任何人都希望自己生活在一個(gè)安全的環(huán)境，無(wú)論是家庭、工作場(chǎng)所還是公共空間，我們都需要能時(shí)刻掌握是否有意外發(fā)生。因此，入侵檢測(cè)系統(tǒng)在現(xiàn)代社會(huì)有著重要的意義，可以廣泛地應(yīng)用于博物館、金庫(kù)、檔案室等區(qū)域；然而現(xiàn)有的入侵檢測(cè)系統(tǒng)如攝像頭、紅外線(xiàn)、壓力傳感器、電子設(shè)備探測(cè)等方法均具有其局限性，而且都可以找到對(duì)應(yīng)的破解方式。基于這一情況，清華大學(xué)軟件學(xué)院2012級(jí)本科生楊晨昊、董亮和包煜，用現(xiàn)在最為普遍的Wi-Fi信號(hào)作為載體，研發(fā)了基于室內(nèi)Wi-Fi信號(hào)的入侵檢測(cè)系統(tǒng)，這一成果在2014-2015學(xué)年的清華大學(xué)第33屆“挑戰(zhàn)杯”學(xué)生課外科技作品競(jìng)賽上獲得了特等獎(jiǎng)。
這幾位同學(xué)首先在測(cè)量指標(biāo)方面進(jìn)行了革新?，F(xiàn)有的入侵檢測(cè)系統(tǒng)使用較多的測(cè)量指標(biāo)是RSSI (Received Signal Strength Indication) ，這種指標(biāo)存在傳輸數(shù)據(jù)量小、每次僅能回傳單一數(shù)據(jù)、易出現(xiàn)誤報(bào)或入侵后無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)等問(wèn)題。同學(xué)們?cè)谥笇?dǎo)老師楊錚的引導(dǎo)下采用CSI (Channel State Information)指標(biāo) ，即信道狀態(tài)信息。相比于RSSI，每次ping路由器，可以獲取30個(gè)復(fù)數(shù)作為CSI值，這些復(fù)數(shù)反映了多個(gè)路徑上的反射波信息。這樣，CSI在數(shù)據(jù)量上就具有巨大的優(yōu)勢(shì)，測(cè)量結(jié)果也更加精確。
除了數(shù)據(jù)量的提成，同學(xué)們還研究出了更精確的計(jì)算方法。當(dāng)入侵發(fā)生時(shí)，CSI信號(hào)從原來(lái)的穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)入波動(dòng)狀態(tài)，楊晨昊等同學(xué)想到用放大作用較為明顯的方差來(lái)檢測(cè)數(shù)據(jù)的波動(dòng)情況，經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)的驗(yàn)證，他們發(fā)現(xiàn)方差的確能夠較為準(zhǔn)確的判斷入侵狀態(tài)。但實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)也反應(yīng)出方差測(cè)量法容易放大個(gè)別誤報(bào)數(shù)據(jù)進(jìn)而造成誤判，為此他們引入了滑動(dòng)窗口，這樣就完美的解決了誤報(bào)的問(wèn)題。為了進(jìn)一步檢驗(yàn)實(shí)際效果，他們?cè)诓煌沫h(huán)境下進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，如果想在不同的面積的房間中達(dá)到相同的靈敏度，需要設(shè)置不同的閾值；而為了保證實(shí)際應(yīng)用的健壯性，他們又需要在不設(shè)閾值的情況下進(jìn)行變化檢測(cè)。為了解決這個(gè)難題，他們引入了鞅算法，通過(guò)建立數(shù)據(jù)模型分析CSI值從而檢測(cè)環(huán)境變化。這樣將方差與滑動(dòng)窗口、鞅算法結(jié)合，他們最終找到了可以同時(shí)檢測(cè)環(huán)境變化和狀態(tài)變化的算法，并且取得了非常好的實(shí)驗(yàn)效果。
在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用方面，這套系統(tǒng)只需要借助一臺(tái)普通的Wi-Fi路由器和一臺(tái)電腦，就可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的室內(nèi)入侵檢測(cè)過(guò)程。應(yīng)用范圍不僅僅可以應(yīng)用在大型公共場(chǎng)所，還可以為住宅、辦公室及其他日常生活場(chǎng)所提供安全保障，具有很強(qiáng)的實(shí)用意義和應(yīng)用價(jià)值。
