[發(fā)明專利]一種基于頻偏預(yù)處理的無(wú)線設(shè)備識(shí)別方法、裝置及存儲(chǔ)介質(zhì)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010488901.5
• 申請(qǐng)日: 2020-06-02
• 公開（公告）號(hào): CN111866876B
• 公開（公告）日: 2023-02-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 彭林寧;季澈;胡愛群;付華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W12/06
• 分類號(hào): H04W12/06;H04W12/47;H04L27/00;G06F18/2431
• 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: 柏尚春

本發(fā)明公開了一種基于頻偏預(yù)處理的無(wú)線設(shè)備識(shí)別方法，通過對(duì)接收的射頻信號(hào)做傅里葉變換和相關(guān)運(yùn)算得到幀前導(dǎo)定位，從提取的幀前導(dǎo)信號(hào)中提取頻偏，按時(shí)間順序組成頻偏序列，對(duì)該序列先后進(jìn)行移動(dòng)平均濾波和回歸分析，得到回歸系數(shù)；通過回歸系數(shù)對(duì)頻偏進(jìn)行特征變換，將回歸系數(shù)和變換后的頻偏作為指紋特征存入指紋庫(kù)；利用指紋庫(kù)數(shù)據(jù)訓(xùn)練隨機(jī)森林模型，得到隨機(jī)森林分類器；獲取待認(rèn)證無(wú)線設(shè)備發(fā)送的射頻信號(hào)，提取其射頻指紋后，使用隨機(jī)森林分類器對(duì)指紋進(jìn)行識(shí)別，根據(jù)識(shí)別的結(jié)果來(lái)對(duì)無(wú)線設(shè)備的身份進(jìn)行認(rèn)證。本發(fā)明還提供了基于上述方法的無(wú)線設(shè)備識(shí)別裝置及存儲(chǔ)介質(zhì)。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線設(shè)備的快速識(shí)別，且具有較好的實(shí)用性和魯棒性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無(wú)線設(shè)備識(shí)別領(lǐng)域，尤其涉及一種基于頻偏預(yù)處理的無(wú)線設(shè)備識(shí)別方法、裝置及存儲(chǔ)介質(zhì)。

背景技術(shù)

近年來(lái)，通訊設(shè)備(主要包括個(gè)人通訊設(shè)備和工業(yè)通訊設(shè)備)的數(shù)量呈現(xiàn)飛速增長(zhǎng)，其主要原因在于無(wú)線通信理論及其應(yīng)用的發(fā)展。而通訊設(shè)備的廣泛使用必然帶來(lái)一定的安全隱患。因此，對(duì)于設(shè)備安全隱患的研究和預(yù)防得到了學(xué)界重視及深入研究。其中，由于無(wú)線設(shè)備的接入安全是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)安全的重要一環(huán)，無(wú)線接入點(diǎn)和終端用戶對(duì)通信設(shè)備的識(shí)別和認(rèn)證成為當(dāng)前研究的主要對(duì)象。

傳統(tǒng)的認(rèn)證模式多以用戶設(shè)備提供的認(rèn)證信息為認(rèn)證目標(biāo)。例如，應(yīng)用IPsec(IPSecurity)協(xié)議的IPv6技術(shù)，通過ESP(Encapsulating Security Payloads)協(xié)議指定加解密算法和認(rèn)證算法，通過IKE(Internet Key Exchange)協(xié)議來(lái)進(jìn)行密鑰的管理和交換。用戶提供hash值等身份信息作為認(rèn)證目標(biāo)，接收方通過AH協(xié)議確認(rèn)數(shù)據(jù)發(fā)送方的真實(shí)身份，以及數(shù)據(jù)在傳輸過程中是否遭篡改。

隨著量子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，計(jì)算機(jī)的計(jì)算性能大幅提升，密碼學(xué)領(lǐng)域的現(xiàn)有研究亟待突破。此外，身份信息的泄露也是影響當(dāng)前認(rèn)證體系的問題之一。近年來(lái)，使用物理手段獲取設(shè)備的身份信息這一方向得到了廣泛研究，其中通過電磁波提取設(shè)備的射頻指紋作為身份標(biāo)識(shí)是一大熱點(diǎn)。射頻指紋可以分為瞬態(tài)射頻指紋特征和穩(wěn)態(tài)射頻指紋特征，穩(wěn)態(tài)特征主要包括頻率偏移，I/Q偏移，幅度相位誤差等。

近年來(lái)的實(shí)驗(yàn)研究表明，射頻指紋在不同的物理環(huán)境下會(huì)有一定的變化，開機(jī)時(shí)間的長(zhǎng)短，溫度的高低，不同天線的使用等，都會(huì)對(duì)指紋產(chǎn)生不同程度的影響。國(guó)內(nèi)外的許多研究也證明了這一點(diǎn)，例如，2017年，Martin Posp′等人研究了芯片發(fā)熱對(duì)頻偏，I/Q誤差等射頻指紋的影響，他們使用GMM(簡(jiǎn)單高斯混合模型)對(duì)設(shè)備進(jìn)行分類，并調(diào)整Usrp(通用軟件無(wú)線電外設(shè))芯片的溫度來(lái)觀察溫度對(duì)不同特征的影響，結(jié)果表明溫度對(duì)頻偏和正交誤差的影響最大，主要原因是溫度對(duì)TCXO(溫度補(bǔ)償晶體振蕩器)的影響；MohamedS.Kheir等人在研究納米R(shí)FID技術(shù)的過程中，提出了一種基于Cocoon-PUF腔結(jié)構(gòu)的RFID技術(shù)，并分析了這種結(jié)構(gòu)的溫度魯棒性，發(fā)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)的六個(gè)射頻指紋特征受溫度的影響，發(fā)生了明顯的線性變化；Richard L.Patterson等人在研究極端溫度下的電子元器件和電路的過程中指出，在低溫下，大多數(shù)載波設(shè)備顯示出更低的泄漏電流和更低的閂鎖敏感性，此外，由于載流子遷移率和飽和速度的提高，這些設(shè)備顯示出更高的速度；Robert H.Caverly等人曾對(duì)MOSFET RF等效電路參數(shù)的溫度特性進(jìn)行了研究，研究表明，多晶硅柵極電阻隨溫度的升高而增加，另外，跨導(dǎo)隨溫度升高而降低。Yo-Sheng Lin等人也研究了溫度對(duì)單片RF變壓器的品質(zhì)因數(shù)(Q因子)和噪聲系數(shù)(NF)性能的影響，同時(shí)也說(shuō)明了不同的晶振受溫度的影響程度不同，而頻偏等射頻指紋與晶振的關(guān)系密切，因此溫度的變化也會(huì)間接導(dǎo)致射頻指紋的變化。Mathew WLukacs等人在研究天線的射頻指紋過程中，對(duì)不同類型的天線進(jìn)行了指紋的提取和分類，通過Fisher判別法，對(duì)兩個(gè)天線和兩個(gè)終端的天線類型進(jìn)行了分類，取得了良好的效果，說(shuō)明了天線本身具有一定的射頻指紋，因此天線的變化對(duì)于終端的射頻指紋會(huì)產(chǎn)生一定的影響。

這些因素的影響使得指紋的魯棒性變?nèi)酰瑥亩绊懥嗽O(shè)備的正確識(shí)別。研究不同物理環(huán)境下同一設(shè)備的指紋變化，同一物理環(huán)境下不同設(shè)備的指紋變化，對(duì)于射頻指紋的清洗，提高指紋的魯棒性有重要的意義。