[發(fā)明專利]一種為無(wú)線設(shè)備進(jìn)行指紋建模及識(shí)別的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710172588.2
• 申請(qǐng)日: 2017-03-21
• 公開（公告）號(hào): CN106961434B
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫弘毅;華景煜;沈振宇;陳曉宇;仲盛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L29/06
• 分類號(hào): H04L29/06;H04W12/06;H04W12/08;H04W12/12
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 李玉平

1.一種為無(wú)線設(shè)備進(jìn)行指紋建模及識(shí)別的方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)分解通道狀態(tài)信息的相位值；包括如下內(nèi)容：

對(duì)于通信的一對(duì)無(wú)線設(shè)備，所述無(wú)線設(shè)備包括接收設(shè)備和發(fā)送設(shè)備，當(dāng)接收設(shè)備從發(fā)送設(shè)備收到了n幀報(bào)文，對(duì)于每個(gè)幀來(lái)說(shuō)，它都從網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)測(cè)量了通道狀態(tài)信息的數(shù)據(jù)；對(duì)于第k個(gè)子載波，通道狀態(tài)信息包含了一個(gè)相位域φ_t,k，相位域φ_t,k計(jì)量了子載波上發(fā)送方和接收方之間的幀的相位偏移；

φ_t,k＝k(2παζ_d+2πβζ_s)+ψ_t,k+2πΔf_ct (式1)

其中，α、β是常數(shù)系數(shù)，ζ_d是一個(gè)與同幀檢測(cè)時(shí)間延遲相關(guān)的量，ζ_s是一個(gè)由發(fā)射端和接收端之間的采樣時(shí)鐘不同步引入的一個(gè)時(shí)間偏移項(xiàng)，ψ_t,k是由傳播時(shí)延引入的相位偏移量，Δf_c表示待估計(jì)的載波頻率偏移項(xiàng)，2πΔf_c為載波頻率偏移相關(guān)項(xiàng)，其同載波頻率偏移之間只差一個(gè)常系數(shù)；

(2)從通道狀態(tài)信息分解出的相位值中消除與載波頻率偏移無(wú)關(guān)的干擾項(xiàng)；包括如下內(nèi)容：

(2.1)移除幀檢測(cè)延遲和采樣頻率偏移：根據(jù)式1，將滿足k₁＝1,k₂＝-1的和求均值，移除由于幀檢測(cè)延遲和采樣頻率偏移引起的相位偏移；對(duì)于時(shí)間點(diǎn)t，根據(jù)式1，定義

其中，φ_t,1和φ_t,-1分別代表著下標(biāo)為1和-1的子載波的相位值；

(2.2)移除傳播時(shí)延：先要求接收方和發(fā)送方在收集幀的過(guò)程中保持靜止，這樣就固定了他們的相對(duì)距離，定義相位差：

對(duì)于每一對(duì)鄰近的幀，計(jì)算他們的相位差和到達(dá)時(shí)間差Δt，單位微秒；然后，將這些所有的點(diǎn)表示在相位-時(shí)間坐標(biāo)系內(nèi)，這些點(diǎn)構(gòu)成了一系列周期性的條紋；

(3)從條紋圖像中計(jì)算得到載波頻率偏移的估計(jì)值；包含以下內(nèi)容：

(3.1)選取高密度區(qū)域

使用滑動(dòng)窗口算法來(lái)識(shí)別高密度區(qū)域；在每個(gè)固定窗口中，計(jì)算所有的點(diǎn)的數(shù)目，然后移動(dòng)到另一個(gè)窗口長(zhǎng)度的地方；最終，選擇最高數(shù)目的點(diǎn)的窗口作為高密度區(qū)域；

(3.2)將高密度區(qū)域轉(zhuǎn)為二進(jìn)制圖像

將高密度區(qū)域等分為小的矩形，每個(gè)矩形都在新生成的二進(jìn)制圖像中對(duì)應(yīng)一個(gè)像素；然后，對(duì)于每一個(gè)矩形，計(jì)算其中的點(diǎn)的數(shù)目；如果總數(shù)目超過(guò)了預(yù)定義閾值，那么對(duì)應(yīng)的像素就設(shè)置為1，否則置為0；

(3.3)獲取聯(lián)通部分

在二進(jìn)制圖像中識(shí)別出k個(gè)最大的連通分量以及每個(gè)連通分量的點(diǎn)集合，將估計(jì)條紋的斜率的問(wèn)題轉(zhuǎn)化為估計(jì)k個(gè)最大的連通分量的斜率；

(3.4)條紋斜率的估計(jì)

在經(jīng)過(guò)步驟(3.1)-(3.3)之后，將得到k個(gè)最大的連通分量的每一個(gè)連通分量的點(diǎn)的集合；設(shè)連通點(diǎn)集為S；設(shè)斜紋的斜率值為k_c，通過(guò)最小二乘法得到斜率的估計(jì)值

其中，ρ為最小二乘法所要優(yōu)化的系數(shù)，β是一個(gè)常量；因此，找出每個(gè)連通分量，然后利用最小二乘法計(jì)算出斜率的估計(jì)值，將它作為斜紋的斜率值；最后，對(duì)斜率值進(jìn)行聚類，求取聚類結(jié)果中數(shù)量最多的一類的斜率平均值作為最后的載波頻率偏移估計(jì)值；

(4)利用載波頻率偏移估計(jì)值作為無(wú)線設(shè)備的指紋特征，對(duì)互聯(lián)的WiFi熱點(diǎn)和無(wú)線設(shè)備進(jìn)行雙向識(shí)別；包括如下內(nèi)容：

a)對(duì)合法WiFi熱點(diǎn)進(jìn)行指紋采集，建立白名單；

b)每當(dāng)進(jìn)行WiFi熱點(diǎn)接入時(shí)，利用步驟(1)至步驟(3)所述的方法采集當(dāng)前接入的WiFi熱點(diǎn)的載波頻率偏移估計(jì)值，將此估計(jì)值同采集好的白名單中的WiFi熱點(diǎn)指紋特征進(jìn)行對(duì)比，如果相似度低于閾值，即判定為非法WiFi熱點(diǎn)；

c)在WiFi熱點(diǎn)上預(yù)先對(duì)需要接入的無(wú)線設(shè)備建立白名單，通過(guò)比較接入的無(wú)線設(shè)備的指紋特征，使得WiFi熱點(diǎn)能對(duì)接入的無(wú)線設(shè)備進(jìn)行反向識(shí)別。