團體標(biāo)準(zhǔn)求TechnicalRequirementsforSingle-BitDetectionandInterfeInternetofThings廣東省物聯(lián)網(wǎng)協(xié)會發(fā)布 本文件依據(jù)GB/T1.1-2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構(gòu)不承擔(dān)識別專利的責(zé)任。本文件起草單位：深圳大學(xué)、南京信息工程大學(xué)、鵬城實驗室、廣州技象科技有限公本文件主要起草人：謝寧、蘇健、張沛昌、鐘世達(dá)、譚海軍、溫文坤、劉軍林、宋書3物聯(lián)網(wǎng)單比特探測與抗干擾感知技術(shù)要求本文件規(guī)定了物聯(lián)網(wǎng)單比特探測與抗干擾感知的基本原理、技術(shù)架構(gòu)、探測算法、抗干本文件適用于在惡劣電磁環(huán)境下工作的物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備的信號檢測與干擾抵抗技術(shù)實下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注明日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件。不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的GB/T36962傳感數(shù)據(jù)分GB/T36951信息安全技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)GB/T37024-2018信息安全技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)GB/T38637.1物聯(lián)網(wǎng)感知控制設(shè)備接GB/T38637.2物聯(lián)網(wǎng)感知控制設(shè)備接入第RFC7252TheConstrainedApplicationProtocol(CoAP)RFC6347DatagramTransportLayerSecISO/IEC27402Cybersecurity-IoTsecurityandprivacy-Devicebaselinerequirem作為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的智能中樞，連接感知層設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)層，具備協(xié)議轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)預(yù)處理、安全等功能，能夠?qū)崿F(xiàn)不同通信技術(shù)之間的橋接并支持邊緣計數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程控制和分析處理，提供設(shè)備管理、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、安全能力等功能的軟件和硬件通過對物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備感知層采集的信號進行單位比特級別的檢測和分析，識別異常干擾模式或篡改物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備在電磁干擾、信號攻擊等惡劣環(huán)境下，仍能保持信號采集和傳輸可靠性的能力，包括通過對傳感器偏置電壓施加特定調(diào)制序列，使感測信號具備可驗證特性，從而實現(xiàn)對外部注入攻CSI信道狀態(tài)信息(DTLS數(shù)據(jù)報傳輸層安全協(xié)議(DatagramTransportLayeHTTP超文本傳輸協(xié)議(HypeIPv4互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議版本4(InternIPv6互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議版本6(IntMQTT消息隊列遙測傳輸協(xié)議(MessageQueuingTelemetryQoS服務(wù)質(zhì)量(QualityTLS傳輸層安全協(xié)議(TrWSN無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WirelessSensoXMPP可擴展消息與存在協(xié)議(ExtensibleMessagZigbee基于IEEE802.15.4的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議5物聯(lián)網(wǎng)單比特探測與抗干擾感知系統(tǒng)支持單設(shè)備級和網(wǎng)絡(luò)協(xié)同級兩種模式。在單設(shè)備級模式下，由物聯(lián)網(wǎng)終端完成單比特探測數(shù)據(jù)的采集、干擾檢測與估計、干擾剔除與目標(biāo)回波提取、感知參數(shù)估計與融合，并在融合結(jié)果未達(dá)標(biāo)時反饋至探測模塊循環(huán)執(zhí)行，最終輸出融合后的感知參數(shù)；在網(wǎng)絡(luò)協(xié)同級模式下，各終端將單比特探測數(shù)據(jù)上報至邊緣網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)依次進行探測數(shù)據(jù)接收、干擾檢測與估計、干擾剔除與目標(biāo)回波提取、感知參數(shù)估計與融合，并通過閉環(huán)控制指令優(yōu)化終端采樣策略，以實現(xiàn)多節(jié)點協(xié)同下的全局感知參數(shù)輸出。典型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖感知參數(shù)估計不達(dá)標(biāo)單比特探測數(shù)據(jù)干擾檢測與估計干擾剔除與目標(biāo)回波提取感知參數(shù)估計不達(dá)標(biāo)單比特探測數(shù)據(jù)干擾檢測與估計干擾剔除與目標(biāo)回波提取感知參數(shù)融合達(dá)標(biāo)感知參數(shù)輸出單比特探測數(shù)據(jù)發(fā)射感知參數(shù)估計感知信號接收感知參數(shù)估計不達(dá)標(biāo)不達(dá)標(biāo)感知參數(shù)融合達(dá)標(biāo)感知參數(shù)融合達(dá)標(biāo)感知參數(shù)輸出邊緣網(wǎng)關(guān)干擾剔除與目標(biāo)回波提取根據(jù)干擾探測方式與干擾抑制能力差異，本標(biāo)準(zhǔn)劃分為信號特征感知模型和偏置電壓調(diào)制模該模型首先通過環(huán)境感知獲取信道干擾譜和噪聲特性，依據(jù)感知結(jié)果進行信號基礎(chǔ)波形設(shè)計，并在自適應(yīng)信號參數(shù)調(diào)節(jié)模塊中通過干擾頻段規(guī)避和高斯白噪聲掩蓋優(yōu)化發(fā)射波形；優(yōu)化后的信號經(jīng)發(fā)射、接收后由精細(xì)采樣獲取高分辨率比特流，再通過信號特征提取獲取瞬時能量、頻譜分布等參數(shù)，最終在單比特級別對異常比特翻轉(zhuǎn)和潛在攻擊進行檢測與分析，實現(xiàn)端到端的抗干擾自適應(yīng)信號參數(shù)調(diào)整干擾頻段規(guī)避環(huán)境感知信號發(fā)射信號基礎(chǔ)波形設(shè)計環(huán)境感知信號發(fā)射高斯白噪聲掩蓋信號異常檢測與分析信號特征提取信號異常檢測與分析信號特征提取信號接收該模型首先根據(jù)感知需求進行信號基礎(chǔ)波形設(shè)計，并在偏置電壓調(diào)制模塊中將預(yù)定義的安全序列編碼嵌入到傳感器偏置電壓中，隨后將調(diào)制后的信號發(fā)射；接收端對回波或下行信號進行同步捕獲并精細(xì)采樣后，從中提取安全序列比特并與預(yù)期序列進行匹配，通過比對一致性來檢測和定位潛在的干擾或攻擊，實現(xiàn)資源受限終端的單比特級安全感知?；竟δ芙Y(jié)構(gòu)見圖3。信號基礎(chǔ)波形設(shè)計信號發(fā)射基于偏置電壓的安全序列嵌入信號基礎(chǔ)波形設(shè)計信號發(fā)射信號異常檢測與分析信號接收與精細(xì)采樣信號異常檢測與分析信號接收與精細(xì)采樣針對復(fù)雜電磁環(huán)境下的物聯(lián)網(wǎng)感知需求，系統(tǒng)可采用信號特征感知與偏置電壓調(diào)制相結(jié)合的混合協(xié)同模型，實現(xiàn)多維度的單比特探測與抗干擾能力。該模型通過分層設(shè)計，在物理層實現(xiàn)基礎(chǔ)安全保障，在信號處理層實現(xiàn)高級抗干擾功能，適用于需設(shè)備應(yīng)具有單比特探測功能、抗干擾感知功能、信號處理功能和數(shù)據(jù)傳輸功能。應(yīng)支持通信與感知一體化機制，宜支持感知信息的融合處理。設(shè)備應(yīng)具備干擾源識別與規(guī)避能力，應(yīng)具有自適應(yīng)信道選擇能力。應(yīng)具有對通信環(huán)境進行實時感知的能力，應(yīng)具有在復(fù)雜電磁環(huán)境下保障數(shù)據(jù)傳輸可靠性的能力。應(yīng)具有抗干擾算法自優(yōu)化能力，能實現(xiàn)通單比特錯誤率、采樣精度和檢測靈敏度應(yīng)符合行業(yè)相關(guān)要求。應(yīng)具備毫秒級響應(yīng)時間的信號應(yīng)具有信號特征提取與分析能力，應(yīng)能識別非授權(quán)信號與授權(quán)7應(yīng)具有基于單比特的信號質(zhì)量評估功能，應(yīng)符合GB/T38637.1應(yīng)具備信道使用預(yù)判和干擾情況評估能力，能選擇最優(yōu)信道和帶寬進行應(yīng)支持時域、頻域及能量域的多維度抗干擾技術(shù)，窄帶干擾抑制比應(yīng)優(yōu)a)應(yīng)記錄認(rèn)證事件日志，包括認(rèn)證成功、失敗8c)支持標(biāo)準(zhǔn)安全協(xié)議（如MQTT-TLS、CoAP-DT信號檢測靈敏度應(yīng)不低于-90dBm，發(fā)射信號功率應(yīng)符合相關(guān)無不小于100dB，頻率穩(wěn)定度應(yīng)優(yōu)于±1ppm。單比特誤碼率(BER)檢測精度應(yīng)優(yōu)于10信號接口應(yīng)支持頻域、時域及能量域多維特征檢測，窄帶干擾抑制比應(yīng)優(yōu)于a)應(yīng)具有多通道信號采集與分析能力，支持實時干b)應(yīng)支持基于單比特的干擾識別與感知，具有接收檢測數(shù)據(jù)和發(fā)送抗干擾指令的能力；c)應(yīng)符合GB/T38637.2關(guān)于數(shù)據(jù)管理的要求，支持低功耗工作模式，通信能耗應(yīng)低于10nJ/bit。物聯(lián)網(wǎng)單比特探測系統(tǒng)應(yīng)采用具備抗干擾能力的通信協(xié)議，宜支持以下a)支持SLOTALOHA與跳頻機制相結(jié)合的多址接入方式，提高系統(tǒng)抗b)應(yīng)具備前向糾錯編碼(FEC)能力，宜采用重復(fù)編碼與交織技術(shù)增強抗突發(fā)干擾能力；c)支持小包快傳機制，包長宜控制在較小范圍（通常幾十字節(jié)），以減少干擾導(dǎo)致的重傳開銷。a)支持CoAP、MQTT等輕量級通信協(xié)議，并應(yīng)實現(xiàn)DTLS或TLSb)應(yīng)具備針對通信干擾的自適應(yīng)重傳機制，上行業(yè)務(wù)宜支持物理層HARQ糾錯重傳技術(shù)；c)應(yīng)支持干擾信息的特征提取與標(biāo)記，便于系統(tǒng)進行對于5.2所述信號特征感知模型，應(yīng)通過統(tǒng)一的人機界面對單比特探測閾值、抗干擾9對于5.3所述偏置電壓調(diào)制模型，應(yīng)能對安全序列生成、干擾檢測靈敏度及功率調(diào)制應(yīng)支持通過安全通信協(xié)議遠(yuǎn)程配置單比特探測與抗干擾感知參數(shù)，宜支持DTLS保護的CoAP行參數(shù)更新。當(dāng)本地參數(shù)配置與遠(yuǎn)程參數(shù)配置不一致時，應(yīng)優(yōu)先使用遠(yuǎn)程應(yīng)具有遠(yuǎn)程升級單比特探測與抗干擾感知算法的能力。應(yīng)支持基于安全文件傳輸協(xié)議進行固件升軟件升級應(yīng)具有版本匹配性檢查，對不適用于本設(shè)備的軟件禁止進行升級操作，并應(yīng)對升級過程中，應(yīng)對升級文件進行完整性和真實性校驗，當(dāng)文件校驗失設(shè)備應(yīng)具有本地或遠(yuǎn)程參數(shù)備份功能。應(yīng)對參數(shù)備份操作進行權(quán)限管理。宜限定僅最應(yīng)以加密格式存儲導(dǎo)出的參數(shù)文件，參數(shù)文件中應(yīng)具有本地和遠(yuǎn)程恢復(fù)為單比特探測與抗干擾感知默認(rèn)參數(shù)配置的操作方法，在干擾環(huán)境急劇變應(yīng)具有干擾事件日志功能，記錄干擾發(fā)生時間、干擾類型、干擾強度、抑制效果等信息。日志應(yīng)能本地保存，宜具有定期備份功能。日志應(yīng)包含干擾源特征和抗干擾行為數(shù)據(jù)，為后續(xù)算法優(yōu)設(shè)備宜在出廠時，根據(jù)應(yīng)用場景特性，預(yù)置干擾識別閾值、抗干擾策略和能量效率參應(yīng)可通過本地配置方式，對干擾識別算法參數(shù)、抗干擾策略和安全序列生成規(guī)則等參數(shù)進行修改。對于5.2所述信號特征感知模型，宜支持對干擾特征庫的遠(yuǎn)程更新與干擾模式學(xué)習(xí)參數(shù)的遠(yuǎn)程配置。宜支持基于SM2算法的終端與服務(wù)器雙方共同簽名協(xié)議，增強配置指令的安全性。所描述的流程，實現(xiàn)單比特探測與抗干擾感知參數(shù)的安全對于采用SM1加密算法的嵌入式安全控制模塊(ESAM)的設(shè)備，應(yīng)使用相應(yīng)安全接口進行干擾檢a)接入認(rèn)證：應(yīng)符合GB/T37024-2018第6.2.1節(jié)所述要求，對接入的感知終端進行基于物理層特征的身份識別，確保終端標(biāo)識在網(wǎng)關(guān)生命周期內(nèi)的唯b)網(wǎng)絡(luò)訪問控制：應(yīng)符合GB/T37024-2018第6.2.2節(jié)所述要求，實現(xiàn)基于物理特征的訪問控c)信號傳輸防護：應(yīng)對傳感數(shù)據(jù)實施單比特級別的完整性檢測，識別微小干擾和攻擊痕跡，a)應(yīng)基于偏置電壓調(diào)制等物理層特性建立安全信道，確保單比特級b)使用輕量級通信協(xié)議時，應(yīng)采用相應(yīng)安全增強機制，如CoAP應(yīng)使用MQTT應(yīng)使用TLS協(xié)議；c)應(yīng)支持安全序列嵌入技術(shù)，在傳感器感知過程中嵌入驗證序列，實現(xiàn)對注入攻擊實時檢測；a)設(shè)備存儲的單比特特征數(shù)據(jù)和干擾特征庫應(yīng)加密處理，并保證數(shù)據(jù)完整性，防止篡改導(dǎo)致b)設(shè)備的物理層安全參數(shù)應(yīng)分級存儲，關(guān)鍵安全序列和干擾判定閾值應(yīng)實施嚴(yán)格的訪問控制，c)應(yīng)建立干擾事件追溯機制，記錄異常干擾行為的時間、特征和處理結(jié)果，支持干擾源識別設(shè)備應(yīng)支持抗干擾算法冗余設(shè)計：系統(tǒng)應(yīng)存儲主備兩套干擾識別與抑制算法，正算法，當(dāng)主算法無法有效識別或抑制干擾時，自動切換至備用算法，確保系統(tǒng)持續(xù)終端設(shè)備應(yīng)支持多信道保護功能。感知系統(tǒng)應(yīng)具備至少兩個獨立的信號采集與處理通道，當(dāng)一個通道受到干擾或故障時，能夠自動切換至備用通道繼續(xù)工作。在多信道保護模式一中，道1和信道2上各自獨立進行信號采集與處理，并將兩路處理結(jié)果并行匯聚至信號輸出模塊，以多路冗余融合的方式提高抗干擾能力；而在多