plurality of sensing values, and weighted to the plurality of sensing values. Calculating a final result by fusion by applying (S100); Adjusting a flat plate value of the plurality of sensing values according to the final result value and calculating a trend value for the adjusted flat plate value of the plurality of sensing values (S200); Determining whether the plurality of sensing values are abnormal based on the trend value, and excluding the corresponding sensing node indicating an abnormal indication from the fusion (S300); And sorting IDs of the plurality of sensing nodes in descending order based on the reputation values of the plurality of sensing values (S400).

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 복수의 센싱값의 평판값에 대한 트랜드값을 연산하는 단계(S200)는,

Figure 112011003341232-pat00001
In addition, according to an embodiment of the present invention, the step of calculating a trend value for the plate value of the plurality of sensing values (S200),
Figure 112011003341232-pat00001

(여기서,

Figure 112011003341232-pat00002
는 시간 t n 의 트랜드값, t n 은 퓨전 시간, W는 트랜드 계산을 위한 윈도우 사이즈, r tn 는 시간 t n 의 평판값)(here,
Figure 112011003341232-pat00002
Is the trend value of time t n , t n is the fusion time, W is the window size for trend calculation, r tn is the plate value of time t n )

에 의해서 상기 트랜드값을 연산하는 것을 특징으로 한다.It is characterized by calculating the trend value by.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 해당 센싱 노드를 퓨전에서 제외하는 단계(S300)는, 상기 센싱 노드의 상기 트랜드값(

Figure 112011003341232-pat00003
)이 소정의 임계치(α)와 비교하여 하향하거나 계속적으로 변화하는 트랜드값인 경우에 상기 이상 징후로 판단하는 것을 특징으로 한다.
In addition, according to an embodiment of the present invention, the step (S300) of excluding the corresponding sensing node from the fusion may include the trend value of the sensing node (
Figure 112011003341232-pat00003
) Is determined as the abnormal symptom when the trend value is a trend value that is downwardly or continuously changing compared to a predetermined threshold value α.

본 발명에 따른 보안이 필요한 인지 무선 시스템에서 분산 스펙트럼 센싱의 정확성 강화 방법은 RDSS처럼 평판값에 따라 WSPRT를 수행하되, 가장 높은 평판값을 가진 센싱노드의 결과부터 WSPRT를 수행함으로써 센싱의 정확성과 수행 속도를 높이는 효과를 제공한다. 또한 평판값의 변화율을 나타내는 트랜드(trend) 값을 연산하여 센싱 노드의 공격 가능성을 타진하여서 공격 가능성이 높은 센싱 노드를 다음 센싱 시의 퓨전 과정에서 제외함으로써 공격의 영향을 빠르게 제거할 수 있는 효과를 제공한다.
In the security-recognized wireless system according to the present invention, a method for enhancing the accuracy of distributed spectrum sensing is performed by performing WSPRT according to a reputation value, as in RDSS, but performing WSPRT from the result of a sensing node having the highest reputation value. Provides the effect of speeding up. In addition, by calculating a trend value indicating the rate of change of reputation value, the attack potential of the sensing node can be calculated to exclude the high-sensing sensing node from the next fusion process. to provide.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인지 라디오 네트워크 모델을 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인지 라디오 네트워크에서 안전한 분산 스펙트럼 센싱을 위한 향상된 평판기반 퓨전 방법의 흐름도를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인지 라디오 네트워크 및 공격 설정의 시뮬레이션 구성도를 나타낸 도면,
도 4는 공격이 없는 경우의 D(3000m)에 따른 각 노드의 트랜드값을 나타낸 도면,
도 5는 공격이 없는 경우의 D(5000m)에 따른 각 노드의 트랜드값을 나타낸 도면,
도 6은 공격이 있는 경우의 D(3000m)에 따른 각 노드의 트랜드값을 나타낸 도면,
도 7은 공격이 없는 경우의 RDSS 및 eRDSS의 공격 대응 성능을 나타낸 도면,
도 8은 공격이 없는 경우의 WSPRT의 반복 횟수를 나타낸 도면,
도 9는 공격이 있는 경우의 RDSS 및 eRDSS의 공격 대응 성능을 나타낸 도면,
도 10은 공격이 있는 경우의 센싱 타임에 따른 공격 대응 성능을 나타낸 도면,
도 11은 공격이 있는 경우의 WSPRT의 반복 횟수를 나타낸 도면이다.
1 is a diagram illustrating a cognitive radio network model according to an embodiment of the present invention;
2 is a flow diagram of an improved flatbed-based fusion method for secure distributed spectrum sensing in a cognitive radio network according to an embodiment of the present invention;
3 is a diagram illustrating a simulation configuration of a cognitive radio network and an attack setup according to an embodiment of the present invention;
4 is a view showing a trend value of each node according to D (3000m) in the absence of an attack;
5 is a view showing a trend value of each node according to D (5000m) in the absence of an attack;
6 is a diagram showing a trend value of each node according to D (3000m) in case of an attack;
7 is a view showing the attack response performance of the RDSS and eRDSS in the absence of an attack,
8 is a diagram showing the number of iterations of WSPRT in the absence of an attack;
9 is a view showing the attack response performance of the RDSS and eRDSS when there is an attack,
10 is a view showing the attack response performance according to the sensing time when there is an attack,
11 is a diagram showing the number of repetitions of the WSPRT when there is an attack.

이하 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 가장 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 인지 라디오 네트워크 모델을 나타낸 도면이다.1 is a diagram illustrating a cognitive radio network model according to the present invention.

도 1을 참고하면, RDSS에서의 네트워크 모델은 복수의 보조 사용자(secondary user; SU), 기지국(base station ; BS) 및 주사용자 전송기(primary user transmitter ; PUtx)를 포함할 수 있다. 복수의 보조 사용자 노드(SU)가 기지국(BS)을 중심으로 애드혹 CR 네트워크(adhoc cognitive radio networks)를 구성할 수 있고, TV 송신탑과 같은 주사용자 전송기(PUtx)의 송신 신호 존재 여부를 주기적으로 센싱한다. 이처럼 센싱을 수행하는 보조 사용자 노드들이 센싱 노드 셋을 구성할 수 있다. 바람직하게는 별도의 센싱 노드를 배치해 둘 수도 있다. 센싱 노드의 센싱 결과는 그 결과를 종합하는 퓨전 노드(예컨대, 기지국)에 전달하여 최종 센싱 결과를 낼 수 있고, 이에 기반한 채널 스케줄링을 통해 CR 네트워크 통신을 수행한다. 이러한 네트워크 모델은 대표적인 CR기술의 표준인 IEEE 802.22에서의 네트워크 모델과 동일하다.Referring to FIG. 1, a network model in an RDSS may include a plurality of secondary users (SUs), a base station (BS), and a primary user transmitter (PUtx). A plurality of secondary user nodes (SU) can form an ad hoc cognitive radio networks around the base station (BS), periodically sensing the presence or absence of the transmission signal of the main user transmitter (PUtx), such as a TV transmission tower do. As described above, auxiliary user nodes that perform sensing may configure a sensing node set. Preferably, a separate sensing node may be arranged. The sensing result of the sensing node may be delivered to a fusion node (for example, a base station) that synthesizes the result, thereby producing a final sensing result, and performing CR network communication through channel scheduling based on the sensing result. This network model is identical to the network model in IEEE 802.22, which is a standard of representative CR technology.

도 1을 참조하면 공격 노드(Compromised SU)에 의한 공격 모델은 "Always-False 공격"일 수 있다. 이는 주사용자 전송기(PUtx)의 신호 센싱값의 반대 값, 즉 신호가 감지되면 "0"을 신호가 감지되지 않으면 "1"을 전송하는 공격 방식이다. 이런 공격은 분산 스펙트럼 센싱에서 미탐지율(miss detection ratio, MDR)을 증가시키고 센싱정확도 (correct sensing ratio, CSR)를 감소시키는 강력한 공격이 된다. 이때 미탐지율은 전체 센싱 중 H1(신호 존재)인 경우 최종 결정을 "0"(비어있는)으로 내리는 비율이고, 센싱정확도는 H1 경우를 "1"(채워있는)로 H0(신호 부재)인 경우를 "0"으로 최종 결정을 내리는 비율이다.Referring to FIG. 1, an attack model by a compromised SU may be an "Always-False attack". This is an attack method of transmitting a value opposite to the signal sensing value of the main user transmitter PUtx, that is, "0" when a signal is detected and "1" when a signal is not detected. These attacks are powerful attacks that increase the miss detection ratio (MDR) and decrease the correct sensing ratio (CSR) in distributed spectrum sensing. The non-detection rate is a ratio making the case of H 1 (signal present) of the total sensing finally determined as "0" (empty), H 0, to a sensing accuracy is "1" (which filled) if H 1 (signal member ) Is the rate at which the final decision is made to "0".

이외에 합법적이지 않은 노드들로부터의 임의의 센싱값에 의한 삽입(injecting)공격은 기본적인 인증 메커니즘(예, MAC(message authentication code) 검증 혹은 RF fingerprint에 의해 대응 가능하다. 또한 과거에 전송된 센싱값을 캡쳐(capture)하여 재전송하는 재생(replaying) 공격은 타임스탬프나 시퀀스번호 삽입을 통해 탐지하는 것이 가능하다. 물리계층의 재밍 공격(jamming attack)은 기본적인 재밍 방해(jamming-resistant) 기법인 FSSS(frequency hopping spread spectrum) 혹은 DSSS(direct sequence spread spectrum) 기법 등으로 대응하는 것이 가능하다.In addition, injecting attacks by arbitrary sensing values from unlawful nodes can be handled by basic authentication mechanisms (eg, MAC (message authentication code) verification or RF fingerprint). Replaying attacks that capture and retransmit can be detected by inserting timestamps or sequence numbers, and the physical layer jamming attack is a basic jamming-resistant technique called FSSS (frequency). It is possible to respond by hopping spread spectrum (DSP) or direct sequence spread spectrum (DSSS) technique.

IEEE 802.22 WRAN(wireless regional areal networks)은 지역적으로 사용되고 있지 않은 TV 방송 대역을 활용하여 상대적으로 통신 환경이 열악한 도시 외곽 지역에서 무선 데이터 서비스를 제공하기 위해 제안되었다. 도 1을 참고하면, IEEE 802.22 네트워크는 하나의 기지국(BS)을 통해 중앙 집중적 MAC(media access control) 프로토콜을 사용하여 사용자의 채널을 관리하며 서비스를 제공한다. IEEE 802.22 네트워크는 사용 가능한 각 채널들에 대해 모든 노드가 전송을 중지하는 침묵기간(quiet period)을 통해 센싱을 수행한다. 기지국(BS)은 센싱 노드들의 센싱 결과를 수집하여 최종 센싱 결과를 도출하고, 이를 바탕으로 채널 사용을 위해 스케줄링한다. 이러한 센싱 방법으로는 에너지 검출 기법과 특성 검출 기법 등을 사용할 수 있다.IEEE 802.22 wireless regional areal networks (WRAN) have been proposed to provide wireless data services in rural areas with relatively poor communication environment by utilizing TV broadcasting bands that are not used locally. Referring to FIG. 1, an IEEE 802.22 network manages a user's channel and provides a service using a centralized media access control (MAC) protocol through one base station (BS). The IEEE 802.22 network performs sensing for each available channel through a quiet period in which all nodes stop transmitting. The base station (BS) collects the sensing results of the sensing nodes to derive the final sensing results, and based on this schedule for the channel use. As the sensing method, an energy detection technique and a characteristic detection technique may be used.

또한, 정확성 측면의 분산 스펙트럼 센싱의 연구가 활발히 진행됨에 따라 해당 메커니즘에서의 안전성 측면의 문제가 제기되고 있다. 즉, 참여하는 센싱노드의 센싱값이 위조된 경우(spectrum sensing data falsification attack), 최종 이상(abnormal) 결과가 도출될 수 있다. In addition, as active researches on distributed spectrum sensing in terms of accuracy have raised the issue of safety in the mechanism. That is, when a sensing value of a participating sensing node is forged (spectrum sensing data falsification attack), a final abnormal result may be derived.

이러한 공격에 대응하기 위해서 주사용자(PU)의 신호 패턴(H1, H2)에 대한 사전 지식을 통해 각 센싱 노드의 의심레벨(suspicious level)을 계산하고, 그 레벨이 높은 센싱값을 제외하고 나머지 값을 OR-퓨전하는 방법이 제안되었다. 그러나 이 방법에서 가정한 주사용자(PU) 신호 패턴은 실험적으로 정확히 측정하여 구하기 어려운 값이다. 또한 로그-노멀 쉐도우잉 거리손실모델(log-normal shadowing model)에 기반하여 센싱값의 수신 신호 모델을 설립하고 이를 이용한 ADSP 방법이 제안되었다. 이런 ADSP 방법은 센싱 노드들 사이에 클러스터를 구성하여 클러스터 내 센싱값의 유사성을 비교해 보고, 유사 정도가 낮은 센싱값은 퓨전 시 제외시켜 공격의 영향을 줄일 수 있다. 그러나 이 방법은 클러스터 내 1/3 이상의 노드가 공격당한 경우에는 대처할 수 없게 된다.In order to cope with such an attack, the suspicious level of each sensing node is calculated through prior knowledge of the signal patterns (H 1 , H 2 ) of the main user (PU). A method of OR-fusion of the remaining values has been proposed. However, the PU signal pattern assumed in this method is difficult to obtain by measuring experimentally accurately. In addition, based on the log-normal shadowing model, the ADSP method using the received signal model of the sensing value was established. In this ADSP method, a cluster is formed between sensing nodes to compare the similarity of sensing values in the cluster, and the low similarity sensing value can be excluded during fusion to reduce the impact of the attack. However, this method will not be able to cope if more than one-third of the nodes in the cluster are attacked.

위조된 센싱값에 의한 공격에 대응하는 또 하나의 방법으로서 RDSS가 제안된다. RDSS는 ADSP와 유사하게 주사용자(PU) 신호 패턴에 대한 사전 지식을 요구하지 않는다. 대신 쉐도우잉에 기반하여 주사용자(PU) 신호 전파 모델을 설립하고, 주사용자(PU)와 센싱노드 사이의 거리값을 갖고 이 모델을 이용해 각 센싱노드의 주사용자(PU) 신호 수신 세기를 추정할 수 있다. 이를 기초로 수신한 센싱값(0 또는 1)의 조건부 확률비를 구하고, 이들을 곱하여 임계치에 도달하면 최종 결정에 이르게 되는 weighted SPRT를 수행한다. 이때 각 센싱 노드의 센싱값 정확도에 따라 평판값을 계산하여 조건부 확률비에 대한 가중치(weight)로 사용함으로써 위조된 센싱값으로부터 영향을 줄일 수 있다. RDSS is proposed as another method to counter an attack by forged sensing value. RDSS does not require prior knowledge of main user (PU) signal patterns, similar to ADSP. Instead, we establish a PU signal propagation model based on shadowing, have a distance value between the PU and the sensing node, and use this model to estimate the strength of the PU signal reception of each sensing node. can do. Based on this, a conditional probability ratio of the received sensing values (0 or 1) is obtained and multiplied by these values to perform a weighted SPRT that leads to a final decision when the threshold is reached. In this case, by calculating the reputation value according to the sensing value accuracy of each sensing node and using it as a weight for the conditional probability ratio, the influence from the forged sensing value can be reduced.

그러나, 종래의 RDSS는 첫번째 WSPRT에 입력되는 (위조된) 센싱값의 순서에 따라 수행횟수가 많아질 수 있다는 점과, 두번째 WSPRT 반복 시 공격자가 위조된 센싱값을 초기에 입력하게 함으로써 적은 노드 수의 공격으로도 쉽게 최종의 이상결과를 유도해 낼 수 있다는 점과, 세번째 평판값이 높은 노드가 공격을 당하면 해당 공격의 영향을 줄이기 위해 상당한 시간이 요구될 수 있다는 점이 존재한다.However, in the conventional RDSS, the number of executions can be increased according to the order of the (falsified) sensing values input to the first WSPRT, and the number of nodes is reduced by allowing an attacker to input the forged sensing values initially during the second WSPRT iteration. Attack can easily lead to the final abnormal result, and if the node with the third highest reputation is attacked, considerable time may be required to reduce the impact of the attack.

도 2는 본 발명에 따른 보안이 필요한 인지 무선 시스템에서 분산 스펙트럼 센싱의 정확성 강화 방법의 흐름도를 나타낸 도면이다. 도 2를 참고하면, 본 발명에 따른 분산 스펙트럼 센싱의 정확성 강화 방법은 복수의 센싱값에 가중치를 적용하여 퓨전을 함으로써 최종 결과값을 산출하는 단계(S100), 복수의 센싱값의 평판값에 대한 트랜드값을 연산하는 단계(S200), 이상 징후를 나타내는 해당 센싱 노드를 퓨전에서 제외하는 단계(S300) 및 복수의 센싱 노드의 아이디를 내림차순으로 정렬하는 단계(S400)를 포함할 수 있다.2 is a flowchart illustrating a method for enhancing accuracy of distributed spectrum sensing in a cognitive radio system requiring security according to the present invention. Referring to FIG. 2, in the method for enhancing the accuracy of distributed spectrum sensing according to the present invention, the final result is calculated by fusion by applying a weight to a plurality of sensing values (S100), for a flat plate value of a plurality of sensing values. Computing a trend value (S200), excluding the corresponding sensing node indicating an abnormal indication from the fusion (S300) and sorting the IDs of the plurality of sensing nodes in descending order (S400).

다음의 표 1은 본 발명에 따르면 보안이 필요한 인지 무선 시스템에서 분산 스펙트럼 센싱의 정확성 강화 방법을 나타낸 eRDSS의 프로시져를 나타낸다.Table 1 below shows an eRDSS procedure showing a method for enhancing the accuracy of distributed spectrum sensing in a cognitive radio system requiring security.

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Figure 112011003341232-pat00004

표 1을 참조하여 복수의 센싱값에 가중치를 적용하여 퓨전을 함으로써 최종 결과값을 산출하는 단계(S100)를 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다. Referring to Table 1, the step (S100) of calculating a final result by fusion by applying a weight to a plurality of sensing values will be described in more detail as follows.

본 발명에서는 기본적으로 퓨전을 위해 사용하는 SPRT 통계법은 다음의 수학식 1과 같이 각각의 센싱 노드들로부터의 센싱값(ui=1 또는 0)에 따라 주사용자(PU) 신호 존재 여부(존재 H1, 부재 H0)의 조건부 확률비를 곱하여 계산하고, 그 값이 임계치에 도달하게 되면 최종 결과를 내고(Sn

Figure 112011003341232-pat00005
이면 H1 결정, Sn
Figure 112011003341232-pat00006
이면 H0 결정), 그렇지 않은 경우 다른 센싱값을 다시 적용하여 계산할 수 있다.In the present invention, the SPRT statistic basically used for fusion is based on the sensing value (u i = 1 or 0) from each sensing node, as shown in Equation 1 below. 1 , multiplied by the conditional probability ratio of the member H 0 ), and when the value reaches the threshold, the final result is obtained (S n
Figure 112011003341232-pat00005
H 1 crystal, S n
Figure 112011003341232-pat00006
If H 0 ), otherwise it can be calculated by applying another sensing value again.

Figure 112011003341232-pat00007
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여기서 두 임계치

Figure 112011003341232-pat00008
Figure 112011003341232-pat00009
는 허용된 오탐지율(tolerated false alarm probability) P01과 허용된 미탐지율(tolerated miss detection probability) P10에 의해
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Figure 112011003341232-pat00011
으로 계산된다. 또한, 조건부 확률값은 다음의 수학식 2와 같이 주사용자(PU)와 센싱 노드 사이의 거리(d)에 따른 로그-노멀 쉐도우잉 거리손실모델로서 계산된다. 이때, Xσ ~ N(0, σ2)는 확률 변수, d0는 참조거리,l은 경로손실지수(path loss exponent)이다.Where two thresholds
Figure 112011003341232-pat00008
Wow
Figure 112011003341232-pat00009
Is given by the tolerated false alarm probability P 01 and by the tolerated miss detection probability P 10 .
Figure 112011003341232-pat00010
Figure 112011003341232-pat00011
. In addition, the conditional probability value is calculated as a log-normal shadowing distance loss model according to the distance d between the main user PU and the sensing node as shown in Equation 2 below. In this case, X σ to N (0, σ 2 ) are random variables, d 0 is a reference distance, and l is a path loss exponent.

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Figure 112011003341232-pat00012

이러한 손실모델에 기반하여 H1인 경우의 수신에너지는 P r = P t - PL (d)로 계산하고, H0인 경우에는 P r = n 0 로 계산하여 다음의 수학식 3 내지 6을 도출한다.Based on this loss model, the received energy for H 1 is calculated as P r = P t - PL (d) , and for H 0 , P r = n 0 The following equations 3 to 6 are derived.

이때, γ는 탐지 임계치, P t 는 주사용자(PU)의 송신에너지,

Figure 112011003341232-pat00013
는 노이즈 확률 변수이다. Γ is the detection threshold, P t is the transmission energy of the main user (PU),
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Is a noise random variable.

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Figure 112011003341232-pat00016
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Figure 112011003341232-pat00017

위조된 센싱값에 대응하기 위해서, 각 센싱 노드의 센싱값의 정확성에 따라 평판값(ri)에 의한 가중치 f(r i )가 적용될 수 있다(표 1의 단계 5 참조). 이때 f(r i )는 시스템 파라미터 g값에 따라, r i =-g 인 경우 f(ri)=0이다. r i >-g인 경우 f(r i )= (r i +g)/(max(r i )+g)으로 계산된다. 최종 결과(u)를 도출한 후, 각 평판값은 센싱값과의 동일 여부에 따라 조정된다(표 1의 단계 9 참조).In order to correspond to the forged sensing value, the weight f ( r i ) by the reputation value r i may be applied according to the accuracy of the sensing value of each sensing node (see step 5 of Table 1). In this case, f (r i ) is f (r i ) = 0 when r i = -g according to the system parameter g. If r i > -g, f ( r i ) = (r i + g ) / (max ( r i ) + g ). After deriving the final result u, each plate value is adjusted according to whether it is equal to the sensing value (see step 9 in Table 1).

표 1을 참조하면 평판값에 의해 가중치가 부여된 WSPRT를 수행하고, 최종 센싱 결과를 얻은 후 각 노드의 평판값을 조절한다(표 1의 단계 3 내지 9 참조).Referring to Table 1, the WSPRT weighted by the reputation value is performed, and after obtaining the final sensing result, the reputation value of each node is adjusted (see steps 3 to 9 of Table 1).

분산 스펙트럼 센싱에 의한 복수의 센싱값에 대한 퓨전이 시작되면, 각 노드의 센싱값의 평판값에 따라 높은 평판값을 가진 센싱 노드의 센싱값부터 입력할 수 있다. 이렇게 입력된 복수의 센싱값을 퓨전하는 방법은 기본적으로 OR, AND, Majority 퓨전 방법에 의해서 수행할 수 있다.When fusion is started for a plurality of sensing values by spread spectrum sensing, the sensing values of the sensing nodes having a high reputation value may be input according to the reputation value of each node's sensing value. The fusion method of the plurality of input sensing values may be basically performed by OR, AND, and majority fusion methods.

최종 판단을 하는 방법은 전체 센싱 노드의 개수를 N이라고 할 때, H1이라고 판정한 노드의 수가 k 이상인 경우 1차 사용자가 사용하는 최종 신호가 있다라고 결정하는 방법(Hard decision)도 사용할 수 있으나, 이는 미탐지율과 센싱정확도의 두 성능 측면에 모두 좋은 성능을 나타내는 것이 아니다.The final decision method may be a method of determining that there is a final signal used by the primary user when the total number of sensing nodes is N, and the number of nodes determined as H 1 is greater than or equal to k. However, this does not indicate good performance in terms of both performance, detection rate and sensing accuracy.

따라서 본 발명에 따른 바람직한 실시예에서는 전체 센싱 노드로부터 수신한 센싱값에 가중치를 부여하고, 이렇게 가중치가 부여된 복수의 센싱값을 합쳐서 얻어진 최종 결과값을 이용하여 1차 사용자가 사용하는 최종 신호가 있는지 여부를 결정하는 방법(Soft decision)을 사용할 수 있다.Therefore, in the preferred embodiment according to the present invention, the final signal used by the primary user is weighted by using the final result obtained by adding the weighted sensing values received from all sensing nodes and adding the plurality of weighted sensing values. Soft decision can be used.

복수의 센싱값의 평판값에 대한 트랜드값을 연산하는 단계(S200)는, 동적으로 변하는 데이터인 평판값의 변화 패턴을 모델링하기 위해 다음의 수학식 7과 같은 시간의 1차함수를 이용할 수 있다.In operation S200, a trend value for a flat plate value of a plurality of sensing values may be used to model a change pattern of a flat plate value, which is dynamically changing data, as shown in Equation 7 below. .

Figure 112011003341232-pat00018
Figure 112011003341232-pat00018

여기서, r t 는 시간 t에서의 평판값이고, t n (n = 0, 1,… n)은 시간 시리즈이며, 시간 t t n < t < t n +l 관계를 갖고, a(t n )은 t n 에서의 평판값의 변화율을 나타내는 모델 파라미터이다.Where r t is the plate value at time t , t n ( n = 0, 1, ... n ) is the time series, and time t is With a relationship of t n <t < t n + l , a ( t n ) is a model parameter representing the rate of change of the plate value at t n .

본 발명에 따르면 공격당한 노드를 빠르게 감지하기 위해 평판값(r)의 변화 패턴, 즉 트랜드(trend)값을 계산하여 변화 패턴을 확인할 수 있다. 트랜드값의 계산은 데이터 변화율을 추정하기 위해 회계 시간 시리즈 예측법(financial time series forecasting)에서 사용되는 알고리즘을 이용할 수 있다. 해당 데이터 값이 시간에 따라 변할 때, 다음의 수학식 8과 같이 시간 t에서의 해당 데이터의 트랜드값은 그 인스턴스(instance) 값의 기대치의 기울기로 정의될 수 있다.According to the present invention, in order to quickly detect an attacked node, a change pattern of a reputation value r , that is, a trend value, may be calculated to determine a change pattern. Trend data is calculated The algorithm used in financial time series forecasting can be used to estimate the rate of change. When the data value changes with time, the trend value of the data at time t may be defined as the slope of the expected value of the instance value as shown in Equation 8 below.

Figure 112011003341232-pat00019
Figure 112011003341232-pat00019

a(t n )을 추정하기 위해 크기 W의 이동 윈도우(moving window)에서 주기적인 관찰 값들을 이용할 수 있다. 즉, 과거의 W개의 데이터 값을 가지고 a( t n )을 추정하기 위한 추정값

Figure 112011003341232-pat00020
은 식 (9)와 같이 각 값들의 차이값의 평균으로 구할 수 있다.Periodic observations can be used in a moving window of size W to estimate a (t n ) . That is, an estimate for estimating a ( t n ) with past W data values
Figure 112011003341232-pat00020
Can be obtained as the average of the difference between the values as shown in equation (9).

Figure 112011003341232-pat00021
Figure 112011003341232-pat00021

이상 징후를 나타내는 해당 센싱 노드를 퓨전에서 제외하는 단계(S300)는, 표 1을 참고하면 평판값의 트랜드값이 하향 또는 계속적인 변화를 보이는 경우, 다음 센싱 시 해당 센싱 노드의 센싱값을 제외시킨다(표 1의 단계 11 ~ 12).In step S300 of excluding a corresponding sensing node indicating an abnormal symptom from the fusion, when the trend value of the plate value shows a downward or continuous change, the sensing value of the corresponding sensing node is excluded in the next sensing. (Steps 11-12 of Table 1).

보다 구체적으로 살펴보면 상기 수학식 9를 통해서 추정된 트랜드값

Figure 112011003341232-pat00022
이 다음의 수학식 10과 같이 특정 임계치와의 비교를 통해 공격의 가능성, 즉 하향 또는 계속적인 변화(fluctuation)로 감지되는 경우, 해당 센싱 노드의 값을 다음의 WSPRT 퓨전 시 배제할 수 있다. 트랜드값의 임계치 α는 시스템 파라미터로서 0 혹은 작은 음의 수이며, 적정 임계치는 네트워크 노드 설치 후 실측치에 기반하여 설정할 수 있다.In more detail, the trend value estimated through Equation 9
Figure 112011003341232-pat00022
As shown in Equation 10 below, when it is detected as a possibility of attack, that is, a downward or continuous fluctuation through comparison with a specific threshold value, the value of the sensing node may be excluded at the next WSPRT fusion. The threshold value α of the trend value is 0 or a small negative number as a system parameter, and an appropriate threshold value can be set based on actual values after network node installation.

Figure 112011003341232-pat00023
Figure 112011003341232-pat00023

단계(S300) 이후의 다음 센싱시에는, 평판값이 높은 노드의 센싱값이 먼저 입력될 수 있도록 복수의 센싱값의 평판값에 기초하여 상기 복수의 센싱 노드의 아이디를 내림차순으로 정렬하는 단계(S400)를 수행한다(표 1 단계 10 참조). 복수의 센싱 노드의 아이디 정렬은 평판값이 큰 값에서 작은 값으로 내림차순 정렬을 수행한다. 또한 공격 당한 노드의 빠른 감지를 위해 평판값(r)의 변화 패턴을 검사하여 퓨전 여부를 결정한다(단계 11 내지 12).In the next sensing after the step S300, sorting IDs of the plurality of sensing nodes in descending order based on the reputation values of the plurality of sensing values so that the sensing values of the nodes having the highest reputation values may be input first (S400). (See Table 1 step 10). The ID sorting of the plurality of sensing nodes performs a descending sorting order from the large reputation value to the smallest value. Also, in order to detect the attacked node quickly, the pattern of change of reputation value r is examined to determine whether or not the fusion is performed (steps 11 to 12).

앞서 살펴본 것처럼, 본 발명에 따른 향상된 퓨전 메커니즘(이하 eRDSS라고 함)은 종전의 퓨전 메커니즘에 비하여 두 가지 특징적인 단계를 더 포함할 수 있다. 첫번째는 빠른 WSPRT 수행을 위해 평판값이 높은 노드의 센싱값부터 입력하여 퓨전을 수행한다는 점이다(표 1의 단계 10). 두번째는 평판값의 변화 트랜드가 하향이거나 계속적인 변화를 보이는 경우 다음 센싱 시에 해당 센싱 노드의 센싱값을 제외시킨다는 점이다.(표 1의 단계 11 내지 12).As discussed above, the improved fusion mechanism according to the present invention (hereinafter referred to as eRDSS) may further comprise two characteristic steps as compared to the conventional fusion mechanism. The first is to perform the fusion by inputting the sensing value of the node with high reputation value for fast WSPRT execution (step 10 in Table 1). Second, when the trend of the change in reputation value is downward or continually changing, the sensing value of the corresponding sensing node is excluded at the next sensing (steps 11 to 12 of Table 1).

이러한 추가된 두 단계는 센싱이 종료된 후 퓨전노드에서 수행되는 것이므로 센싱 시에 요구되는 시간의 변화가 없어서, 종래의 퓨전 방법에 적용하더라도 퓨전 시간이 증가하는 문제가 발생하지 않게 된다.Since these two additional steps are performed in the fusion node after the sensing is completed, there is no change in time required for sensing, so that the problem of increasing the fusion time does not occur even when applied to the conventional fusion method.

도 3은 본 발명에 따른 인지 라디오 네트워크 및 공격 설정의 시뮬레이션 구성도를 도시한다.Figure 3 shows a simulated schematic diagram of a cognitive radio network and attack setup according to the present invention.

도 3을 참고하면, CR 네트워크는 기지국(BS)를 중앙에 위치시킨 2000m×2000m 영역을 갖고, BS가 PUtx로부터 D(1000~5000m) 만큼 떨어져 있으며, 랜덤하게 위치한 이동성을 갖는 500개의 보조사용자(Secondary User : SU) 노드를 서비스하도록 구성될 수 있다.Referring to FIG. 3, the CR network has a 2000m × 2000m area in which a base station (BS) is located at the center, and the BS is separated from PUtx by D (1000 to 5000m), and has 500 randomly located secondary users ( Secondary User: SU) node may be configured to serve.

각각의 SU 노드는 250m의 통신 반경을 가질 수 있다. 각각의 SU 노드는 최대 10m/s 속도를 갖고, 랜덤이동모델(random waypoint mobility model)에 따라 이동성을 가지며 최대 120s의 정지 시간을 가질 수 있다.Each SU node may have a communication radius of 250m. Each SU node has a maximum speed of 10m / s, mobility according to a random waypoint mobility model, and may have a maximum downtime of 120s.

SU 노드는 30s를 주기로 에너지 감지 방법을 이용하여 센싱을 수행할 수 있고, BS가 센싱 및 퓨전 기능을 수행한다. 시그널 감지를 위한 최소 파워(γ)로서 -94dBm, 평균 노이즈(

Figure 112011003341232-pat00024
)는 -106dBm으로 설정할 수 있다. The SU node may perform sensing using an energy sensing method every 30 s, and the BS performs sensing and fusion functions. Minimum power (γ) for signal detection, -94 dBm, average noise (
Figure 112011003341232-pat00024
) Can be set to -106dBm.

도 3에서의 WSPRT 임계치 값 계산을 위한 P01과 P10 값으로 10-5 및 10-6 을 사용할 수 있고, 가중치 계산을 위한 파라미터값 g값으로 5를 사용할 수 있다. PUtx의 듀티사이클(duty cycle)은 0.2이고, 총 2시간의 시뮬레이션을 수행할 수 있다. PL(d)를 구하기 위한 경로손실모델은 IEEE 802.22 워킹 그룹에서 특정 환경을 위해 제안한 HATA 모델을 사용할 수 있고, PUtx의 채널은 617MHz UHF 채널로, PUtx와 수신측 안테나 높이는 각각 100m와 1m로 설정할 수 있다.In FIG. 3, 10 −5 and 10 −6 may be used as P 01 and P 10 values for calculating the WSPRT threshold value, and 5 may be used as a parameter value g for weight calculation. The duty cycle of PUtx is 0.2, and a total of 2 hours of simulation can be performed. The path loss model for obtaining PL (d) can use the HATA model proposed by the IEEE 802.22 working group for a specific environment. The PUtx channel can be set to 617MHz UHF channel, and the PUtx and receiver antenna heights can be set to 100m and 1m, respectively. have.

공격 시나리오는 앞서 설명한 공격 모델(Always-False 공격)에 기반하되 공격 시에는 전체 SU노드 중 무작위로 선택된 30%의 노드(Compromised SU ; CSU)가 Always-False 공격을 계속적으로 수행할 수 있다.The attack scenario is based on the attack model described above (Always-False attack), but at the time of the attack, a randomly selected 30% of the total SU nodes (Compromised SU; CSU) can continuously execute the Always-False attack.

도 4 및 5는 공격이 없는 경우의 D(3000m 또는 5000m)에 따른 각각의 센싱 노드의 트랜드값을 나타낸 도면이다.4 and 5 illustrate trend values of respective sensing nodes according to D (3000m or 5000m) in the absence of an attack.

도 4 및 5를 참고하면, 해당 값은 센싱 타임 100번째의 값을 도시하고 있다. 도 4의 경우에는 대부분의 값이 0.6 이상 1이하의 값을 갖는 반면에, 도 5의 경우에는 더 먼 거리(D=5000m)로 인하여 수신 신호 세기가 작아지면서 대부분의 트랜드 값은 0.4 와 0.8 사이의 값을 갖고, 아주 적지만 -0.2 값을 갖는 노드도 발생함을 확인할 수 있다.4 and 5, the value represents the 100th value of the sensing time. In the case of FIG. 4, most values have a value of 0.6 or more and 1 or less, while in FIG. 5, the trend value is between 0.4 and 0.8 as the received signal strength decreases due to a longer distance (D = 5000m). We can see that there are also very few nodes with a value of -0.2.

도 6은 공격이 있는 경우의 D(3000m)에 따른 각 센싱 노드의 트랜드값을 나타낸 도면이다. 공격이 없는 경우(도 4 및 5를 참조)에 비하여 음수값을 가진 노드가 많고, 대부분의 경우 공격 당한 노드에 해당됨을 알 수 있다.6 is a diagram illustrating a trend value of each sensing node according to D (3000m) in case of an attack. It can be seen that many nodes have negative values compared to the case where there is no attack (see FIGS. 4 and 5), and in most cases, they correspond to the attacked node.

본 시뮬레이션의 적정 트랜드 임계치(α)로서 -0.2의 값으로 설정하여 수행할 수 있다. 실제 네트워크의 경우에는 초기 네트워크 노드 설치 후 일반적인 경우와 트랜드 값을 측정하여 적정 트랜드 임계치를 구할 수도 있다.It can be performed by setting to a value of -0.2 as the appropriate trend threshold value α of this simulation. In the case of a real network, an appropriate trend threshold may be obtained by measuring trend values and general cases after initial network node installation.

도 7은 공격이 없는 경우의 RDSS 및 eRDSS의 성능을 나타낸 도면이다. 도 7을 참조하면, 공격이 없는 일반적인 경우에는 RDSS와 eRDSS의 공격 대응 성능 차이는 크지 않을 수 있지만, 거리가 멀어질수록 평판값이 높은 값부터 퓨전되는 eRDSS의 성능이 좋게 나타남을 확인할 수 있다(즉, RDSS에 비해 최대 CSR이 1.3% 증가하고, MDR이 0으로 감소한다). RDSS는 거리가 멀어진 경우 평균적으로 각 센싱 노드의 에너지 감지의 정확성이 감소하기 때문에 CSR은 조금 감소하고 MDR은 조금 증가하는 경향을 확인할 수 있다.7 is a diagram showing the performance of the RDSS and eRDSS in the absence of an attack. Referring to FIG. 7, in a general case without an attack, the difference in attack response performance between the RDSS and the eRDSS may not be large. However, as the distance increases, the performance of the eRDSS fused from a higher reputation value may be better. That is, the maximum CSR increases by 1.3% and the MDR decreases to 0 compared to the RDSS). As RDSS decreases the energy detection accuracy of each sensing node on average over long distances, CSR tends to decrease slightly and MDR increases slightly.

도 8은 공격이 없는 경우의 WSPRT의 반복 횟수를 나타낸 도면이다. 도 8을 참조하면, eRDSS는 RDSS에 비해 최종 센싱 결과를 얻기 위한 WSPRT 반복 수행 횟수를 최대 12.4% 감소시킨다. 이는 eRDSS의 경우에 평판값이 높은 순서로 입력됨으로써 WSPRT의 임계치에 더욱 빨리 다다르기 때문이다.8 shows the number of repetitions of the WSPRT in the absence of an attack. Referring to FIG. 8, the eRDSS reduces the number of WSPRT iterations performed to obtain the final sensing result by up to 12.4% compared to the RDSS. This is because, in the case of eRDSS, the plate values are input in a high order to reach the threshold of the WSPRT faster.

도 9는 공격이 있는 경우의 RDSS 및 eRDSS의 공격 대응 성능을 나타낸 도면이다. 도 9를 참조하면, 전체 노드 중 랜덤하게 선택된 30%의 공격당한 노드가 원래 센싱 결과와 반대의 결과를 전달하는 공격을 계속적으로 수행한 RDSS와 eRDSS의 성능 비교를 확인할 수 있다. MDR, CSR 모두 eRDSS의 성능이 우수함을 확인할 수 있다(즉, RDSS에 비하여 eRDSS는 CSR가 55.4% 증가하고, MDR이 89.5% 감소한다). 이는 공격을 수행하는 노드의 트랜드 값이 음수값을 가질 확률이 높으므로 퓨전 시 제외될 가능성이 높기 때문이다.9 is a diagram showing the attack response performance of the RDSS and eRDSS when there is an attack. Referring to FIG. 9, a performance comparison between RDSS and eRDSS, in which a randomly selected 30% of the nodes attacked continuously carry out an attack that delivers the opposite result to the original sensing result, can be seen. It can be seen that the performance of eRDSS is excellent in both MDR and CSR (i.e., eRDSS has a 55.4% increase in CSR and 89.5% decrease in MDR compared to RDSS). This is because there is a high probability that the trend value of the node performing the attack has a negative value, so it is more likely to be excluded during fusion.

도 10은 공격이 있는 경우의 센싱 타임에 따른 공격 대응 성능을 나타낸 도면이다.10 is a diagram illustrating attack response performance according to a sensing time when an attack is present.

도 10을 참조하면, RDSS는 공격에 대응하는 민첩성이 상당히 떨어지는 것을 확인할 수 있다. 즉, 공격 노드의 평판값이 1씩 줄어들어 여러 센싱 타임 후에야 그 영향력이 줄게 되고, 그 결과 상당한 센싱 타임 동안 MDR, CSR의 성능이 좋지 않음을 확인할 수 있다. 그러나 eRDSS는 평판값이 높은 센싱 값부터 입력되므로 공격 노드의 평판값이 차츰 낮아지더라도 그러나 공격 노드의 평판값이 입력되는 가능성을 낮출 수 있고, 또한 트랜드 값을 계산하여 공격 가능성이 있는 경우 퓨전에서 해당 노드를 배제시킴으로써 높은 성능 향상을 가져올 수 있다.Referring to FIG. 10, the RDSS can confirm that the agility corresponding to the attack is considerably inferior. In other words, the reputation value of the attacking node decreases by 1, and its influence is reduced after several sensing times. As a result, the performance of MDR and CSR is poor for a considerable sensing time. However, since eRDSS is input from the sensing value with high reputation value, even though the reputation value of attack node is gradually lowered, it is possible to reduce the possibility of entering reputation value of attack node. Excluding the node can lead to high performance.

도 11은 공격이 있는 경우의 WSPRT의 반복 횟수를 나타낸 도면이다. 도 11을 참조하면, WSPRT의 반복 횟수 역시, eRDSS는 공격이 없는 경우와 거의 비슷하지만 RDSS의 경우에는 공격 노드의 평판값 입력으로 빠르게 최종 판단에 이르지 못하여 많은 반복 횟수를 나타내고 있음을 확인할 수 있다(즉, eRDSS가 RDSS에 비해 최대 52.5% 감소한다).11 is a diagram showing the number of repetitions of the WSPRT when there is an attack. Referring to FIG. 11, it can be seen that the number of repetitions of the WSPRT is also similar to that of no attack, but in the case of RDSS, the number of repetitions cannot be reached quickly by entering the reputation value of the attack node. ERDSS is reduced by up to 52.5% compared to RDSS).

아울러 본 발명의 바람직한 실시 예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 등은 이하의 특허청구의 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
In addition, preferred embodiments of the present invention are disclosed for the purpose of illustration, those skilled in the art will be able to make various modifications, changes, additions, etc. within the spirit and scope of the present invention, such modifications, changes, etc. fall within the scope of the claims Should be seen.

Claims (3)

인지 무선 시스템에서 분산 스펙트럼 센싱에 의해 복수의 센싱 노드로부터 수집된 복수의 센싱값을 퓨전하여 최종 결과값을 산출하는 보안이 필요한 인지 무선 시스템에서 분산 스펙트럼 센싱의 정확성 강화 방법에 있어서,
상기 복수의 센싱값의 평판값 순서에 따라, 상기 복수의 센싱값을 입력하고,상기 복수의 센싱값에 가중치를 적용하여 퓨전을 함으로써 최종 결과값을 산출하는 단계(S100);
상기 최종 결과값에 따라 상기 복수의 센싱값의 평판값을 조절하고, 조절된 상기 복수의 센싱값의 평판값에 대한 트랜드값을 연산하는 단계(S200);
상기 트랜드값에 기초하여 상기 복수의 센싱값의 이상 여부를 판단하고, 이상 징후를 나타내는 해당 센싱 노드를 퓨전에서 제외하는 단계(S300); 및
상기 복수의 센싱값의 평판값에 기초하여 상기 복수의 센싱 노드의 아이디를 내림차순으로 정렬하는 단계(S400);를 포함하는 것을 특징으로 하는 보안이 필요한 인지 무선 시스템에서 분산 스펙트럼 센싱의 정확성 강화 방법.
A method for enhancing the accuracy of distributed spectrum sensing in a cognitive radio system that requires security of fusion of a plurality of sensing values collected from a plurality of sensing nodes by distributed spectrum sensing to produce a final result,
Calculating a final result by inputting the plurality of sensing values and fusion by applying weights to the plurality of sensing values according to the order of the plate values of the plurality of sensing values (S100);
Adjusting a flat plate value of the plurality of sensing values according to the final result value and calculating a trend value for the adjusted flat plate value of the plurality of sensing values (S200);
Determining whether the plurality of sensing values are abnormal based on the trend value, and excluding the corresponding sensing node indicating an abnormal indication from the fusion (S300); And
And arranging the IDs of the plurality of sensing nodes in descending order based on the reputation values of the plurality of sensing values (S400).
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 센싱값의 평판값에 대한 트랜드값을 연산하는 단계(S200)는,
Figure 112011003341232-pat00025

(여기서,
Figure 112011003341232-pat00026
는 시간 t n 의 트랜드값, t n 은 퓨전 시간, W는 트랜드 계산을 위한 윈도우 사이즈, r tn 는 시간 t n 의 평판값)
에 의해서 상기 트랜드값을 연산하는 것을 특징으로 하는 보안이 필요한 인지 무선 시스템에서 분산 스펙트럼 센싱의 정확성 강화 방법.
The method of claim 1,
Computing a trend value for the plate value of the plurality of sensing values (S200),
Figure 112011003341232-pat00025

(here,
Figure 112011003341232-pat00026
Is the trend value of time t n , t n is the fusion time, W is the window size for trend calculation, r tn is the plate value of time t n )
The method for enhancing the accuracy of distributed spectrum sensing in a security-aware cognitive wireless system, characterized in that for calculating the trend value by.
제 1 항에 있어서,
상기 해당 센싱 노드를 퓨전에서 제외하는 단계(S300)는,
상기 센싱 노드의 상기 트랜드값(
Figure 112011003341232-pat00027
)이 소정의 임계치(α)와 비교하여 하향하거나 계속적으로 변화하는 트랜드값인 경우에 상기 이상 징후로 판단하는 것을 특징으로 하는 보안이 필요한 인지 무선 시스템에서 분산 스펙트럼 센싱의 정확성 강화 방법.
The method of claim 1,
Excluding the corresponding sensing node from the fusion (S300),
The trend value of the sensing node (
Figure 112011003341232-pat00027
) Is determined as the abnormal indication when the trend value is downward or continuously changing compared to a predetermined threshold α, and the accuracy of distributed spectrum sensing in a cognitive radio system in need of security.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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