[发明专利]一种无线设备识别方法、系统及数据处理终端

说明书

本发明属于物理层设备识别技术领域，公开了一种无线设备识别方法、系统及数据处理终端，所述无线设备识别方法包括：构建基于DSSS帧前导分形维数的无线设备识别模型；采样信号并依据设备辐射缺陷进行信号特征提取；利用DSSS帧前导计算信号分形维数；利用DSSS帧前导分形维数进行设备识别。本发明使用DSSS帧前导分形维数作为无线设备识别中的一种可用新辐射特征，该特征有效提高了物理层设备识别准确度。实验结果表明，本发明提供的基于DSSS帧前导分形维数的无线设备识别方法能够保证与已知特征相较性能增益。在不同噪声环境下，本发明的识别方法仍能保证可观的性能增益，尤其在高噪声环境下识别准确度提升更为显著。

技术领域

本发明属于物理层设备识别技术领域，尤其涉及一种无线设备识别方法、系统及数据处理终端。

背景技术

目前，随着物联网、5G和LPWAN等技术的进步，无线设备的数量预计在可预见的未来不断增加。而随着无线接入设备数量的急速增长，无线设备识别逐渐面临一些新的技术挑战，如高效接入识别。此外，基于设备识别的技术在许多新兴应用中也发挥着越来越重要的作用，如设备定位、追踪等。传统识别方式是将身份信息存储于设备中，如媒体访问控制地址(MAC)、国际移动设备身份(IMEI)和射频识别，然而无线设备应用场景种类和规模的增加带来了新的挑战，身份信息的分发和管理日益复杂，且它们无法良好应对物理攻击，攻击者容易通过危害无线设备硬件以访问或窃取身份相关信息。

最新的研究是利用无线信号辐射特征进行设备识别。这里，辐射特征是指可以从无线信号中测量的不可复制和不可伪造的统计特征。这些特征主要是由无线设备中收发器的物理缺陷引起的，这些缺陷是在制造过程中随机产生的；因此，它们很难控制、预测和克隆，可以作为设备识别的内生、不可复制和不可伪造的身份。基于信号辐射特征的无线设备识别是对传统基于信息存储方法的有力补充，因为1)它是内生的，即不需要人为附加身份；2)它具有普遍适用性，可以应用于所有无线设备；3)对硬件攻击具有鲁棒性，增加了物理攻击的代价；4)它表现出高兼容性，即它与现有的信息存储方法兼容；5)它提高了通信效率(无显式的通信开销)；6)它提供隐私保护，即不需要收集私人数据，如MAC、IMEI或生物特征。

然而，基于信号辐射特征的无线设备识别方案仍受限于其有限的识别准确度，目前未能得到实际广泛应用。这可归因于两个主要因素：首先，单个特征的可识别尺度，即在没有显著错误率的情况下可辨别的设备的最大数量是有限的；其次，通过多特征联合识别方案是一种有效的解决方案，但目前缺乏对硬件缺陷机理的深入探究，阻碍了更多信号特征提取的发展。因此，研究能够有效提高设备识别准确度的新辐射特征对于促进基于辐射特征的设备识别方法的发展至关重要。

直接序列扩频DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum)是一种高安全性、高抗扰性的无线扩频通信方式。DSSS通过利用高速率的扩频序列在发射端扩展信号的频谱，而在接收端用相同的扩频码序列进行解扩，把展开的扩频信号还原成原来的信号。直接序列扩频技术在军事通信和机密工业中得到了广泛的应用，现在甚至普及到一些民用的高端产品，例如信号基站、无线电视、蜂窝手机、婴儿监视器等，是一种可靠安全的工业应用方案。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)传统识别方式是将身份信息存储于设备中，如媒体访问控制地址、国际移动设备身份和射频识别，然而无线设备应用场景种类和规模的增加带来了新的挑战，身份信息的分发和管理日益复杂，且它们无法良好应对物理攻击，攻击者容易通过危害无线设备硬件以访问或窃取身份相关信息。

(2)现有基于信号辐射特征的无线设备识别方案仍受限于其有限的识别准确度，目前未能得到实际广泛应用。

(3)单个特征的可识别尺度，即在没有显著错误率的情况下可辨别的设备的最大数量是有限的；通过多特征联合识别方案是一种有效的解决方案，但目前缺乏对硬件缺陷机理的深入探究，阻碍了更多信号特征提取的发展。

解决以上问题及缺陷的难度为：