T-GDIOT 002-2025 物联网单比特探测与抗干扰感知技术要求

团体标准求TechnicalRequirementsforSingle-BitDetectionandInterfeInternetofThings广东省物联网协会发布 本文件依据GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件起草单位：深圳大学、南京信息工程大学、鹏城实验室、广州技象科技有限公本文件主要起草人：谢宁、苏健、张沛昌、钟世达、谭海军、温文坤、刘军林、宋书3物联网单比特探测与抗干扰感知技术要求本文件规定了物联网单比特探测与抗干扰感知的基本原理、技术架构、探测算法、抗干本文件适用于在恶劣电磁环境下工作的物联网感知设备的信号检测与干扰抵抗技术实下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注明日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件。不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的GB/T36962传感数据分GB/T36951信息安全技术物联网GB/T37024-2018信息安全技术物联网GB/T38637.1物联网感知控制设备接GB/T38637.2物联网感知控制设备接入第RFC7252TheConstrainedApplicationProtocol(CoAP)RFC6347DatagramTransportLayerSecISO/IEC27402Cybersecurity-IoTsecurityandprivacy-Devicebaselinerequirem作为物联网设备的智能中枢，连接感知层设备与网络层，具备协议转换、数据预处理、安全等功能，能够实现不同通信技术之间的桥接并支持边缘计数据采集、远程控制和分析处理，提供设备管理、数据转发、安全能力等功能的软件和硬件通过对物联网设备感知层采集的信号进行单位比特级别的检测和分析，识别异常干扰模式或篡改物联网设备在电磁干扰、信号攻击等恶劣环境下，仍能保持信号采集和传输可靠性的能力，包括通过对传感器偏置电压施加特定调制序列，使感测信号具备可验证特性，从而实现对外部注入攻CSI信道状态信息(DTLS数据报传输层安全协议(DatagramTransportLayeHTTP超文本传输协议(HypeIPv4互联网协议版本4(InternIPv6互联网协议版本6(IntMQTT消息队列遥测传输协议(MessageQueuingTelemetryQoS服务质量(QualityTLS传输层安全协议(TrWSN无线传感器网络(WirelessSensoXMPP可扩展消息与存在协议(ExtensibleMessagZigbee基于IEEE802.15.4的低功耗局域网协议5物联网单比特探测与抗干扰感知系统支持单设备级和网络协同级两种模式。在单设备级模式下，由物联网终端完成单比特探测数据的采集、干扰检测与估计、干扰剔除与目标回波提取、感知参数估计与融合，并在融合结果未达标时反馈至探测模块循环执行，最终输出融合后的感知参数；在网络协同级模式下，各终端将单比特探测数据上报至边缘网关，网关依次进行探测数据接收、干扰检测与估计、干扰剔除与目标回波提取、感知参数估计与融合，并通过闭环控制指令优化终端采样策略，以实现多节点协同下的全局感知参数输出。典型系统结构见图感知参数估计不达标单比特探测数据干扰检测与估计干扰剔除与目标回波提取感知参数估计不达标单比特探测数据干扰检测与估计干扰剔除与目标回波提取感知参数融合达标感知参数输出单比特探测数据发射感知参数估计感知信号接收感知参数估计不达标不达标感知参数融合达标感知参数融合达标感知参数输出边缘网关干扰剔除与目标回波提取根据干扰探测方式与干扰抑制能力差异，本标准划分为信号特征感知模型和偏置电压调制模该模型首先通过环境感知获取信道干扰谱和噪声特性，依据感知结果进行信号基础波形设计，并在自适应信号参数调节模块中通过干扰频段规避和高斯白噪声掩盖优化发射波形；优化后的信号经发射、接收后由精细采样获取高分辨率比特流，再通过信号特征提取获取瞬时能量、频谱分布等参数，最终在单比特级别对异常比特翻转和潜在攻击进行检测与分析，实现端到端的抗干扰自适应信号参数调整干扰频段规避环境感知信号发射信号基础波形设计环境感知信号发射高斯白噪声掩盖信号异常检测与分析信号特征提取信号异常检测与分析信号特征提取信号接收该模型首先根据感知需求进行信号基础波形设计，并在偏置电压调制模块中将预定义的安全序列编码嵌入到传感器偏置电压中，随后将调制后的信号发射；接收端对回波或下行信号进行同步捕获并精细采样后，从中提取安全序列比特并与预期序列进行匹配，通过比对一致性来检测和定位潜在的干扰或攻击，实现资源受限终端的单比特级安全感知。基本功能结构见图3。信号基础波形设计信号发射基于偏置电压的安全序列嵌入信号基础波形设计信号发射信号异常检测与分析信号接收与精细采样信号异常检测与分析信号接收与精细采样针对复杂电磁环境下的物联网感知需求，系统可采用信号特征感知与偏置电压调制相结合的混合协同模型，实现多维度的单比特探测与抗干扰能力。该模型通过分层设计，在物理层实现基础安全保障，在信号处理层实现高级抗干扰功能，适用于需设备应具有单比特探测功能、抗干扰感知功能、信号处理功能和数据传输功能。应支持通信与感知一体化机制，宜支持感知信息的融合处理。设备应具备干扰源识别与规避能力，应具有自适应信道选择能力。应具有对通信环境进行实时感知的能力，应具有在复杂电磁环境下保障数据传输可靠性的能力。应具有抗干扰算法自优化能力，能实现通单比特错误率、采样精度和检测灵敏度应符合行业相关要求。应具备毫秒级响应时间的信号应具有信号特征提取与分析能力，应能识别非授权信号与授权7应具有基于单比特的信号质量评估功能，应符合GB/T38637.1应具备信道使用预判和干扰情况评估能力，能选择最优信道和带宽进行应支持时域、频域及能量域的多维度抗干扰技术，窄带干扰抑制比应优a)应记录认证事件日志，包括认证成功、失败8c)支持标准安全协议（如MQTT-TLS、CoAP-DT信号检测灵敏度应不低于-90dBm，发射信号功率应符合相关无不小于100dB，频率稳定度应优于±1ppm。单比特误码率(BER)检测精度应优于10信号接口应支持频域、时域及能量域多维特征检测，窄带干扰抑制比应优于a)应具有多通道信号采集与分析能力，支持实时干b)应支持基于单比特的干扰识别与感知，具有接收检测数据和发送抗干扰指令的能力；c)应符合GB/T38637.2关于数据管理的要求，支持低功耗工作模式，通信能耗应低于10nJ/bit。物联网单比特探测系统应采用具备抗干扰能力的通信协议，宜支持以下a)支持SLOTALOHA与跳频机制相结合的多址接入方式，提高系统抗b)应具备前向纠错编码(FEC)能力，宜采用重复编码与交织技术增强抗突发干扰能力；c)支持小包快传机制，包长宜控制在较小范围（通常几十字节），以减少干扰导致的重传开销。a)支持CoAP、MQTT等轻量级通信协议，并应实现DTLS或TLSb)应具备针对通信干扰的自适应重传机制，上行业务宜支持物理层HARQ纠错重传技术；c)应支持干扰信息的特征提取与标记，便于系统进行对于5.2所述信号特征感知模型，应通过统一的人机界面对单比特探测阈值、抗干扰9对于5.3所述偏置电压调制模型，应能对安全序列生成、干扰检测灵敏度及功率调制应支持通过安全通信协议远程配置单比特探测与抗干扰感知参数，宜支持DTLS保护的CoAP行参数更新。当本地参数配置与远程参数配置不一致时，应优先使用远程应具有远程升级单比特探测与抗干扰感知算法的能力。应支持基于安全文件传输协议进行固件升软件升级应具有版本匹配性检查，对不适用于本设备的软件禁止进行升级操作，并应对升级过程中，应对升级文件进行完整性和真实性校验，当文件校验失设备应具有本地或远程参数备份功能。应对参数备份操作进行权限管理。宜限定仅最应以加密格式存储导出的参数文件，参数文件中应具有本地和远程恢复为单比特探测与抗干扰感知默认参数配置的操作方法，在干扰环境急剧变应具有干扰事件日志功能，记录干扰发生时间、干扰类型、干扰强度、抑制效果等信息。日志应能本地保存，宜具有定期备份功能。日志应包含干扰源特征和抗干扰行为数据，为后续算法优设备宜在出厂时，根据应用场景特性，预置干扰识别阈值、抗干扰策略和能量效率参应可通过本地配置方式，对干扰识别算法参数、抗干扰策略和安全序列生成规则等参数进行修改。对于5.2所述信号特征感知模型，宜支持对干扰特征库的远程更新与干扰模式学习参数的远程配置。宜支持基于SM2算法的终端与服务器双方共同签名协议，增强配置指令的安全性。所描述的流程，实现单比特探测与抗干扰感知参数的安全对于采用SM1加密算法的嵌入式安全控制模块(ESAM)的设备，应使用相应安全接口进行干扰检a)接入认证：应符合GB/T37024-2018第6.2.1节所述要求，对接入的感知终端进行基于物理层特征的身份识别，确保终端标识在网关生命周期内的唯b)网络访问控制：应符合GB/T37024-2018第6.2.2节所述要求，实现基于物理特征的访问控c)信号传输防护：应对传感数据实施单比特级别的完整性检测，识别微小干扰和攻击痕迹，a)应基于偏置电压调制等物理层特性建立安全信道，确保单比特级b)使用轻量级通信协议时，应采用相应安全增强机制，如CoAP应使用MQTT应使用TLS协议；c)应支持安全序列嵌入技术，在传感器感知过程中嵌入验证序列，实现对注入攻击实时检测；a)设备存储的单比特特征数据和干扰特征库应加密处理，并保证数据完整性，防止篡改导致b)设备的物理层安全参数应分级存储，关键安全序列和干扰判定阈值应实施严格的访问控制，c)应建立干扰事件追溯机制，记录异常干扰行为的时间、特征和处理结果，支持干扰源识别设备应支持抗干扰算法冗余设计：系统应存储主备两套干扰识别与抑制算法，正算法，当主算法无法有效识别或抑制干扰时，自动切换至备用算法，确保系统持续终端设备应支持多信道保护功能。感知系统应具备至少两个独立的信号采集与处理通道，当一个通道受到干扰或故障时，能够自动切换至备用通道继续工作。在多信道保护模式一中，道1和信道2上各自独立进行信号采集与处理，并将两路处理结果并行汇聚至信号输出模块，以多路冗余融合的方式提高抗干扰能力；而在多