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，入侵檢測系統在現代社會有著重要的意義，可以廣泛地應用于博物館、金庫、檔案室等區(qū)域；然而現有的入侵檢測系統如攝像頭、紅外線、壓力傳感器、電子設備探測等方法均具有其局限性，而且都可以找到對應的破解方式。基于這一情況，清華大學軟件學院2012級本科生楊晨昊、董亮和包煜，用現在最為普遍的Wi-Fi信號作為載體，研發(fā)了基于室內Wi-Fi信號的入侵檢測系統，這一成果在2014-2015學年的清華大學第33屆“挑戰(zhàn)杯”學生課外科技作品競賽上獲得了特等獎。
這幾位同學首先在測量指標方面進行了革新。現有的入侵檢測系統使用較多的測量指標是RSSI (Received Signal Strength Indication) ，這種指標存在傳輸數據量小、每次僅能回傳單一數據、易出現誤報或入侵后無法及時發(fā)現等問題。同學們在指導老師楊錚的引導下采用CSI (Channel State Information)指標 ，即信道狀態(tài)信息。相比于RSSI，每次ping路由器，可以獲取30個復數作為CSI值，這些復數反映了多個路徑上的反射波信息。這樣，CSI在數據量上就具有巨大的優(yōu)勢，測量結果也更加精確。
除了數據量的提成，同學們還研究出了更精確的計算方法。當入侵發(fā)生時，CSI信號從原來的穩(wěn)定狀態(tài)進入波動狀態(tài)，楊晨昊等同學想到用放大作用較為明顯的方差來檢測數據的波動情況，經過多次試驗的驗證，他們發(fā)現方差的確能夠較為準確的判斷入侵狀態(tài)。但實驗數據也反應出方差測量法容易放大個別誤報數據進而造成誤判，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，結果發(fā)現，如果想在不同的面積的房間中達到相同的靈敏度，需要設置不同的閾值；而為了保證實際應用的健壯性，他們又需要在不設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，通過建立數據模型分析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。
在現實應用方面，這套系統只需要借助一臺普通的Wi-Fi路由器和一臺電腦，就可以實現復雜的室內入侵檢測過程。應用范圍不僅僅可以應用在大型公共場所，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用價值。
