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基于粒子群優(yōu)化多核支持向量數(shù)據(jù)描述的廣播式自動相關(guān)監(jiān)視異常數(shù)據(jù)檢測模型

王布宏 羅鵬 李騰耀 田繼偉 尚福特

王布宏, 羅鵬, 李騰耀, 田繼偉, 尚福特. 基于粒子群優(yōu)化多核支持向量數(shù)據(jù)描述的廣播式自動相關(guān)監(jiān)視異常數(shù)據(jù)檢測模型[J]. 電子與信息學(xué)報, 2020, 42(11): 2727-2734. doi: 10.11999/JEIT190767
引用本文: 王布宏, 羅鵬, 李騰耀, 田繼偉, 尚福特. 基于粒子群優(yōu)化多核支持向量數(shù)據(jù)描述的廣播式自動相關(guān)監(jiān)視異常數(shù)據(jù)檢測模型[J]. 電子與信息學(xué)報, 2020, 42(11): 2727-2734. doi: 10.11999/JEIT190767
Buhong WANG, Peng LUO, Tengyao LI, Jiwei TIAN, Fute SHANG. ADS-B Anomalous Data Detection Model Based on PSO-MKSVDD[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2020, 42(11): 2727-2734. doi: 10.11999/JEIT190767
Citation: Buhong WANG, Peng LUO, Tengyao LI, Jiwei TIAN, Fute SHANG. ADS-B Anomalous Data Detection Model Based on PSO-MKSVDD[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2020, 42(11): 2727-2734. doi: 10.11999/JEIT190767

基于粒子群優(yōu)化多核支持向量數(shù)據(jù)描述的廣播式自動相關(guān)監(jiān)視異常數(shù)據(jù)檢測模型

doi: 10.11999/JEIT190767 cstr: 32379.14.JEIT190767
基金項目: 國家自然科學(xué)基金(61902426)
詳細(xì)信息
    作者簡介:

    王布宏:男,1975年生,博士,教授,研究方向為人工智能安全、信息物理系統(tǒng)安全等

    羅鵬:男,1995年生,碩士生,研究方向為人工智能安全、ADS-B數(shù)據(jù)攻擊檢測

    李騰耀:男,1991年生,博士生,研究方向為ADS-B數(shù)據(jù)攻擊檢測和彈性恢復(fù)

    田繼偉:男,1993年生,博士生,研究方向為人工智能安全、信息物理系統(tǒng)安全

    尚福特:男,1992年生,博士生,研究方向為信息物理系統(tǒng)安全

    通訊作者:

    羅鵬 1939552724@qq.com

  • 中圖分類號: TN967.1; TP391

ADS-B Anomalous Data Detection Model Based on PSO-MKSVDD

Funds: The National Natual Science Foundation of China (61902426)
  • 摘要: 廣播式自動相關(guān)監(jiān)視(ADS-B)作為新一代空中交通管理(ATM)通信協(xié)議,是未來空管監(jiān)視系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。目前,由于ADS-B采用明文格式廣播發(fā)送數(shù)據(jù),其安全性問題受到挑戰(zhàn)。針對ADS-B易受到的欺騙干擾,該文將ADS-B位置數(shù)據(jù)和同步的二次雷達(dá)(SSR)數(shù)據(jù)作差,將兩者的差值作為樣本數(shù)據(jù)。利用多核支持向量數(shù)據(jù)描述(MKSVDD)訓(xùn)練樣本,得到了超球體分類器,此超球體分類器能檢測出ADS-B測試樣本中的異常數(shù)據(jù)。并且,通過粒子群算法(PSO)優(yōu)化了GaussLapl和GaussTanh兩種MKSVDD的懲罰因子、多核核函數(shù)系數(shù)以及核參數(shù),提高了異常數(shù)據(jù)檢測性能。實驗結(jié)果表明,對于隨機位置偏移、固定位置偏移、拒絕服務(wù)(DOS)攻擊和重放攻擊,粒子群優(yōu)化多核支持向量數(shù)據(jù)描述(PSO-MKSVDD)模型能檢測出這4種攻擊類型的異常數(shù)據(jù)。且相較于其他機器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)方法,該模型的適應(yīng)性更好,異常檢測的召回率和檢測率更優(yōu)。證明該模型可用于ADS-B異常數(shù)據(jù)的檢測。
  • 圖  1  PSO-MKSVDD異常檢測模型

    圖  2  隨機位置偏移攻擊

    圖  3  固定位置偏移攻擊

    圖  4  DOS攻擊

    圖  5  重放攻擊

    圖  6  單核SVDD最優(yōu)懲罰因子C

    圖  7  GaussLapl最優(yōu)懲罰因子C

    圖  8  GaussTanh最優(yōu)懲罰因子C

    圖  9  TanhLapl最優(yōu)懲罰因子

    圖  10  單核SVDD異常檢測

    圖  11  GaussLapl異常檢測

    圖  12  GaussTanh異常檢測

    圖  13  TanhLapl異常檢測

    表  1  樣本分類結(jié)果表

    實際情況預(yù)測結(jié)果
    正例負(fù)例
    正例${\rm{TP}}$(真正例)${\rm{FN}}$(假負(fù)例)
    負(fù)例${\rm{FP}}$(假正例)${\rm{TN}}$(真負(fù)例)
    下載: 導(dǎo)出CSV

    表  2  異常檢測對比表(%)

    SVDDGaussLaplGaussTanh
    隨機位置偏移召回率94.095.294.8
    檢測率89.293.692.0
    固定位置偏移召回率94.895.696.0
    檢測率94.496.497.2
    DOS攻擊召回率94.896.095.2
    檢測率100.0100.0100.0
    重放攻擊召回率94.896.095.6
    檢測率98.499.298.9
    下載: 導(dǎo)出CSV

    表  3  各種異常檢測方法結(jié)果對比(%)

    LSTMSVDDLSTM-encoder-decoderseq2seqGaussLaplGaussTanh
    隨機位置偏移召回率85.694.090.391.795.294.8
    檢測率87.089.289.890.693.692.0
    固定位置偏移召回率84.294.893.891.095.696.0
    檢測率72.194.479.482.496.497.2
    DOS攻擊召回率87.594.893.794.496.095.2
    檢測率92.6100.095.295.6100.0100.0
    重放攻擊召回率85.794.892.091.696.095.6
    檢測率88.298.493.694.499.298.9
    下載: 導(dǎo)出CSV
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    https://opensky-network.org/.
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圖(13) / 表(3)
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出版歷程
  • 收稿日期:  2019-10-08
  • 修回日期:  2020-04-04
  • 網(wǎng)絡(luò)出版日期:  2020-04-29
  • 刊出日期:  2020-11-16

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