数据库驱动认知无线电网络隐私保护技术研究

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认知无线电技术被认为是解决频谱资源匮乏问题的一种有效手段,而数据库驱动是认知无线电网络技术的主要实现方法,通过设置存储可用信道的数据库实现主用户与次用户的频谱共享,从而有效地提高了频谱利用率,尤其适合于大规模认知无线电网络。但在数据库驱动认知无线电网络中,次用户需要在接入网络前,需要将地理位置信息提交给频谱管理数据库来查询相应位置的可用信道,可能泄露次用户的隐私。同时,在目前开放的频段中,存在一些较为敏感的主用户,这些主用户将信道信息不经处理的存储在数据库中,将造成严重的隐私泄露问题。并且在网络中可能存在一些恶意次用户,将干扰网络系统的安全运行和干扰主用户。因此,在数据库驱动认知无线电网络中,保护主用户和次用户的隐私,确保网络系统安全运行变得极其重要。本文根据数据库驱动认知无线电网络中不同的安全问题,提出了三个隐私保护方案,具体而言:首先,针对数据库驱动认知无线电网络中普遍存在的次用户隐私泄露问题,提出了基于Space Twist的次用户隐私保护方案。基站根据历史查询概率为次用户选择锚点,以锚点为中心向数据库展开增量近邻查询,获得可用信道后进行信道分配。次用户无需与数据库共享位置,从而有效地保护了次用户的隐私。仿真实验结果表明该方案的隐私保护程度较高,且在通信开销上具有一定优势。其次,针对数据库驱动认知无线电网络中部分敏感主用户的隐私泄露问题,提出基于位置差分隐私的主用户隐私保护方案。主用户利用位置差分隐私技术处理真实位置获得报告位置,将基于报告位置的信道信息提交给数据库。通过基站向数据库预先请求可用信道,次用户只需要向基站请求信道,而无需将位置提交给数据库。数据库无法获得主用户和次用户的位置及身份信息,从而很好的保护主用户和次用户的隐私。仿真实验结果表明该方案可以达到较高的隐私保护程度,且在通信开销和计算开销方面有明显提升。最后,在考虑数据库驱动认知无线电网络中存在恶意次用户的场景下,提出一种支持位置验证的主用户和次用户隐私保护方案。次用户提交信道申请后,基站选择验证者对次用户进行位置验证,防止恶意次用户破坏网络系统的安全运行。并设计优化的信道分配算法,通过最小化次用户信道质量损失获得服务质量较好的信道,实现了隐私保护和信道效用之间的权衡。通过仿真实验分析,该方案在通信开销和计算开销方面具有较大优势,且在信道分配时延方面有明显优势。
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