專利名稱：一種不依賴信號解調(diào)識別ieee 802.11協(xié)議的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種不依賴信號解調(diào)識別IEEE 802. 11協(xié)議的方法。該方法可以在不對接收到得無線信號進(jìn)行解調(diào)的情況下，利用信號物理層特性判斷出高層所使用的通信協(xié)議類型。
背景技術(shù)：
近幾年來，以快捷高效、組網(wǎng)靈活為優(yōu)勢的民用無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展非常迅速。典型的無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)有以IEEE 802. 11、IEEE 802. 15、IEEE 802. 16等，以上述標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的無線網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到人們的日常生活當(dāng)中。多種通信體制的并存導(dǎo)致了不同網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備互連互通困難。這是因為在傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)以及通信設(shè)備中，大多與物理層相關(guān)聯(lián)的功能(如調(diào)制等)被固化在硬件中，而MAC層中許多操作也被廠家以各種手段保護(hù)起來，所以，通信范圍內(nèi)共存的多種終端或網(wǎng)關(guān)設(shè)備之間難以相互通信。近年來，隨著認(rèn)知無線電概念的提出以及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，不同體制的設(shè)備相互通信已經(jīng)成為一種趨勢，但是其首先要解決的問題便是對通信環(huán)境內(nèi)存在的服務(wù)的發(fā)現(xiàn)和識別。目前無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議識別技術(shù)主要是對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解包，對比特或比特流進(jìn)行分析，這就需要對截獲的無線信號進(jìn)行解調(diào)、解碼等操作。然而，在實(shí)際情況下，對數(shù)據(jù)包進(jìn)行解碼并不總是可行的。此外，為了能夠?qū)崿F(xiàn)不同通信體制的網(wǎng)絡(luò)互通，需要將多種通信協(xié)議集中于同一套網(wǎng)關(guān)設(shè)備之中，這對網(wǎng)關(guān)設(shè)備的處理能力要求極高，增大了網(wǎng)關(guān)設(shè)備的負(fù)擔(dān)，且實(shí)現(xiàn)較為困難，或者采用多個網(wǎng)關(guān)設(shè)備，但卻增大了開銷，不利于靈活組網(wǎng)。因此， 需要一種能夠不依賴信號解調(diào)識別無線通信協(xié)議的技術(shù)，即利用截獲到的信號的物理特性，如發(fā)送頻率、功率、時域分布特性等，來推測當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議。而在軍事領(lǐng)域，尤其是在未來信息化戰(zhàn)場上，包括信息加密在內(nèi)的各種信息處理技術(shù)會得到大量應(yīng)用，以及電磁干擾等技術(shù)的使用，截獲信號后進(jìn)行解碼并不總是可行的， 但是無論采用了何種信息處理技術(shù)與組網(wǎng)技術(shù)，無線信號本身的傳播是開放的，在無法對信號進(jìn)行解調(diào)、解碼的情況下，可以使用基于物理信號特征檢測的無線通信協(xié)議識別與分析技術(shù)對敵軍所用的無線通信協(xié)議進(jìn)行分析。此外，隨著硬件技術(shù)的發(fā)展與推動，出現(xiàn)了一種軟件無線電技術(shù)。該技術(shù)是指采用通用的硬件平臺，通過軟件的功能來實(shí)現(xiàn)原先硬件能實(shí)現(xiàn)的功能。原先需要的針對不同應(yīng)用的多種設(shè)備現(xiàn)在可以通過一個通用硬件平臺來實(shí)現(xiàn)，唯一不同的地方在于我們需要編寫針對不同應(yīng)用的軟件模塊。這樣不僅能減少硬件設(shè)備，而且具有較大的靈活性和可擴(kuò)展性。 本發(fā)明正是基于這種軟件無線電技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提供一種不依賴信號解調(diào)的IEEE 802. 11協(xié)議識別方法。由于在現(xiàn)實(shí)生活中，對信號進(jìn)行解調(diào)并不總是可行的，尤其是在軍用領(lǐng)域，信息加密、電磁干擾等技術(shù)的應(yīng)用使得信號解碼更為困難，而物理信號的在空中的傳播是開放的，可以利用對信號的物理層特性進(jìn)行分析來推測高層所采用的通信協(xié)議類型。技術(shù)方案本發(fā)明的具體實(shí)施方式
是使用通用軟件無線電外圍設(shè)備設(shè)備對IEEE 802. 11信道進(jìn)行定期掃描，收集無線信號，軟件無線電設(shè)備通過USB接口與通用計算機(jī)相連，在通用計算機(jī)中，利用折疊算法對采樣點(diǎn)序列進(jìn)行分析，判斷其中是否含有周期性出現(xiàn)的信標(biāo)消息，最終識別出周圍環(huán)境中是否存在無線局域網(wǎng)信號，并獲得網(wǎng)絡(luò)中的信標(biāo)周期。具體說來，該方法由以下幾個模塊構(gòu)成
預(yù)處理模塊消除采樣信號中噪聲和干擾信號的影響?？焖僬郫B算法模塊對處理過的信號按周期P做折疊，計算折疊后的序列。周期檢測模塊對折疊后的序列按照一定門限進(jìn)行判決，判斷是否存在信標(biāo)消息。門限計算根據(jù)信道利用率，計算不同利用率下對應(yīng)的判決門限。利用此技術(shù)，可以不需要對無線信號進(jìn)行解調(diào)，快速發(fā)現(xiàn)Wifi信號。本發(fā)明的不依賴信號解調(diào)識別IEEE 802. 11協(xié)議的方法利用IEEE 802. 11信號在物理層上的能量分布特性，通過識別周期性發(fā)送的信標(biāo)消息來識別該協(xié)議信號，具體步驟如下
1)采樣利用通用軟件無線電外圍設(shè)備對已知信道掃描，并將采樣點(diǎn)通過USB接口傳輸至通用計算機(jī)，
2)預(yù)處理對收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪量化處理，以減小后續(xù)處理中噪聲的影響和數(shù)據(jù)分組的干擾，具體量化規(guī)則如下
21)若采樣點(diǎn)幅度低于預(yù)設(shè)門限，則認(rèn)為是噪聲，將其幅度置為0；
22)若采樣點(diǎn)幅度高于預(yù)設(shè)門限，則認(rèn)為是信號，幅度置為1；
23)按照21)、22)處理后的采樣點(diǎn)幅值連續(xù)1的數(shù)量多于7認(rèn)為不是信標(biāo)，置為0；
3)快速折疊算法FFA:此算法在F個采樣點(diǎn)的序列i 中快速發(fā)現(xiàn)以P為周期的算法； 算法主要步驟如下對周期序列P中每個元素珂幻，k為該元素在周期序列P中的位置，
31)將序列分為長度為的子序列，得到UV/珂幻」個子序列，L」符號表示下取
整，F(xiàn)是采樣點(diǎn)個數(shù)；
32)對這多個子序列按元素對應(yīng)相加，得到的和序列為時的折疊峰值；
33)計算每個珂到對應(yīng)的規(guī)范化折疊峰值, F _max[k] = I\k].；4)周期檢測將每個對應(yīng)的規(guī)范化折疊峰值
權(quán)利要求
1.一種不依賴信號解調(diào)識別IEEE 802. 11協(xié)議的方法，其特征在于利用IEEE 802. 11信號在物理層上的能量分布特性，通過識別周期性發(fā)送的信標(biāo)消息來識別該協(xié)議信號，具體步驟如下1)采樣利用通用軟件無線電外圍設(shè)備對已知信道掃描，并將采樣點(diǎn)通過USB接口傳輸至通用計算機(jī)，2)預(yù)處理對收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪量化處理，以減小后續(xù)處理中噪聲的影響和數(shù)據(jù)分組的干擾，具體量化規(guī)則如下21)若采樣點(diǎn)幅度低于預(yù)設(shè)門限，則認(rèn)為是噪聲，將其幅度置為0；22)若采樣點(diǎn)幅度高于預(yù)設(shè)門限，則認(rèn)為是信號，幅度置為1；23)按照21)、22)處理后的采樣點(diǎn)幅值連續(xù)1的數(shù)量多于7認(rèn)為不是信標(biāo)，置為0；3)快速折疊算法FFA此算法在Af個采樣點(diǎn)的序列J 中快速發(fā)現(xiàn)以P為周期的算法； 算法主要步驟如下對周期序列P中每個元素珂幻，k為該元素在周期序列ρ中的位置，31)將序列分為長度為PW的子序列，得到[_況/幵幻」個子序列，L」符號表示下取整，F(xiàn)是采樣點(diǎn)個數(shù)；32)對這多個子序列按元素對應(yīng)相加，得到的和序列為|_爾綱J-I ￠ = 0,1,-,^1-1)J-O其中，i為折疊結(jié)果^fw的索引，Σ e
-〗],表示元素在序列中的位置；AwP]表示折疊結(jié)果的第個元素，j為子序列索引，;￡為長度為V的采樣序列，其元素ΛΠ表示采樣點(diǎn)的幅值，k為周期序列P的索弓丨，珂幻為周期序列中第Jk個元素， 辦]中的最大值為周期珂幻時的折疊峰值；33)計算每個珂幻對應(yīng)的規(guī)范化折疊峰值P —max[幻，4)周期檢測將每個珂幻對應(yīng)的規(guī)范化折疊峰值7_max[Ar]與門限進(jìn)行比較，若 i — max[i]大于α ,則認(rèn)為對應(yīng)的PW為正確周期，反之，認(rèn)為不是正確周期；5)圖形界面顯示將檢測到得結(jié)果通過圖形界面顯示，實(shí)時更新環(huán)境中無線局域網(wǎng)的信標(biāo)周期。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不依賴信號解調(diào)識別IEEE802. 11協(xié)議的方法，其特征在于門限《計算為采用在滿足用戶設(shè)定的虛警概率上限的前提下使漏警概率降到最小的原則，根據(jù)當(dāng)前信道狀況，對不同信道利用率設(shè)置不同的判決門限，具體計算如下信道利用率U為U =-；~；-W對于給定的虛警概率i^，有
全文摘要
本發(fā)明提出了一種不依賴信號解調(diào)識別IEEE802.11協(xié)議的方法。該方法根據(jù)IEEE802.11信號能量在時域上的分布特性，利用IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制發(fā)送的信標(biāo)消息具有周期性這一特點(diǎn)，僅在時域?qū)π盘栠M(jìn)行分析，在對信號采樣后，經(jīng)過預(yù)處理濾除噪聲和干擾，然后使用一種快速折疊算法對所有可能的周期進(jìn)行計算，并基于固定虛警概率而使漏警概率最小的準(zhǔn)則計算動態(tài)門限，對可能的信標(biāo)周期進(jìn)行判決，選擇正確的結(jié)果，最終顯示于用戶界面上。本方法可以方便的在通用軟件無線電外圍設(shè)備和通用計算機(jī)上實(shí)現(xiàn)，可以用于在無法對信號進(jìn)行解調(diào)情況下快速識別網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議。
文檔編號H04W84/12GK102231918SQ20111019418
公開日2011年11月2日 申請日期2011年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月12日
發(fā)明者于衛(wèi)波, 李艾靜, 牛大偉, 王海, 米志超, 董超 申請人:中國人民解放軍理工大學(xué)