多路通信交互信息安全性深度識別系統(tǒng)設(shè)計

劉春寶，王 楓，尹 晶

（1.吉林大學(xué) 應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，吉林 長春 130041；2.長春電子科技學(xué)院，吉林 長春 130114）

0 引言

隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，人們越來越依賴交互功能的實現(xiàn)，交互信息的潛在安全問題隨之而來，人們在日常生活中常常應(yīng)用多路通信交互設(shè)備或軟件完成相關(guān)任務(wù)，涉及較多的信息安全問題[1?2]。

多路通信交互信息在多個信息傳輸路徑中共同體現(xiàn)，具有錯亂復(fù)雜的特點，導(dǎo)致多路通信交互信息內(nèi)的數(shù)據(jù)格式存在大量的不安全因素，為此設(shè)計信息安全性深度識別系統(tǒng)對不安全因素進行提取，通過設(shè)計數(shù)據(jù)采集器使多路內(nèi)的交互信息體現(xiàn)在信息傳輸接口中，再設(shè)計數(shù)據(jù)識別器提升軟件流程的數(shù)據(jù)傳輸速率，應(yīng)用協(xié)調(diào)器更改交互信息的安全性深度識別路徑，最終通過通信器加強信息之間的數(shù)據(jù)傳遞，采用二進制數(shù)據(jù)計算的方式判斷交互信息是否具有安全性隱患。

為此本文設(shè)計多路通信交互信息安全性深度識別系統(tǒng)，分別從交互信息的采集、識別、處理、傳輸?shù)榷鄠€階段對通信交互信息的深度安全性進行識別，保障多路通信用戶的信息安全。

1 多路通信交互信息安全性深度識別系統(tǒng)硬件設(shè)計

本文設(shè)計的多路通信交互信息安全性深度識別系統(tǒng)硬件由數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)識別器、協(xié)調(diào)器和通信器組成，系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 多路通信交互信息安全性深度識別系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

1.1 數(shù)據(jù)采集器

本文應(yīng)用的數(shù)據(jù)采集器符合多路通信原理，具有多條通道的數(shù)據(jù)采集支路，在ARM11 處理器的基礎(chǔ)上增加內(nèi)部數(shù)據(jù)資源，能夠?qū)⒍嗦吠ㄐ胖械闹魍ㄐ怕窂焦ぷ髯罡哳l率設(shè)定為452 MHz，采集器的線路外設(shè)板上裝置有多種型號的數(shù)據(jù)連接口、USB 插接線、以太網(wǎng)口等，具有兼容性高、數(shù)據(jù)識別能力強，靜電保護能力強等優(yōu)勢，能夠在較復(fù)雜的數(shù)據(jù)環(huán)境中完成多通路通信的精準(zhǔn)采集[3?4]。本文設(shè)計的數(shù)據(jù)采集器結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

根據(jù)圖2 可知，數(shù)據(jù)采集器中的多條通信線路板上主要安裝有：兩條五線串口和三條三線串口；一個50M網(wǎng)口并攜帶數(shù)據(jù)采集指示燈；兩個支持USB 數(shù)據(jù)接口的通信協(xié)議芯片，分別安裝在USB 接口兩端。為能夠?qū)崿F(xiàn)在一定的時間內(nèi)完成多組數(shù)據(jù)的多通路采集，內(nèi)部設(shè)有時鐘，與時鐘相連接的有16 條A/D 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口，要求在網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)良好的情況下能夠滿足多通道數(shù)據(jù)的同時進入[5?6]。

圖2 數(shù)據(jù)采集器結(jié)構(gòu)

1.2 數(shù)據(jù)識別器

數(shù)據(jù)識別器結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

由圖3 可知，數(shù)據(jù)識別器的設(shè)計需要保障數(shù)據(jù)能夠在最短的通信路徑中完成數(shù)據(jù)傳輸與識別任務(wù)，達到低能耗、識別效率高的基本條件。

圖3 數(shù)據(jù)識別器結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)識別器中主要包含：數(shù)據(jù)傳感器模塊、電源模塊、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊、微控制模塊。數(shù)據(jù)傳感器模塊能夠與數(shù)據(jù)采集器中的數(shù)據(jù)接口進行連通，精準(zhǔn)測試多路通信交互信息內(nèi)容與涉及安全問題的敏感數(shù)據(jù)；電源模塊主要為數(shù)據(jù)識別器中的其他模塊提供穩(wěn)定電源，一般采用4.8 V 工作電壓作為輸出電壓，控制整個數(shù)據(jù)識別的工作頻率保持在25～50 MHz 之間；數(shù)據(jù)發(fā)送模塊主要負責(zé)將識別出的內(nèi)容發(fā)送至其他硬件中的網(wǎng)關(guān)端口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享與實時數(shù)據(jù)分析功能；微控制模塊主要用于調(diào)整對不同信道內(nèi)數(shù)據(jù)采集頻率，此模塊中具有大量的參數(shù)數(shù)據(jù)，能夠適應(yīng)絕大部分的通信交互信息內(nèi)容識別，還能調(diào)控數(shù)據(jù)發(fā)送模塊的時間段與工作間隔，使數(shù)據(jù)識別器更加智能化。在數(shù)據(jù)識別器中設(shè)計的網(wǎng)關(guān)端口主要采用4G 網(wǎng)絡(luò)端口，另附加5G 網(wǎng)絡(luò)端口的預(yù)留空間，能夠有效提升數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸速度，利用服務(wù)器端口完成網(wǎng)關(guān)調(diào)節(jié)[7?8]。

1.3 協(xié)調(diào)器

協(xié)調(diào)器示意圖如圖4 所示。

圖4 協(xié)調(diào)器示意圖

協(xié)調(diào)器外圍電路圖如圖5 所示。

圖5 協(xié)調(diào)器外圍電路圖

協(xié)調(diào)器內(nèi)部由多個協(xié)調(diào)器節(jié)點組成，不同節(jié)點分別負責(zé)相應(yīng)的通信途徑數(shù)據(jù)，采用CC2530 型號處理器作為協(xié)調(diào)器的主要控制硬件，內(nèi)置32 位CPU 處理器，能夠同時協(xié)調(diào)控制256 GB 數(shù)據(jù)的運行狀態(tài)與儲存狀態(tài)，還安裝有8051 單片機作為CPU 處理器的輔助數(shù)據(jù)處理裝置，提升數(shù)據(jù)的協(xié)調(diào)能力；采用標(biāo)準(zhǔn)的串行電源模板對協(xié)調(diào)器內(nèi)部模塊持續(xù)供電，輸出電壓為12 V；串行接口電路在調(diào)節(jié)器中可以對多路通信交互信息安全內(nèi)容的傳輸方向進行調(diào)節(jié)，根據(jù)串行數(shù)據(jù)的持續(xù)發(fā)送特點將交互流量反饋給數(shù)據(jù)識別器中的微處理器，為保障數(shù)據(jù)在調(diào)節(jié)的過程中不出現(xiàn)調(diào)節(jié)代碼錯亂問題，引用MAX3232CSE 芯片對節(jié)點電平轉(zhuǎn)換；設(shè)計JTAG 接口電路將協(xié)調(diào)器中的協(xié)調(diào)芯片連接在上位機調(diào)節(jié)器節(jié)點的接口處，通過上位機中的運行程序保證調(diào)節(jié)后的數(shù)據(jù)能夠精準(zhǔn)進入深度識別程序中[9?10]。

1.4 通信器

CC4320 芯片結(jié)構(gòu)如圖6 所示。

圖6 CC4320 芯片結(jié)構(gòu)

通信器的設(shè)計是由多個硬件結(jié)構(gòu)內(nèi)的通信設(shè)備共同組成的，在本文設(shè)計系統(tǒng)中能夠精準(zhǔn)傳輸交互信息內(nèi)容，將深度識別后的信息在通信協(xié)議中輸出，每套通信設(shè)備內(nèi)都由CC2530 型號數(shù)據(jù)通信芯片進行通信前的安全協(xié)議管理，在芯片內(nèi)交互數(shù)據(jù)首先會被根據(jù)多路通信型號進行劃分，所劃分的部分會重新進行安全代碼的編寫，再對安全代碼完成數(shù)據(jù)環(huán)境嵌入。通信器中的數(shù)據(jù)接口還具有編譯裝置，通過可靠代碼的輸入獲取調(diào)試器與數(shù)據(jù)識別器的認定，在微處理器中進行一定程度的格式改裝后傳入軟件流程中進行下一階段的安全性能深度識別，編譯器還有利于數(shù)據(jù)在信道中的優(yōu)化提速，信道中的數(shù)據(jù)運輸程序具有識別功能，針對陌生的交互信息會延時傳輸[11?12]。

數(shù)據(jù)采集器中的通信裝置主要負責(zé)對多路通信中新采集的數(shù)據(jù)進行下一階段的分配，數(shù)據(jù)采集器中的全部數(shù)據(jù)格式會體現(xiàn)在Z?Stack協(xié)議中，此協(xié)議帶動網(wǎng)關(guān)芯片進入數(shù)據(jù)分類工作，并建立上位機與通信器之間的信道，將采集的交互信息及時發(fā)送到上位機中進行備份[13?14]。

2 多路通信交互信息安全性深度識別系統(tǒng)軟件設(shè)計

多路通信交互之間產(chǎn)生的信息主要通過通信頻率為653 MHz 的射頻模塊作為基礎(chǔ)板塊對外進行數(shù)據(jù)傳輸，能夠在外部線路精準(zhǔn)控制的情況下接收不同種類的安全識別命令，進行安全性深度識別命令后的多路通信交互信息會自主進行數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)，再通過微處理器對數(shù)據(jù)內(nèi)容中的敏感數(shù)據(jù)進行CPU 內(nèi)的無干擾認證，認證后的多路通信交互信息將以無線電波的方式識別身份認證信息，身份信息帶有部分原始交互內(nèi)容，應(yīng)用這部分交互信息內(nèi)容完成原始信號的格式認定，由格式的不同種類差異性改變信號射頻狀態(tài)，也可以對交互信號進行數(shù)據(jù)調(diào)頻，利用數(shù)據(jù)采集器中的識別芯片對交互內(nèi)容的接口前端與微控制器更改多路通信交互信息的傳輸格式，通信協(xié)議中的單片機作用較小，能夠通過切換工作狀態(tài)的方式完成休眠狀態(tài)與主動狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，休眠時間能夠為多路通信交互信息的獲取提供較多的采集時間，但是會影響數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)器內(nèi)的處理器運行，主動工作狀態(tài)更傾向于交互信息的處理，為深度安全性識別的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)提供穩(wěn)定的格式基礎(chǔ)。

多路通信交互信息的獲取與讀取速率是通過時鐘系統(tǒng)的控制完成的。不同的時鐘系統(tǒng)會影響多路通信交互信息的獲取速率，交互的數(shù)據(jù)路徑內(nèi)還存在時鐘地址，負責(zé)對外部的交互信息有效檢測，用于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的效果建立，交互信息的讀取內(nèi)容將會在外接設(shè)備體現(xiàn)。設(shè)定外接設(shè)備每秒對多路通信交互信息提供穩(wěn)定的數(shù)據(jù)射頻協(xié)議，并能夠應(yīng)用二進制的方式對交互信息格式與傳輸方式進行打包發(fā)送。

多路通信交互信息安全性深度識別系統(tǒng)軟件工作流程如圖7 所示。

圖7 通信交互信息安全性深度識別系統(tǒng)軟件工作流程

多路通信交互安全性深度識別流程的實現(xiàn)主要建立在多路通信組網(wǎng)中。首先在數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)器中的網(wǎng)關(guān)完成網(wǎng)絡(luò)安全檢查的數(shù)據(jù)內(nèi)容庫建立，可以邀請多路通信交互外部的交互體系進入數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)器中并建立網(wǎng)絡(luò)成員組與網(wǎng)絡(luò)成員地址，每個網(wǎng)絡(luò)成員可以在協(xié)調(diào)器節(jié)點中建立新的數(shù)據(jù)識別體系。當(dāng)內(nèi)部的協(xié)調(diào)器節(jié)點加載交互信息與外部的網(wǎng)絡(luò)成員加載交互信息產(chǎn)生沖突時，則會通過通信器內(nèi)部的通信協(xié)議引進外部的信息處理算法，對兩種信息進行分解與處理。首先確定兩種交互信息的表面安全性，再通過對內(nèi)部數(shù)據(jù)格式的分解深度分析兩種交互信息安全性，若兩種交互信息均達到標(biāo)準(zhǔn)安全性，則規(guī)定交互信息在幀格式網(wǎng)絡(luò)中能夠更高效率地進行傳輸。信息傳輸流程如圖8 所示。

圖8 信息傳輸流程

傳輸至安全性深度識別流程內(nèi)的交互信息主要為無標(biāo)簽形式，通過數(shù)據(jù)通信器中的物理鏈完成交互信息與深度安全性識別流程內(nèi)的數(shù)據(jù)融合。內(nèi)部的深度識別程序會發(fā)送初步的交互信息進入命令，并對即將進入流程中的無標(biāo)簽信號編碼，檢查命令編碼與信號傳輸二進制是否發(fā)生沖突，若發(fā)生沖突，則證明交互信號中的部分格式代碼與二進制標(biāo)準(zhǔn)安全代碼不符合，不具備安全性；若沒有發(fā)生沖突，則證明交互信息符合深度安全性檢查標(biāo)準(zhǔn)。

3 實驗研究與結(jié)果分析

為了檢測本文設(shè)計的多路通信交互信息安全性深度識別系統(tǒng)的有效性，與傳統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)的多路通信交互信息安全性深度識別系統(tǒng)、基于深度卷積的多路通信交互信息安全性深度識別系統(tǒng)進行對比實驗。設(shè)定實驗參數(shù)如下：工作電壓為220 V，工作電流為150 A，工作頻率為15 Hz，操作系統(tǒng)為Windows 10，操作時間為10 min。

據(jù)上述參數(shù)，選用本文系統(tǒng)和傳統(tǒng)系統(tǒng)進行對比實驗，得到的多路通信交互信息安全性深度識別系統(tǒng)識別錯誤率實驗結(jié)果如圖9 所示。

圖9 識別錯誤率實驗結(jié)果

根據(jù)圖9 可知，本文提出的識別系統(tǒng)識別錯誤率始終低于傳統(tǒng)系統(tǒng)。本文提出的識別系統(tǒng)能夠在同一時間對多路通信信息進行分析，利用大數(shù)據(jù)挖掘深度分析信息，進而完成識別。

識別時間實驗結(jié)果如表1 所示。

表1 識別時間實驗結(jié)果 min

由表1 可知，本文提出的系統(tǒng)識別時間更短，本文提出的系統(tǒng)利用二進制方程編寫數(shù)據(jù)代碼，采用統(tǒng)一的方式分析信息，在短時間內(nèi)對多個路徑的數(shù)據(jù)進行分析并存儲在數(shù)據(jù)庫中，因此識別時間更短。

綜上所述，本文提出的多路通信交互信息安全性深度識別系統(tǒng)在識別能力上遠遠優(yōu)于傳統(tǒng)系統(tǒng)，可操作性更強，可利用性更好，更值得大力推廣與使用。

4 結(jié)語

網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)時代的不斷發(fā)展，導(dǎo)致各種數(shù)據(jù)安全性能不能得到較好的保障，為此本文設(shè)計多路通信交互信息安全性深度識別系統(tǒng)。通過設(shè)計不同模塊的硬件設(shè)備對多路通信交互信息內(nèi)容進行采集、識別、處理以及傳輸，保障信息能夠順利進入安全性深度識別流程中。