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基于粒子群优化多核支持向量数据描述的广播式自动相关监视异常数据检测模型

王布宏 罗鹏 李腾耀 田继伟 尚福特

王布宏, 罗鹏, 李腾耀, 田继伟, 尚福特. 基于粒子群优化多核支持向量数据描述的广播式自动相关监视异常数据检测模型[J]. 电子与信息学报, 2020, 42(11): 2727-2734. doi: 10.11999/JEIT190767
引用本文: 王布宏, 罗鹏, 李腾耀, 田继伟, 尚福特. 基于粒子群优化多核支持向量数据描述的广播式自动相关监视异常数据检测模型[J]. 电子与信息学报, 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

基于粒子群优化多核支持向量数据描述的广播式自动相关监视异常数据检测模型

doi: 10.11999/JEIT190767
基金项目: 国家自然科学基金(61902426)
详细信息
    作者简介:

    王布宏:男,1975年生,博士,教授,研究方向为人工智能安全、信息物理系统安全等

    罗鹏:男,1995年生,硕士生,研究方向为人工智能安全、ADS-B数据攻击检测

    李腾耀:男,1991年生,博士生,研究方向为ADS-B数据攻击检测和弹性恢复

    田继伟:男,1993年生,博士生,研究方向为人工智能安全、信息物理系统安全

    尚福特:男,1992年生,博士生,研究方向为信息物理系统安全

    通讯作者:

    罗鹏 1939552724@qq.com

  • 中图分类号: TN967.1; TP391

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

Funds: The National Natual Science Foundation of China (61902426)
  • 摘要: 广播式自动相关监视(ADS-B)作为新一代空中交通管理(ATM)通信协议,是未来空管监视系统的关键技术。目前,由于ADS-B采用明文格式广播发送数据,其安全性问题受到挑战。针对ADS-B易受到的欺骗干扰,该文将ADS-B位置数据和同步的二次雷达(SSR)数据作差,将两者的差值作为样本数据。利用多核支持向量数据描述(MKSVDD)训练样本,得到了超球体分类器,此超球体分类器能检测出ADS-B测试样本中的异常数据。并且,通过粒子群算法(PSO)优化了GaussLapl和GaussTanh两种MKSVDD的惩罚因子、多核核函数系数以及核参数,提高了异常数据检测性能。实验结果表明,对于随机位置偏移、固定位置偏移、拒绝服务(DOS)攻击和重放攻击,粒子群优化多核支持向量数据描述(PSO-MKSVDD)模型能检测出这4种攻击类型的异常数据。且相较于其他机器学习和深度学习方法,该模型的适应性更好,异常检测的召回率和检测率更优。证明该模型可用于ADS-B异常数据的检测。
  • 图  1  PSO-MKSVDD异常检测模型

    图  2  随机位置偏移攻击

    图  3  固定位置偏移攻击

    图  4  DOS攻击

    图  5  重放攻击

    图  6  单核SVDD最优惩罚因子C

    图  7  GaussLapl最优惩罚因子C

    图  8  GaussTanh最优惩罚因子C

    图  9  TanhLapl最优惩罚因子

    图  10  单核SVDD异常检测

    图  11  GaussLapl异常检测

    图  12  GaussTanh异常检测

    图  13  TanhLapl异常检测

    表  1  样本分类结果表

    实际情况预测结果
    正例负例
    正例${\rm{TP}}$(真正例)${\rm{FN}}$(假负例)
    负例${\rm{FP}}$(假正例)${\rm{TN}}$(真负例)
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    表  2  异常检测对比表(%)

    SVDDGaussLaplGaussTanh
    随机位置偏移召回率94.095.294.8
    检测率89.293.692.0
    固定位置偏移召回率94.895.696.0
    检测率94.496.497.2
    DOS攻击召回率94.896.095.2
    检测率100.0100.0100.0
    重放攻击召回率94.896.095.6
    检测率98.499.298.9
    下载: 导出CSV

    表  3  各种异常检测方法结果对比(%)

    LSTMSVDDLSTM-encoder-decoderseq2seqGaussLaplGaussTanh
    随机位置偏移召回率85.694.090.391.795.294.8
    检测率87.089.289.890.693.692.0
    固定位置偏移召回率84.294.893.891.095.696.0
    检测率72.194.479.482.496.497.2
    DOS攻击召回率87.594.893.794.496.095.2
    检测率92.6100.095.295.6100.0100.0
    重放攻击召回率85.794.892.091.696.095.6
    检测率88.298.493.694.499.298.9
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-10-08
  • 修回日期:  2020-04-04
  • 网络出版日期:  2020-04-29
  • 刊出日期:  2020-11-16

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