任何人都希望自己生活在一個(gè)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(shí)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(jìn)行了革新?，F(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(bào)或入侵后無法及時(shí)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(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,，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(jì)算方法,。當(dāng)入侵發(fā)生時(shí)，CSI信號從原來的穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)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(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窗口，這樣就完美的解決了誤報(bào)的問題,。為了進(jìn)一步檢驗(yàn)實(shí)際效果,，他們在不同的環(huán)境下進(jìn)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(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,。為了解決這個(gè)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(shí)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(shí)驗(yàn)效果,。
在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用方面，這套系統(tǒng)只需要借助一臺普通的Wi-Fi路由器和一臺電腦,，就可以實(shí)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(qiáng)的實(shí)用意義和應(yīng)用價(jià)值。
