基于群智感知的移动伪基站跟踪系统的研究与实现

发布时间：2020-09-16 08:54

　　 GSM伪基站利用GSM只对手机用户单向认证的缺陷,可任意伪造短信来源与内容,成为犯罪分子实施诈骗的工具。为了扩大诈骗短信覆盖范围和逃避警察追查,犯罪分子通常会利用交通工具携带伪基站移动作案。现有伪基站追踪通常基于伪基站信号进行分析定位,不仅需要专业设备,而且由于城市环境中严重的多径效应,导致定位误差和时延大,无法实时追踪移动的伪基站。针对以上问题,本文提出一种基于群智感知的移动伪基站跟踪方案,利用用户自身的移动智能终端设备对伪基站信号进行多点采集并汇聚综合分析。其主要创新点在于考虑犯罪分子通常在人口密集处移动作案,其移动轨迹与城市地图上的道路重叠。因此将估算的伪基站轨迹与地图道路进行匹配拟合,可以克服信号分析所带来的定位误差,提高移动伪基站的定位精度。本文的主要工作内容如下:1.针对现有伪基站跟踪系统定位精度低、实时性差的特点,提出一种基于群智感知的移动伪基站跟踪方案。该方案首先利用群智感知思想,由移动智能终端负责监测、采集手机接收到的伪基站信号强度(RSSI),并连同终端的IMSI、位置和系统时间发送给服务器进行伪基站位置估算;接着将估算的伪基站位置序列与地图道路进行拟合,进而得到最近似伪基站真实运动路线的轨迹。2.基于群智感知的伪基站定位方法,其实质是通过多个位置已知的锚节点去推断位置未知的盲节点。定位方法通常可分为基于测距和基于非测距两类:前者依赖无线信号物理参数推算距离,而无线信号的不稳定性会带来严重误差;后者算法精度则跟锚节点的选择有很大关系。本文在结合这两类方法优点的基础上,提出一种基于质心估算和高斯分布似然估计的定位算法。该方法分为两步:1)根据RSSI大小筛选高质量的锚节点,再用质心算法初步计算得到伪基站的预估坐标;2)选取锚节点周边m个节点,求到预估位置的欧几里得平均距离和方差,以减轻RSSI不稳定性带来的误差,进一步通过该平均距离和方差进行高斯分布概率最大似然估计计算求得最终伪基站的位置,具体地将地图栅格化,计算每一个栅格的概率,认为概率最大的栅格就是最终伪基站的位置。经仿真测试表明,在栅格宽度为3米时,该算法定位平均误差仅为6.51米,时延为1.61秒。3.真实环境下,由于测量误差和定位误差的存在,由上述定位算法得到的伪基站的位置序列与其真实轨迹仍然存在较大偏差。考虑到伪基站轨迹应与城市道路拟合,本文提出一种新型的基于隐马尔科夫链的路径拟合算法来生成伪基站移动轨迹。该算法采用隐马尔可夫链,在观测概率、转移概率中添加从地图中提取的空间拓扑信息和类如道路限速的非空间属性,将伪基站位置序列与城市道路进行路径匹配。经仿真测试表明,即使误差为本文所提定位算法误差上限时(伪基站估算坐标与真实坐标之间误差为16.51米),其匹配精确度仍可以达到90.71%,有较好的鲁棒性。4.为了验证本文所提方案的有效性,实现了基于群智感知的移动伪基站跟踪的原型验证系统。该系统由移动端应用和数据分析服务器构成,前者部署在用户终端上实现伪基站监测和数据采集,后者计算伪基站位置并生成其运动轨迹并显示。经测试表明,该系统具有系统开销小、对伪基站轨迹计算的准确率高、实时性满足系统需求的特点,实用价值较强。
【学位单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN929.5
【部分图文】：

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东南大学硕士学位论文储在本地，待手机能连接互联网后，将异常数据从本地取出上传服务器常数据存储到数据库中，同时调用定位算法和轨迹生成算法得到移动伪伪基站轨迹保存到数据库中，轨迹数据输入 js 函数可以显示到网页地图站的轨迹关联存储。基于群智感知的移动伪基站跟踪系统的框架图，跟踪系统由 3 个相互关联站检测、伪基站定位和轨迹生成。

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第二章移动伪基站跟踪方案务器协同合作才能够实现对移动伪基站的跟踪。因此，需要具体分析在手机 APP什么样的功能，除此之外，需要考虑非功能性模块，如用户体验，以提高移动伪体性能。体架构群智感知的移动伪基站跟踪系统的构成如图 2-2 所示，该系统由移动伪基站、手数据库、管理中心组成。手机 APP 在伪基站的移动网络中，可以检测连接的伪基机 APP 通过互联网，向服务器上传/获取数据；服务器、数据库、控制中心部署在

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