视距水下声学传感器网络中的仿冒检测

本文研究了一个视距水下声学传感器网络（UWASN），该网络由 $M$ 个水下传感器节点组成，这些节点根据均匀分布随机部署在一个垂直半盘（即所谓的可信区域）内。传感器节点以时分多址（TDMA）方式在共享的水下声学（UWA）上报信道上向水面上的汇聚节点报告其感知数据，而一个活跃但不可见的对手（所谓 Eve）出现在附近，旨在通过仿冒某个 Alice 节点向系统注入恶意数据。为此，本文首先考虑加性白高斯噪声（AWGN）UWA 信道，并在汇聚节点提出一种新颖的、基于多特征的两步方法，以阻止 Eve 潜在的仿冒攻击。具体而言，汇聚节点利用发射节点的距离、到达角和位置的含噪估计作为设备指纹，执行若干二元假设检验（用于仿冒检测）以及若干最大似然假设检验（用于在未检测到仿冒时的发射机识别）。我们给出了大多数假设检验的误差概率（即性能）的闭式表达式。然后我们考虑具有色噪声和频率相关路径损耗的 UWA 情况，推导了最大似然（ML）距离估计量以及相应的克拉美-罗界（CRB）。随后我们仅利用距离作为唯一特征，调用所提出的两步仿冒检测框架。最后，我们给出了 AWGN UWA 信道和具有色噪声的 UWA 信道的详细仿真结果。仿真结果验证了所提方案对于具有色噪声和频率相关路径损耗的 UWA 信道确实是有效的。