CN104683982A - 一种基于信令系统数据挖掘的伪基站确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于信令系统数据挖掘的伪基站确定方法，该方法包括以下步骤：I、获取位置更新信令；II、获取标识信令；III、所述标识信令分类；IV、确定所述标识信令对应的地址；V、确定所述伪基站覆盖区域边缘；VI、确定所述伪基站覆盖区域重心；VII、确定所述伪基站运动轨迹。该方法对通信运营商获取的手机终端位置更新信令进行数据挖掘发现伪基站，计算伪基站覆盖范围，分析伪基站地址并进行实时更新，利用信息标示出伪基站运动轨迹，实现对伪基站进行实时追踪，提高伪基站的抓捕的精确性，避免因信息滞后使伪基站逃逸导致的执法资源的浪费。

Description

一种基于信令系统数据挖掘的伪基站确定方法

技术领域

本发明涉及一种信号识别检测和信息安全领域的方法，具体讲涉及一种基于信令系统数据挖掘的伪基站确定方法。

背景技术

伪基站即假基站，由包括主机和笔记本电脑的高科技仪器形成，其通过短信群发器、短信发信机等相关设备能够搜取以其为中心、一定半径范围内的手机卡信息，通过伪装成运营商的基站，任意冒用他人手机号码强行向用户手机发送诈骗、广告推销等短信息。部分伪基站具有移动性，犯罪嫌疑人通常将伪基站设备放置在汽车内，驾车缓慢行驶或将车停在特定区域，进行短信诈骗或广告推销，这对抓捕伪基站造成了困难。

伪基站的特点包括：①、伪基站设备运行时，用户手机信号被强制连接到该设备上，导致手机无法正常使用运营商提供的服务，手机用户一般会暂时脱网8～12秒后恢复正常，部分手机则必须开关机才能重新入网；②、导致手机用户频繁地向网络请求位置更新，使得该区域的无线网络资源紧张并出现网络拥塞现象，影响用户的正常通信。

伪基站导致用户被迫进行位置更新的行为会被通信运营商信令系统记录下来，对用户位置更新信令信息进行数据分析，能够对伪基站进行定位发现。为获得准确、全面的信令信息，需要在通信运营商网络中的相关设备上收集信令，通信运营商网络信令系统架构如图1所示。

通信运营商的信令子系统结构包括：移动台MS——即单台客户手机及其他移动终端；移动业务交换中心MSC——移动网络的核心，完成最基本的用户呼叫请求、用户位置更新请求等交换功能；拜访位置寄存器VLR——存储进入该VLR覆盖区的所有用户的位置信息等有关信息，VLR通常物理上与MSC集成在同一个设备中；归属位置寄存器HLR——HLR是系统的中央数据库，包含现网所有用户的信息，一个HLR可以覆盖几个交换区甚至整个移动网，在HLR上部署信令收集器可以取得一个地区的所有位置更新信令。

通信运营商系统位置更新的原理是：通信运营商系统的移动性管理都基于双层结构，上层为HLR，下层为VLR，每个VLR管辖多个位置区。

HLR记录用户当前所在的VLR地址，VLR记录用户所在的位置区地址；当移动台移动到新的位置区域时，立即向该位置区所属VLR申请位置更新；该VLR可能与前一个VLR相同，也可能是一个新的VLR。在后一种情形下，VLR向HLR发出登记申请，由HLR通知前一个VLR进行位置删除，并在HLR中留下位置更新信令的记录。

位置更新信令留下了丰富的数据记录，挖掘其中的异常部分，就很有可能发现伪基站的位置。随着数据挖掘学科的不断发展，对信令数据的挖掘能够产生富有价值的结果，结合运营商的现实需求——目前在全国范围内部署开展打击整治专项行动，严打非法生产、销售和使用伪基站设备的违法犯罪活动。从技术层面提供支持——快速准确的发现伪基站的存在和将其定位，成为一大创新的热点。

现有技术中，伪基站发现方法分为以下几类：收集用户投诉信息，指标预警，DT测试。

收集用户投诉是获取伪基站信息的主要途径之一，也是最直接最有效的途径。通过用户的投诉信息将可以大大减小伪基站位置的确定半径，同时提高伪基站发现的准确性。被伪基站劫持主要了流程是：a、从某个时间点开始手机终端突然没有信号；b、从某个时间开始手机终端无法正常拨打和接听电话；c、手机接受到伪基站终端信号：d、收到垃圾短信。

指示预警：有数据证明伪基站覆盖区域主覆盖小区LU统计有异常增加、同时与伪基站同主频小区存在强烈的下行干扰，下行质差比例异常上升。这2个指标可作为伪基站存在的预警指标。该指标需要实地测量，在事先未知的情况下难以进行测量。

DT测试即驾车测试，即坐车在规定区域内采集通话信号。DT测试利用伪基站的非法位置号来发现和确定伪基站，但该方法费时费力且响应时间慢。

因此，需要提供一种高效、准确、安全的伪基站确定方法。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种高效、准确、安全的伪基站确定方法。

实现上述目的所采用的解决方案为：

一种基于信令系统数据挖掘的伪基站确定方法，其改进之处在于：所述方法包括以下步骤：

I、获取位置更新信令；

II、获取标识信令；

III、所述标识信令分类；

IV、确定所述标识信令对应的地址；

V、确定所述伪基站覆盖区域边缘；

VI、确定所述伪基站覆盖区域重心；

VII、确定所述伪基站运动轨迹。

进一步的，所述步骤I中，所述位置更新信令包括以下数据：

位置更新信令产生的时间TIME、位置更新用户手机号PHONENUM、位置更新设备的国际移动设备识别码IMEI、位置更新用户的国际移动用户识别码IMSI、用户位置更新前所在的位置区号SLAC、位置更新后所在的位置区号LAC和位置更新后所在的小区号CI。

进一步的，所述步骤I中，获取通信运营商系统中所有位置更新信令。

进一步的，所述步骤II中，根据信令过滤规则对所述位置更新信令进行过滤，确定所述标识信令。

进一步的，所述信令过滤规则为单条所述位置更新信令的用户位置更新前所在的位置区号SLAC属于正常范围，则将所述位置更新信令过滤，剩余所述位置更新信令为标识信令。

进一步的，根据所述位置更新信令中的所述用户位置更新前所在的位置区号SLAC确定所述位置更新信令是否正常，若所述用户位置更新前所在的位置区号SLAC在所述通信运营商系统规定的范围内，则认为正常，将其过滤，剩余信令为异常位置更新信令，标记为标识信令。

进一步的，所述步骤III中，根据所述位置更新信令的位置更新后所在的位置区号LAC进行分类，每一种所述位置更新后所在的位置区号LAC对应一类信令。

进一步的，所述步骤IV中，根据所述位置更新信令的位置更新后所在的位置区号LAC和位置更新后所在的小区号CI确定信令发出的地理坐标。

进一步的，所述步骤V中，运用重心算法确定所述伪基站的重心，包括以下步骤：

进一步的，所述步骤VI中，多次计算所述重心，确定重心点集，将所述重心点集按照时间先后顺序连线，在地图上描绘出所述伪基站的运动轨迹。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供的方法对通信运营商获取的手机终端位置更新信令进行数据挖掘来发现伪基站，计算伪基站覆盖范围、分析伪基站地址并进行实时更新，同时利用信息标示出伪基站运动轨迹，实现对伪基站进行实时追踪，提高伪基站的抓捕的精确性，避免因信息滞后使伪基站逃逸导致的执法资源的浪费。

2、本发明提供的方法能够减少伪基站对移动通信的干扰，同时准确的定位伪基站的位置。

3、本发明提供的方法更快速：本方法采用的数据是以分钟为单位，实时更新，并通过数学模型自动分析，可以在第一时间发现伪基站的存在。

现有技术中，依赖客户投诉，群众举报等落后的方式对伪基站进行发现，然后派出人员去进行实地获取信息，反应极其缓慢，同时大大提高了伪基站逃脱的几率；而本发明提供的方法中，采用计算机以分钟为单位自动进行收集数据，并加以分析，上报分析结果，快速发现可能存在的伪基站。

4、本发明提供的方法更人性化：可为被伪基站劫持的用户提供帮助；

现有技术中，不存在任何一种方法为被伪基站劫持用户提供帮助，而本发明提供的方法中，可由通信运营商向已发现的被伪基站劫持用户，发送提示信息和提供帮助，大大减少用户的损失和提高用户的满意度，使运营商的服务更加人性化。

5、本发明提供的方法高效率：资源利用率高，将计算机监控和实地监测相结合，将避免盲目监测造成的资源浪费。

现有技术中，需要大范围布置实地监测设备，来监测伪基站的存在，具有极大的盲目性。同时由于监测效率低下，难以准确的发现流动中的伪基站的存在，造成极大资源浪费；而本发明提供的方法利用计算机监控获取伪基站的实时动态，再配合小范围实地监测设备，进行精准定位，即可获得伪基站的位置信息，极大的提高实地监测的效率，减少不必要的资源浪费。

6、本发明提供的方法更可靠：计算机自动获取信息并分析结果，减少人工操作提高信息的可靠性。

现有技术中，伪基站发现需要大量人工操作，不仅降低效率，同时提高了信息的不可靠性，导致伪基站发现不及时或信息有误，而本发明提供的方法中，伪基站的发现和轨迹绘制均由计算机自动完成，极大的减少人工操作带来的误差和时间延迟，可提高伪基站的发现效率，同时也提高信息的可靠性，为实地监测提供了更加可靠的支持服务。

附图说明

图1为通信运营商网络信令系统架构图；

图2为本实施例中标识信令记录示意图；

图3为本实施例中位置更新信令集对应的地址点示意图；

图4为本实施例中重心绘制图；

图5为本实施例中伪基站覆盖区示意图；

图6为本实施例中基于手机终端位置更新信令发现伪基站的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。

本发明提供一种发现伪基站的方法，该方法基于手机终端位置更新信令发现能够减少伪基站对移动通信的干扰，同时准确的定位伪基站的位置。

如图6所示，图6为本实施例中基于手机终端位置更新信令发现伪基站的方法流程图；该基于信令系统数据挖掘的伪基站确定方法包括以下步骤：

步骤一、获取位置更新信令；

步骤二、获取标识信令；

步骤三、所述标识信令分类；

步骤四、确定所述标识信令对应的地址；

步骤五、确定所述伪基站覆盖区域边缘；

步骤六、确定所述伪基站覆盖区域重心；

步骤七、确定所述伪基站运动轨迹。

步骤一中，获取位置更新信令，所述位置更新信令可从通信运营商系统中直接获取。

本实施例中，位置更新信令包括以下七种数据，具有七项属性如下：

(TIME，PHONENUM，IMEI，IMSI，SLAC，LAC，CI)

其中，TIME表示位置更新信令产生的时间，PHONENUM表示位置更新用户手机号，IMEI表示位置更新设备的国际移动设备识别码，IMSI表示位置更新用户的国际移动用户识别码。

在通信运营商网络中，通常将一个城市的网络分割为几个位置区域，每个位置区域用一个LAC号标识，一个位置区域内分为若干个小区，每个小区用一个CI号标识。

位置更新信令的数据中，SLAC表示用户位置更新前所在的位置区域号，LAC表示用户位置更新后所在的位置区域号，CI表示用户位置更新后所在的小区号。

位置更新信令为从通信运营商处实时获取的手机位置更新信令。该位置更新信令中的位置更新包括三种：正常位置更新(用户跨位置区移动)、周期性位置更新和IMSI附着。

本实施例中，采用上述正常位置更新信令的方法发现伪基站。

运用正常位置更新获取位置更新信令的方法包括：

①、位置更新信令来自HLR(归属位置寄存器)，当某MS(移动台，即手机等通信工具)从一个位置区LA向另一个位置区LA移动时，MS进行判断是否自身存储的LAC(位置更新后所在的位置区域号)与当前小区的LAC号是否一致，若发现MS自身存储的LAC(位置更新后所在的位置区域号)与当前小区的LAC号不一致，则向MSC(移动台控制器)发送位置更新请求；

②、在MSC(移动控制台)的代理下向HLR(归属位置寄存器)发起位置更新；从HLR数据库导出相应的位置更新记录，获得位置更新信令数据。

步骤二中，获取标识信令。

信令采集系统获取的位置更新信令包括两种情况：①正常用户产生的位置更新信令和②被伪基站劫持用户产生的位置更新信令。从而，包括两种位置更新信令：①正常位置更新信令和②伪基站位置更新信令。

伪基站劫持位置更新信令可用来标识伪基站，即确定伪基站位置更新信令为伪基站标识信令。

伪基站发现需要根据通信运营商数据库中的信令白名单过滤掉正常信令，留下伪基站标识信令。

根据信令白名单判断信令正常的判据为：SLAC号的值是否正常。

本实施例中，以中国为例，用户位置更新前所在的位置区域号(SLAC号)的取值范围为0～65535，对全国的各市县的LAC进行了划分。

例如：成都的LAC号处于32768～33313之间，SLAC处于该号码段的为正常位置更新，SLAC号为65534的是用户初次开机时默认存储在MS上的初始LAC号。

对于特定城市，信令SLAC处于这两个号码段的是正常信令，因此需要筛去这SLAC值处于该范围内的信令；其次，在机场和火车站附近存在大量外地用户的位置更新信令。

针对存在大量外地用户的位置更新信令的问题，本发明的方法中，采用位置更新后的小区地址，即“LAC号+CI号”，判定位置更新是否发生在机场和火车站附近。

例如：成都市对在机场附近(30°34′42″N±1′，103°56′49″E±1′)和火车站附近(E 30°41′52.49″N±1′，104°4′14.90″E±1′)范围之内的信令进行过滤。

过滤以上信令之后剩下的信令即伪基站标识信令。

如图2所示，图2为伪基站标识信令示意图；图中，每一行对应一条信令记录，每一列对应信令记录的一个属性，SLAC号为用户位置更新前所在的位置区编号，LAC为用户位置更新后的位置区编号，CI为用户位置更新后的小区编号，IMEI为国际移动设备识别码，IMSI为国际移动用户识别码。上述可疑信令即标识伪基站位置所使用的标识信令。

至此，伪基站标识信令获取完毕。

步骤三中，将标识信令分类。

根据所述位置更新信令的位置更新后所在的位置区号LAC进行分类，每一种所述位置更新后所在的位置区号LAC对应一类信令。

每一个工作基站的天线都有一个小区编号(CI)和一个位置区编号(LAC)。伪基站是类似于工作基站的设备，因此也具有自身的LAC号。然而，由于伪基站LAC编号并未按照运营商既定的规则，因此其LAC号与运营商划定的LAC号不同。用户在早于伪基站劫持后，会重新向运营商网络注册。此时将发生一次位置更新，此次位置更新是不同于正常位置更新的，因为此次位置更新前的位置区号是非法位置区号。也即对应信令的SLAC号非法。

前文所述的标识信令被劫持用户产生非正常位置更新留下的记录，依靠这些标识信令将能够找出伪基站的位置。对标识信令的SLAC号进行分类，将得到若干类信令，每个SLAC号对应一类。由于每个伪基站具有自己的LAC号(且大多数两两不同)，因此每一类信令可用于发现一台伪基站设备。即每个伪基站SLAC号对应的若干条信令。这若干条信令称为单个伪基站标识信令集。

步骤四、确定所述标识信令对应的地址。

本实施例中，运用转换机制将所述标识信令转换为对应的地址。

单个伪基站的标识信令集中每一条标识信令均对应其LAC值和CI值，标识信令集中有若干个(LAC，CI)对，每对(LAC，CI)能够对应一个位置更新后的小区位置。

根据通信运营商提供的(LAC，CI)对应的经纬度坐标查询表，即可确定用户从伪基站脱离后注册的小区地址，该小区地址包括经度和纬度。

将单个伪基站标识信令集中每一对(LAC，CI)标记出的地址记为一个点——经纬度坐标点P_i＝(x_i，y_i)，其中，x_i表示经度，y_i表示纬度，确定标识信令集中各个点，根据所述标识信令集中每一对(LAC，CI)对应的点描绘出伪基站覆盖的区域。

通过上述过程，将所述标识信令转换为对应的地址，获得地址点，称为伪基站标记点。

步骤五、确定所述伪基站覆盖区域边缘；

如图3所示，图3为本实施例中伪基站标识信令集对应的地址点示意图；图中，SLAC号为用户位置更新前所在的位置区编号，LAC为用户位置更新后的位置区编号，CI为用户位置更新后的小区编号，IMEI为国际移动设备(手机或平板等)国际移动设备识别码，IMSI为国际移动用户识别码(其本质是SIM卡的ID号)，LONGIT是经度，LATIT是纬度。

根据步骤四中确定的伪基站标记点形成伪基站标记点集合，运用几何学中最小覆盖集合方法求得标记点几何的最小覆盖图形法，确定伪基站覆盖的图形，伪基站覆盖区域边缘。

步骤六、确定所述伪基站覆盖区域重心。

确定步骤五中获得的覆盖范围的重心，确定伪基站的精确位置。如图4所示，图4为本实施例中伪基站覆盖范围重心示意图，图中书钉表示估算重心坐标。

确定伪基站的精确位置的依据是伪基站标记点集中的每一个点。

伪基站标记点如下所示：

P_i＝(x_i，y_i)，i＝1，2，3，…，N，N为点的数量。

按下式计算伪基站最可能的位置经纬度坐标(x，y)，即重心坐标：

$x=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{x}_i{w}_i}{n},y=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{y}_i{w}_i}{n}$

式中，n为该凸边形内包括的点的个数，x_i为坐标点i的经度，y_i为坐标点i的经度，w_i为坐标点i点的权重。

定义权重w_i＝1/[1+D(P_i)]，其中，D(P_i)为P_i到覆盖范围边缘的距离。

步骤七、确定所述伪基站运动轨迹。

上述所取位置更新信令数据未限制信令数据量，使用数据越多则效果越准确，数据量越少，则分析结果越及时。数据选取个数根据实际要求确定。

为达到实时定位伪基站的效果，本实施例中，每10分钟对通信运营商网络中的所有信令数据进行一次计算。

确定不同时间段内某伪基站的活动范围C和伪基站重心坐标(x，y)，x为经度，y为纬度。，时间推进每10分钟进行一次运算可获得伪基站的实时位置，根据每个时间段获得的重心点绘制出伪基站的运动轨迹，更加精确的对伪基站进行定位。

如图5所示，图5为本实施例中伪基站覆盖区示意图，图中书钉表示估算重心坐标。

最后应当说明的是：以上实施例仅用于说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于信令系统数据挖掘的伪基站确定方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

I、获取位置更新信令；

II、获取标识信令；

III、所述标识信令分类；

IV、确定所述标识信令对应的地址；

V、确定所述伪基站覆盖区域边缘；

VI、确定所述伪基站覆盖区域重心；

VII、确定所述伪基站运动轨迹。

2.如权利要求1所述的伪基站确定方法，其特征在于：所述步骤I中，所述位置更新信令包括以下数据：

位置更新信令产生的时间TIME、位置更新用户手机号PHONENUM、位置更新设备的国际移动设备识别码IMEI、位置更新用户的国际移动用户识别码IMSI、用户位置更新前所在的位置区号SLAC、位置更新后所在的位置区号LAC和位置更新后所在的小区号CI。

3.如权利要求2所述的伪基站确定方法，其特征在于：所述步骤I中，获取通信运营商系统中所有位置更新信令。

4.如权利要求1所述的伪基站确定方法，其特征在于：所述步骤II中，根据信令过滤规则对所述位置更新信令进行过滤，确定所述标识信令。

5.如权利要求4所述的伪基站确定方法，其特征在于：所述信令过滤规则为单条所述位置更新信令的用户位置更新前所在的位置区号SLAC属于正常范围，则将所述位置更新信令过滤，剩余所述位置更新信令为标识信令。

6.如权利要求4所述的伪基站确定方法，其特征在于：根据所述位置更新信令中的所述用户位置更新前所在的位置区号SLAC确定所述位置更新信令是否正常，若所述用户位置更新前所在的位置区号SLAC在所述通信运营商系统规定的范围内，则认为正常，将其过滤，剩余信令为异常位置更新信令，标记为标识信令。

7.如权利要求1所述的伪基站确定方法，其特征在于：所述步骤III中，根据所述位置更新信令的位置更新后所在的位置区号LAC进行分类，每一种所述位置更新后所在的位置区号LAC对应一类信令。

8.如权利要求1所述的伪基站确定方法，其特征在于：所述步骤IV中，根据所述位置更新信令的位置更新后所在的位置区号LAC和位置更新后所在的小区号CI确定信令发出的地理坐标。

9.如权利要求1所述的伪基站确定方法，其特征在于：所述步骤V中，运用重心算法确定所述伪基站的重心。

10.如权利要求1所述的伪基站确定方法，其特征在于：所述步骤VI中，多次计算所述重心，确定重心点集，将所述重心点集按照时间先后顺序连线，在地图上描绘出所述伪基站的运动轨迹。