基于樸素貝葉斯的無線局域網絡入侵防御技術研究

胡貴恒，張 震，潘曉君

(安徽工商職業學院 信息工程學院，安徽 合肥 231131)

0 引 言

自20世紀90年代以來，隨著通信技術的發展，功能強大的便攜式終端以及多媒體終端在社會中逐步得到廣泛應用。為了實現在何時何地都能夠通信的目標，傳統的計算機網絡由有線向無線、由固定向移動、由單一業務向多樣化業務發展，因此推動了無線局域網(wireless local area network，WLAN)的發展[1]。WLAN能夠有效減少傳統網絡布線的大量工作，在通常情況下，只要安裝一個或多個接入設備，就可以實現網絡的大面積覆蓋。在其覆蓋范圍內，能夠隨意接入網絡，不受時間與空間的約束。

但是隨著WLAN應用范圍的逐步擴大，由于其在開放的環境中以空氣為介質進行數據傳輸的特征，安全問題變得尤為突出[2]。隨著無線局域網絡入侵事件的逐步增多，需要進行無線局域網絡入侵信息檢測，并設計相應的防御策略，因此相關的無線局域網絡入侵防御方法的研究受到人們的極大關注。為實現上述目標，本文提出基于樸素貝葉斯的無線局域網絡入侵防御技術。首先構建無線局域網絡入侵碼元序列頻譜特征分解和檢測模型，采用模糊信息融合調度方法進行無線局域網絡的輸出轉換控制；然后建立入侵信號濾波模型，采用反饋調制方法進行無線局域網絡入侵特征檢測，根據結果進行無線局域網絡入侵防御；最后通過實驗驗證了本文所提出技術的有效性。

1 無線局域網絡入侵碼元序列建模和濾波分析

1.1 碼元序列模型

首先構建無線局域網絡入侵碼元序列頻譜特征采樣模型[3]，結合多維信息特征分解方法進行碼元序列的特征分解，采用線性反饋均衡器進行碼元序列的多維信息場分析。在空間信道模型中，進行碼元序列的輸出穩定性控制，采用模糊調制方法進行碼元序列的同步解調控制，以此提高無線局域網絡入侵碼元序列的同步控制轉換能力[4]，無線局域網絡入侵碼元序列的采樣模型如圖1所示。

圖1 無線局域網絡入侵碼元序列的采樣模型

(1)

采用頻率分量特征分解方法進行無線局域網絡入侵碼元序列重建和特征采樣，結果表示為

(2)

1.2 無線局域網絡入侵碼元信息濾波

根據上述得到的無線局域網絡入侵碼元序列，結合頻譜分析方法進行無線局域網絡入侵信號尺度特征分解，提取無線局域網絡入侵碼元序列的空間頻譜特征量[5]，獲取碼元序列的輸出脈沖展寬為

Ts=NfTf

(3)

根據最大波峰檢測結果，進行無線局域網絡入侵碼元序列的傳輸控制，構建碼元序列的糾錯模型[6]，得到碼元序列的波峰檢測結果為

(4)

設輸入的無線局域網絡入侵碼元序列的高分辨特征分布集為x(t)，對其進行加窗操作[7]，實現對碼元序列進行多維特征分解，在區間[m0-Δm/2,m0+Δm/2]上，對無線局域網絡入侵碼元序列進行白化處理，得到

(5)

采用頻譜分離式檢測方法得到無線局域網絡入侵碼元序列的模糊度函數表達式為

(6)

k(x)=E(x4)-3E(x2)

(7)

在準平穩隨機檢測模型下，計算無線局域網絡入侵碼元序列的分布式頻譜特征量，采用高階矩特征提取方法分析無線局域網絡入侵特征分析。其中，無線局域網絡入侵模糊指向性特征為

Computition(nj)=(Eelec+EDF)lδ+ETx(l,dj)
=(Eelec+EDF)lδ+lEelec+lεfsdj2
=[(Eelec+EDF)δ+Eelec+εfsdj2]l

(8)

頻率分量為

(9)

對無線局域網絡入侵碼元序列進行融合處理[8]，得到匹配濾波函數為

(10)

則無線局域網絡入侵碼元分布特征量為

x(n)=Acos(0.3πn+φ)+v(n)

(11)

對無線局域網絡入侵碼元序列進行模糊調制，得到碼元在相位φ處的模糊度函數滿足[-π,π)，以此提高無線局域網絡入侵防御過程中的自適應控制能力[9]。

2 無線局域網絡入侵防御技術

2.1 構建樸素貝葉斯模型

在上述無線局域網絡入侵碼元序列頻譜特征分解和傳輸信號特征分解的基礎上，得到無線局域網絡入侵碼元序列頻譜特征分解的時域特征分量描述為

(12)

(13)

在上述空間中，無線局域網絡入侵碼元的頻譜特征量為

(14)

對任意一個m×n維的無線局域網絡入侵碼元序列的傳輸矩陣W，輸出的模糊值域為

(15)

在此基礎上，采用樸素貝葉斯模型，提取無線局域網絡入侵碼元的關鍵信息特征量為

(16)

其中，ki=E[|si|2]/E2[|si|2]表示無線局域網絡入侵碼元序列頻譜特征分解的最大峰值。

2.2 入侵防御技術

(17)

Rxx=E{X(k)XT(k)}

(18)

假設無線局域網絡入侵信號噪聲為n(t)，對無線局域網絡入侵碼元編碼過程中的噪聲信號進行檢測，結果為

(19)

(20)

當σ2=1時，在樸素貝葉斯模型中，無線局域網絡入侵碼元的包絡和方差為

(21)

(22)

(23)

(23)式中，樸素貝葉斯特征分解x'(t)和s'(t)分別為

x′(t)=x(t)*hw(t)

(24)

s′(t)=s(t)*hw(t)

(25)

3 仿真實驗分析

為了驗證基于樸素貝葉斯的無線局域網絡入侵防御技術的實際應用效果，采用MATLAB進行仿真分析，無線局域網絡入侵碼元序列采樣的頻率為14～32 kHz，無線局域網絡入侵碼元序列調制的頻譜帶寬為24 dB，入侵信號陣列的快拍數為80，無線局域網絡入侵碼元序列檢測的模糊隸屬度系數為0.45，迭代次數為1 200次，信噪比為-12 dB，根據上述仿真環境和參數設定，進行無線局域網絡入侵碼元序列檢測，得到能耗如圖2所示。

分析圖2得知，采用本文所設計技術進行無線局域網絡入侵防御的能耗開銷在0.02～0.56 J變化，能耗開銷較小，測試適應度水平，如圖3所示。

圖2 能耗測試

分析圖3得知，隨著迭代次數的增加，采用本文所設計技術進行無線局域網絡入侵防御的平均適應度水平與最佳適應度水平越來越接近，最后在0.0左右變化。測試網絡的輸出功率，如圖4所示。

圖3 適應度水平

分析圖4得知，將本文所設計技術應用至無線局域網絡入侵防御中后，無線局域網絡的輸出功率最高達到了20 dBm，輸出功率得到明顯提高，降低了網絡被攻擊的風險，提升了網絡安全性。

圖4 輸出功率測試

4 結論與討論

為提升無線局域網絡安全性，提出一種基于樸素貝葉斯的無線局域網絡入侵防御技術。采集無線局域網絡入侵碼元序列信息，在此基礎上進行無線局域網絡入侵碼元序列頻譜特征分解和信號特征分解，得到碼元序列的時域特征分量，結合模糊信息采樣方法進行碼元序列的輸出轉換控制，采用模糊調制方法進行碼元序列的輸出穩定性調節，實現無線局域網絡入侵防御優化。仿真實驗分析得知，本文所設計技術能降低網絡的能耗，提高輸出穩定性，降低網絡入侵風險，提高網絡安全性。