SUPERVISOR
Mehdi Mahdavi
مهدی مهدوی (استاد راهنما)
STUDENT
Mahdi Nazari
مهدی نظری
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392
TITLE
Employing and studying GLOF test and proposed PLOF test to detect malicious users in cognitive radio networks
The widespread use of communication systems increases the usage of the frequency spectrum. Measurements reveal that the usage of the spectrum is av eragely less than 15% and in the the maximum case the usage is close to 85%. Hence,the main problem in spectrum allocation is not the shortage of the frequency spectrum but it is the inefficient usage. This is because by now fixed frequency spectrum has been assigned to the licensed users or primary users. Three Proposed solutions to this problem are spectrum reallocation, spectrum leasing and spectrum sharing. Efforts for more efficient usage of spectrum through spectrum sharing necessiatethe use of cognitive radio networks. Cognitive radio is an advanced radio system that can adjust its operating parameters for clever access to the spectrum. One of the essential functions ofeach cognitive radio network is spectrum sensing to detect the presence or absence of the primary user signal. Cooperative spectrum sensing is used to avoid the effects of the channel fading in spectrum sensing.. In this method, the reports from several cognitive radio users are collected and the final decision about the presence or absence of the primary user signal is made.In this waymalicious users cause mistake on the desicion made on the presence or absence of theprimary user signal. Therefore methods have been presented in cooperative spectrum sensing to eliminate the effect of the attacks by malicious users.As proposed methods for eleminatingthe effect of malicious users are outlier tests, reputation based methods and methods provided for mobile networks. In the outlier tests, identification of malicious users while they are the majority of users is hardly possible. Nevertheless, the simplicity and the rapid detection of the malicious users are the advantages of outlier tests. Outlier tests which have distance approach have a good performance for identification of the malicious users in cognitive radio networks. Local outlier factor test (LOF) is as one of outlier tests with distance approach.In comparison with other outlier tests such as ABP and GESD tests, local outlier factor test (LOF) has better performance in detecting malicious users based on the curves of the detection probability vs. false alarm probability. In this thesis GLOF test that is the generalization of LOF test is used to detect malicious users.It is shown that when the number of the malicious users are high GLOF test has better performance compared with LOF test. Furthermore, PLOF test presented in this thesis uses peeling method with LOF test. In this test, the most outlier data at every step is detected and will be deleted from data set ofthe cognitive radio users reports. Such steps are repeated until all the outlier data are removed. It is shown that when the number of the malicious users is less, PLOF method is better than LOF and GLOF. LOF and GLOF tests have the same computational complexity; however, PLOF test has higher computational complexity.The proposed methods provide detection of malicious users properly in a cognitive radio network with simplicity and rapid spectrum sensing. Keywords: Cognitive radio, cooperative spectrum sensing, outlier tests, onion peeling, generalized local outlier factor
استفادهی گسترده از سیستمهای مخابراتی استفاده از طیف فرکانسی را نیز افزایش داده است. اندازهگیریهای انجام شده نشان میدهند که میزان استفاده از طیف به طور میانگین کمتر از ?? درصد است و این میزان در بیشترین حالت نزدیک به ?? درصد میباشد. بنابراین مشکل اصلی در تخصیص طیف کمبود طیف فرکانسی نبوده بلکه استفادهی ناکارآمد از طیف است. چرا که تا کنون طیف فرکانسی به صورت ثابت به کاربران مجوزدار یا همان کاربران اولیه اختصاص داده شده است. سه راه حل پیشنهاد شده برای این مشکل عبارتاند از: تخصیص مجدد طیف، اجارهی طیف و به اشتراک گذاری طیف. تلاش برای استفادهی کارآمدتر از طیف از طریق به اشتراک گذاری طیف، نیاز به استفاده از شبکههای رادیوشناختگر را ضروری کرده است. رادیوشناختگر یک سیستم رادیویی پیشرفته میباشد که قادر است پارامترهای عملیاتی خود را برای دسترسی هوشمندانه به طیف تطبیق دهد. یکی از کارهای هر شبکهی رادیوشناختگر، سنجش طیف برای تشخیص حضور و یا عدم حضور سیگنال کاربر اولیه است. برای جلوگیری از اثرات تضعیف کانال در سنجش طیف از سنجش طیف همکارانه استفاده میشود. در این روش گزارشات چند کاربر رادیوشناختگر جمعآوری شده و تصمیم نهایی در مورد حضور و یا عدم حضور سیگنال کاربر اولیه اتخاذ میگردد. در این میان کاربران مخرب تصمیم در مورد حضور و یا عدم حضور سیگنال کاربر اولیه را دچار اشتباه میکنند. بنابراین روشهایی برای حذف اثر حملات کاربران مخرب در سنجش طیف همکارانه ارائه شده اند. از جمله روشهای ارائهشده برای حذف اثر کاربران مخرب، آزمونهای بروننهاده، روشهای اعتباری و روش های ارائه شده در شبکههای موبایل میباشند. در آزمونهای بروننهاده امکان شناسایی کاربران مخرب در حالی که اکثریت کاربران را تشکیل میدهند به سختی ممکن است. با وجود این سادگی و سرعت بالا در تشخیص کاربران مخرب از جمله مزیتهای آزمونهای بروننهاده میباشند. آزمونهای بروننهاده که رویکرد فاصلهای دارند در تشخیص کاربران مخرب در شبکههای رادیوشناختگر دارای عملکرد مناسب هستند. از جمله آزمونهای بروننهاده با رویکرد فاصلهای، آزمون فاکتور بروننهادهی محلی (LOF) میباشد. آزمون LOF در مقایسه با آزمونهای بروننهادهی دیگر مانند آزمونهای ABP و GESD عملکرد بهتری در تشخیص کاربران مخرب بر اساس نمودارهای احتمال آشکارسازی برحسب احتمال هشدار کاذب دارد. در این پایاننامه برای تشخیص کاربران مخرب از آزمون GLOF که تعمیمیافتهی آزمون LOF است استفاده شده است. نشان داده میشود وقتی تعداد کاربران مخرب زیاد است GLOF عملکرد بسیار مناسبتری نسبت به آزمون LOF دارا میباشد. همچنین آزمون جدید PLOF که در نوشتهی حاضر ارائه شده، از روش لایهبرداری با استفاده از آزمون LOF استفاده میکند. در این آزمون در هر مرحله بروننهادهترین داده شناسایی شده و از مجموعهی دادههای مربوط به گزارش کاربران رادیوشناختگر حذف میشود. این مراحل آنقدر تکرار میشود تا تمام دادههای بروننهاده حذف گردند. نشان داده میشود روش PLOF برای زمانی که تعداد کاربران مخرب کمتر است، عملکرد بهتری نسبت به روشهای LOF و GLOF دارد. آزمونهای LOF و GLOF دارای پیچیدگی محاسباتی یکسان هستند اما پیچیدگی محاسباتی آزمون PLOF بیشتر از دو آزمون دیگر است. روشهای ارائه شده امکان تشخیص مناسب کاربران مخرب در یک شبکهی رادیوشناختگر را در عین سادگی و سرعت مناسب در سنجش طیف فراهم میآورند. واژههای کلیدی: 1- شبکهی رادیوشناختگر 2- سنجش طیف همکارانه ?- آزمونهای بروننهاده ?- لایهبرداری پیاز ?- فاکتور بروننهادهی محلی تعمیمیافته