引言

據(jù)億歐發(fā)布的2024智能家居研究報告顯示［1］，2023年中國智能家居市場規(guī)模達到7558.1億元，預計2025年市場規(guī)模達到10170.2億元，物聯(lián)網(wǎng)、云計算、人工智能等技術(shù)的融入，推動智能家居產(chǎn)業(yè)繁榮發(fā)展。為了實現(xiàn)智能家居自動化，許多智能設(shè)備都配備了嵌入式傳感器，能夠持續(xù)地收集周圍的環(huán)境數(shù)據(jù)，并根據(jù)用戶設(shè)置執(zhí)行相應的策略，實現(xiàn)設(shè)備之間的智能聯(lián)動。同時，智能家居設(shè)備可以通過無線網(wǎng)絡(luò)與云端服務(wù)器通信，用戶通過APP可遠程查看設(shè)備的狀態(tài)信息。常見的短距離無線通信協(xié)議有Wi-Fi、BLE和ZigBee協(xié)議。ZigBee協(xié)議作為低成本、低功耗的無線通信協(xié)議，被廣泛地應用于小型智能傳感器中。

大量智能傳感器設(shè)備的使用，在方便人們生活的同時，也帶來信息安全風險。智能傳感器設(shè)備持續(xù)收集、傳輸、處理環(huán)境中的用戶行為信息。一旦入侵者在房間附近部署小型傳感器，即可遠程收集用戶的個人隱私數(shù)據(jù)。例如，入侵者可以在用戶周圍部署門磁傳感器，通過其狀態(tài)的變化來分析用戶的出行規(guī)律，或者在房間附近部署人體傳感器，通過人體傳感器的狀態(tài)分析來推斷家中是否有人，嚴重侵犯了用戶的個人隱私安全。

為保護用戶隱私安全，可以通過分析設(shè)備的無線流量識別周圍存在的智能傳感器，消除潛在的安全威脅。現(xiàn)有研究大多基于從家用無線路由器獲取設(shè)備流量，在互聯(lián)網(wǎng)上捕獲設(shè)備間或者設(shè)備與云服務(wù)間的IP流量來識別智能家居內(nèi)的設(shè)備信息，對用戶而言這種場景有一定局限性，用戶可能無法接入攻擊者所部署的無線網(wǎng)絡(luò)中。同時，智能網(wǎng)關(guān)在接收智能設(shè)備流量后會進一步處理流量數(shù)據(jù)，在無線路由器中收集到的設(shè)備流量數(shù)據(jù)可能會丟失一些重要的設(shè)備數(shù)據(jù)特征。此外，現(xiàn)有的ZigBee設(shè)備識別研究依賴設(shè)備流量的應用層和鏈路層特征，由于不同廠商在同類產(chǎn)品上的運行邏輯類似，在多設(shè)備分類場景下的性能不足。

為此，本文提出了一種基于雙模態(tài)融合的ZigBee設(shè)備識別方法。首先，設(shè)計了一種新的智能家居隱私安全防護場景，針對ZigBee協(xié)議的智能傳感器，通過無線嗅探收集環(huán)境周圍的ZigBee流量數(shù)據(jù)。然后，通過分析智能設(shè)備獨特的運行模式，從完整ZigBee網(wǎng)絡(luò)流量中提取單個設(shè)備的流量，并利用數(shù)據(jù)的時序關(guān)系對流量進行切分。最后，分別在文本模態(tài)和圖像模態(tài)下提取流量的多維特征，融合雙模態(tài)構(gòu)建ZigBee設(shè)備識別模型。實驗表明，即使ZigBee流量進行了加密，識別模型也能有效地區(qū)分出多個廠家的不同智能家居設(shè)備，設(shè)備識別的準確率達到99%左右。

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作者信息：

李榮，賴怡聰，李樂言

（中國電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗研究所，廣東廣州510610）