任何人都希望自己生活在一個安全的環(huán)境，無論是家庭,、工作場所還是公共空間,，我們都需要能時刻掌握是否有意外發(fā)生。因此,，入侵檢測系統(tǒng)在現(xiàn)代社會有著重要的意義,，可以廣泛地應(yīng)用于博物館、金庫,、檔案室等區(qū)域,；然而現(xiàn)有的入侵檢測系統(tǒng)如攝像頭、紅外線,、壓力傳感器,、電子設(shè)備探測等方法均具有其局限性，而且都可以找到對應(yīng)的破解方式,?；谶@一情況，清華大學(xué)軟件學(xué)院2012級本科生楊晨昊,、董亮和包煜,，用現(xiàn)在最為普遍的Wi-Fi信號作為載體，研發(fā)了基于室內(nèi)Wi-Fi信號的入侵檢測系統(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)生課外科技作品競賽上獲得了特等獎,。
這幾位同學(xué)首先在測量指標(biāo)方面進行了革新。現(xiàn)有的入侵檢測系統(tǒng)使用較多的測量指標(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)誤報或入侵后無法及時發(fā)現(xiàn)等問題,。同學(xué)們在指導(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個復(fù)數(shù)作為CSI值，這些復(fù)數(shù)反映了多個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，測量結(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算方法。當(dāng)入侵發(fā)生時,，CSI信號從原來的穩(wěn)定狀態(tài)進入波動狀態(tài),，楊晨昊等同學(xué)想到用放大作用較為明顯的方差來檢測數(shù)據(jù)的波動情況，經(jīng)過多次試驗的驗證,，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),。但實驗數(shù)據(jù)也反應(yīng)出方差測量法容易放大個別誤報數(shù)據(jù)進而造成誤判,，為此他們引入了滑動窗口，這樣就完美的解決了誤報的問題,。為了進一步檢驗實際效果,，他們在不同的環(huán)境下進行了測試，結(jié)果發(fā)現(xiàn),，如果想在不同的面積的房間中達到相同的靈敏度,，需要設(shè)置不同的閾值；而為了保證實際應(yīng)用的健壯性,，他們又需要在不設(shè)閾值的情況下進行變化檢測,。為了解決這個難題，他們引入了鞅算法,，通過建立數(shù)據(jù)模型分析CSI值從而檢測環(huán)境變化,。這樣將方差與滑動窗口、鞅算法結(jié)合,，他們最終找到了可以同時檢測環(huán)境變化和狀態(tài)變化的算法,，并且取得了非常好的實驗效果。
在現(xiàn)實應(yīng)用方面,，這套系統(tǒng)只需要借助一臺普通的Wi-Fi路由器和一臺電腦,，就可以實現(xiàn)復(fù)雜的室內(nèi)入侵檢測過程。應(yīng)用范圍不僅僅可以應(yīng)用在大型公共場所,，還可以為住宅,、辦公室及其他日常生活場所提供安全保障，具有很強的實用意義和應(yīng)用價值,。
