專利名稱：一種不依賴信號解調識別ieee 802.11協議的方法
技術領域：
本發明涉及一種不依賴信號解調識別IEEE 802. 11協議的方法。該方法可以在不對接收到得無線信號進行解調的情況下，利用信號物理層特性判斷出高層所使用的通信協議類型。
背景技術：
近幾年來，以快捷高效、組網靈活為優勢的民用無線網絡發展非常迅速。典型的無線網絡標準有以IEEE 802. 11、IEEE 802. 15、IEEE 802. 16等，以上述標準為基礎的無線網絡已經廣泛應用到人們的日常生活當中。多種通信體制的并存導致了不同網絡和設備互連互通困難。這是因為在傳統的通信系統以及通信設備中，大多與物理層相關聯的功能(如調制等)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起來，所以，通信范圍內共存的多種終端或網關設備之間難以相互通信。近年來，隨著認知無線電概念的提出以及相關技術的發展，不同體制的設備相互通信已經成為一種趨勢，但是其首先要解決的問題便是對通信環境內存在的服務的發現和識別。目前無線網絡協議識別技術主要是對接收到的數據進行解包，對比特或比特流進行分析，這就需要對截獲的無線信號進行解調、解碼等操作。然而，在實際情況下，對數據包進行解碼并不總是可行的。此外，為了能夠實現不同通信體制的網絡互通，需要將多種通信協議集中于同一套網關設備之中，這對網關設備的處理能力要求極高，增大了網關設備的負擔，且實現較為困難，或者采用多個網關設備，但卻增大了開銷，不利于靈活組網。因此， 需要一種能夠不依賴信號解調識別無線通信協議的技術，即利用截獲到的信號的物理特性，如發送頻率、功率、時域分布特性等，來推測當前的網絡通信協議。而在軍事領域，尤其是在未來信息化戰場上，包括信息加密在內的各種信息處理技術會得到大量應用，以及電磁干擾等技術的使用，截獲信號后進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與組網技術，無線信號本身的傳播是開放的，在無法對信號進行解調、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議識別與分析技術對敵軍所用的無線通信協議進行分析。此外，隨著硬件技術的發展與推動，出現了一種軟件無線電技術。該技術是指采用通用的硬件平臺，通過軟件的功能來實現原先硬件能實現的功能。原先需要的針對不同應用的多種設備現在可以通過一個通用硬件平臺來實現，唯一不同的地方在于我們需要編寫針對不同應用的軟件模塊。這樣不僅能減少硬件設備，而且具有較大的靈活性和可擴展性。 本發明正是基于這種軟件無線電技術實現。

發明內容
技術問題本發明的目的是提供一種不依賴信號解調的IEEE 802. 11協議識別方法。由于在現實生活中，對信號進行解調并不總是可行的，尤其是在軍用領域，信息加密、電磁干擾等技術的應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行分析來推測高層所采用的通信協議類型。技術方案本發明的具體實施方式
是使用通用軟件無線電外圍設備設備對IEEE 802. 11信道進行定期掃描，收集無線信號，軟件無線電設備通過USB接口與通用計算機相連，在通用計算機中，利用折疊算法對采樣點序列進行分析，判斷其中是否含有周期性出現的信標消息，最終識別出周圍環境中是否存在無線局域網信號，并獲得網絡中的信標周期。具體說來，該方法由以下幾個模塊構成
預處理模塊消除采樣信號中噪聲和干擾信號的影響。快速折疊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行判決，判斷是否存在信標消息。門限計算根據信道利用率，計算不同利用率下對應的判決門限。利用此技術，可以不需要對無線信號進行解調，快速發現Wifi信號。本發明的不依賴信號解調識別IEEE 802. 11協議的方法利用IEEE 802. 11信號在物理層上的能量分布特性，通過識別周期性發送的信標消息來識別該協議信號，具體步驟如下
1)采樣利用通用軟件無線電外圍設備對已知信道掃描，并將采樣點通過USB接口傳輸至通用計算機，
2)預處理對收集到的數據進行去噪量化處理，以減小后續處理中噪聲的影響和數據分組的干擾，具體量化規則如下
21)若采樣點幅度低于預設門限，則認為是噪聲，將其幅度置為0；
22)若采樣點幅度高于預設門限，則認為是信號，幅度置為1；
23)按照21)、22)處理后的采樣點幅值連續1的數量多于7認為不是信標，置為0；
3)快速折疊算法FFA:此算法在F個采樣點的序列i 中快速發現以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是采樣點個數；
32)對這多個子序列按元素對應相加，得到的和序列為時的折疊峰值；
33)計算每個珂到對應的規范化折疊峰值, F _max[k] = I\k].；4)周期檢測將每個對應的規范化折疊峰值
權利要求
1.一種不依賴信號解調識別IEEE 802. 11協議的方法，其特征在于利用IEEE 802. 11信號在物理層上的能量分布特性，通過識別周期性發送的信標消息來識別該協議信號，具體步驟如下1)采樣利用通用軟件無線電外圍設備對已知信道掃描，并將采樣點通過USB接口傳輸至通用計算機，2)預處理對收集到的數據進行去噪量化處理，以減小后續處理中噪聲的影響和數據分組的干擾，具體量化規則如下21)若采樣點幅度低于預設門限，則認為是噪聲，將其幅度置為0；22)若采樣點幅度高于預設門限，則認為是信號，幅度置為1；23)按照21)、22)處理后的采樣點幅值連續1的數量多于7認為不是信標，置為0；3)快速折疊算法FFA此算法在Af個采樣點的序列J 中快速發現以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是采樣點個數；32)對這多個子序列按元素對應相加，得到的和序列為|_爾綱J-I ￠ = 0,1,-,^1-1)J-O其中，i為折疊結果^fw的索引，Σ e
-〗],表示元素在序列中的位置；AwP]表示折疊結果的第個元素，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)計算每個珂幻對應的規范化折疊峰值P —max[幻，4)周期檢測將每個珂幻對應的規范化折疊峰值7_max[Ar]與門限進行比較，若 i — max[i]大于α ,則認為對應的PW為正確周期，反之，認為不是正確周期；5)圖形界面顯示將檢測到得結果通過圖形界面顯示，實時更新環境中無線局域網的信標周期。
2.根據權利要求1所述的不依賴信號解調識別IEEE802. 11協議的方法，其特征在于門限《計算為采用在滿足用戶設定的虛警概率上限的前提下使漏警概率降到最小的原則，根據當前信道狀況，對不同信道利用率設置不同的判決門限，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
本發明提出了一種不依賴信號解調識別IEEE802.11協議的方法。該方法根據IEEE802.11信號能量在時域上的分布特性，利用IEEE802.11標準強制發送的信標消息具有周期性這一特點，僅在時域對信號進行分析，在對信號采樣后，經過預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行計算，并基于固定虛警概率而使漏警概率最小的準則計算動態門限，對可能的信標周期進行判決，選擇正確的結果，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備和通用計算機上實現，可以用于在無法對信號進行解調情況下快速識別網絡通信協議。
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 優先權日2011年7月12日
發明者于衛波, 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