ES2871560T3 - Un método para aumentar la especificidad de detección de interferencias intencionadas en un sistema de alarma doméstico - Google Patents
Un método para aumentar la especificidad de detección de interferencias intencionadas en un sistema de alarma doméstico Download PDFInfo
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Abstract
Un método de detección de una señal de interferencia y clasificación del origen de la señal de interferencia en dos o más clases, comprendiendo el método las siguientes etapas: - medir repetidamente (201) un indicador de intensidad de señal recibida (RSSI) de una señal recibida; - calcular repetidamente un valor promedio (205) del indicador de intensidad de señal recibida durante un primer periodo de tiempo; - calcular repetidamente un valor de varianza (210) del indicador de intensidad de señal recibida durante un segundo periodo de tiempo, solapando dicho segundo periodo de tiempo al menos dicho primer periodo de tiempo; - comparar el valor promedio calculado (215) con un valor promedio de umbral predeterminado; - comparar el valor de varianza calculado (220) con un valor de varianza de umbral predeterminado; - clasificar la señal en una de dos o más clases (235) basándose en las comparaciones (215, 220) durante periodos de tiempo solapantes, siendo una clase indicativa de un estado de interferencia intencionada, y en donde el método se caracteriza por la etapa de - clasificar la señal recibida como una señal de interferencia intencionada cuando el valor promedio excede el valor promedio de umbral predeterminado y el valor de varianza excede el valor de varianza de umbral predeterminado.
Description
DESCRIPCIÓN
Un método para aumentar la especificidad de detección de interferencias intencionadas en un sistema de alarma doméstico
Campo técnico
La invención se refiere a un método y un sistema para detectar interferencias intencionadas de sistemas que usan comunicación inalámbrica. En particular se refiere a un método y un sistema para diferenciar entre interferencia originada desde un dispositivo interferente intencionado e interferencia originada desde un sistema inalámbrico cercano.
Antecedentes
Los sistemas de alarma que comprenden detectores y pasarelas se usan comúnmente en casas privadas y locales de oficinas. Los detectores se conectan más y más frecuentemente a través de medios de comunicación inalámbrica a una unidad central, también conocida como una pasarela, que a su vez se conecta a una estación de supervisión central (CMS) tal como un centro de recepción de alarmas remoto. En caso de una situación de alarma uno o más detector o detectores transmiten una señal de alarma a la pasarela y la pasarela transmite una señal de alarma a la estación de supervisión central, si el sistema de alarma está en un estado activado.
Un ladrón u otro intruso puede usar dispositivos interferentes intencionados electrónicos para interferir intencionadamente señales inalámbricas entre el detector o detectores y la pasarela o entre la pasarela y la estación de supervisión central. La presente invención se refiere a un método y medios para la detección de interferencias intencionadas desde tales dispositivos interferentes intencionados, y para detectar una interferencia de comunicación inalámbrica cercana y diferenciar las dos entre sí.
Si no se indica nada más explícitamente en el presente documento, se supone que la comunicación entre la pasarela y sus detectores y sensores asociados es la que se somete a interferencias intencionadas.
Técnica anterior
La detección de interferencias intencionadas de la técnica anterior existe en diferentes formas. Detectores, sensores y pasarelas normalmente se comunican a través de enlaces de radio o mediante otros medios inalámbricos. También pueden usarse señales de radio para comunicación con el centro de recepción de alarmas remoto. Como en todas las aplicaciones, las señales de radio son vulnerables a perturbaciones y, por supuesto, a intentos deliberados de interferencia intencionada.
El documento GB2457102 divulga una alarma que comprende un repetidor que se dispone para detectar una señal de interferencia intencionada y para transmitir una señal de alerta de interferencias intencionadas en una frecuencia distinta de una frecuencia interferida intencionadamente en el caso en el que se detecta una señal de interferencia intencionada.
Otra forma de tratar problemas de interferencias intencionadas se divulga en el documento RU2399095. El sistema en el documento RU2399095 comprende una pluralidad de microcélulas en una estructura jerárquica multinivel. El documento US2010/248667 A1 divulga sistemas de detección de interferencias intencionadas que calculan parámetros estadísticos tales como media y varianza.
Sumario de la invención
La invención se define mediante las reivindicaciones independientes. En las reivindicaciones dependientes se exponen realizaciones preferidas.
Una ventaja de un sistema de alarma con un método de la presente invención de acuerdo con la reivindicación 1 es que pueden detectarse las interferencias intencionadas antes y con mayor precisión.
El método facilita la diferenciación entre interferencia de frecuencia de radio que se origina desde un interferente e interferencia de frecuencia de radio que se origina desde un sistema inalámbrico adyacente.
Una característica de la presente invención es que una interferencia no intencionada desde otros sistemas inalámbricos benignos puede diferenciarse de interferencias intencionadas de RF maliciosas. Esta diferenciación resultará finalmente en un descenso del número de falsa alarmas. La presente invención proporciona un método de detección de interferencias intencionadas de sistemas de alarma intrusos o interferencias intencionadas de otros sistemas inalámbricos. El método es particularmente ventajoso para tales sistemas porque puede reducirse el número de falsas alarmas debido a la detección de interferencia desde otros sistemas inalámbricos sin reducir el número de
alarmas verdaderas, es decir, alarmas debido a la detección de interferencia desde un dispositivo interferente intencionado.
La presente invención proporciona una forma para detectar y diferenciar una interferencia de radio que se origina desde un dispositivo interferente intencionado, un así denominado interferente, de una interferencia que se origina desde un sistema inalámbrico cercano. Cuando se detecta un estado de interferencia intencionada puede generarse una alarma. Una alarma o señal de alarma también puede reenviarse a una estación de supervisión central en la que pueden tomarse acciones adicionales en una respuesta al estado de interferencia intencionada.
Los interferentes usados hoy en día se basan en generadores de ruido. Estos interferentes generan un ruido de banda ancha. Modelos más avanzados pueden usar filtrado para interferir intencionadamente únicamente partes del espectro - pero aún están usando ruido para interferir intencionadamente el sistema. Ya que por definición el ruido será aleatorio, exhibirá un alto grado de varianza alrededor de una media constante.
Midiendo de forma continua la intensidad de señal de recibida, un así denominado indicador de intensidad de señal recibida (RSSI), y calculando repetidamente la media y la varianza de la señal durante un número predeterminado de las últimas medidas de intensidad de señal de recibida, se tendrían todos los datos necesarios para diferenciar entre ruido y señal. Si el promedio y la varianza son "altos", hay un interferente presente, si el promedio es alto pero la varianza baja, hay presente una portadora. El hecho de que haya presente una portadora se considera equivalente al hecho de que un sistema inalámbrico cercano está presente y está transmitiendo.
Una ventaja de la invención es que el número de falsas alarmas disminuirá facilitando que un operador de alarmas decida enviar un vigilante y cuándo no, disminuyendo el tiempo y dinero gastado en falsas alarmas.
Estudiando el promedio y la varianza de RSSI es una buena estimación sobre si la señal recibida se está originando desde una instalación cercana o desde un dispositivo interferente intencionado, ya que las señales del dispositivo interferente intencionado y las ondas portadoras desde una instalación cercana normalmente tienen diferentes características.
Breve descripción de los dibujos
Ahora se describirán las realizaciones no limitantes de la invención haciendo referencia a las figuras en las que:
La Figura 1 muestra un diagrama esquemático de un módulo de recepción de radio de acuerdo con técnica anterior. La Figura 2 muestra un diagrama de flujo de un método para diferenciar si un indicador de intensidad de señal alta recibida se provoca por un interferente o se provoca por una transmisión que se origina desde un sistema inalámbrico cercano.
La Figura 3 muestra un diagrama de bloques esquemático de un sistema inalámbrico.
La Figura 4 muestra un diagrama de bloques esquemático de un detector de interferente/portadora.
Descripción detallada
En la detección de interferencias intencionadas, normalmente es beneficioso detectar interferencias intencionadas pronto y de forma precisa. La presente invención proporciona un método y un sistema para diferenciar entre un interferente y un sistema inalámbrico adyacente o un entorno de estado de radio similar, resultando por lo tanto en una detección de interferencias intencionadas más precisa.
La precisión de un detector de interferencias intencionadas podría estimarse estudiando las dos medidas llamadas "sensibilidad" y "especificidad". La sensibilidad o "tasa positiva verdadera" es una medida de la proporción de positivos que se identifican correctamente como tales, es decir, el porcentaje de señales de interferencia intencionada verdaderas que se identifican correctamente como tales. La especificidad o "tasa negativa verdadera" es una medida de la proporción de negativos que se identifican correctamente como tales, es decir, el porcentaje de ruido y señales de interferencia que no proceden de un interferente, que se identifican correctamente como que no son señales de interferencia intencionada.
Para operadores de sistemas de alarma, existe una interrelación entre estos valores porque es deseable detectar interferencias intencionadas (alta sensibilidad), pero también es deseable limitar el número de falsos positivos, ya que estos aumentarán costes, sin añadir valor. Un número alto de falsos positivos también pueden reducir la confianza en el sistema entre clientes.
Una forma de reducir la tasa de falsos positivos es seleccionar una interferencia que se origina desde sistemas de alarma domésticos adyacentes o instalaciones similares. Los interferentes usados hoy en día normalmente se basan en generadores de ruido. Estos interferentes generan un ruido de banda ancha. Modelos más avanzados pueden usar filtrado para interferir intencionadamente únicamente partes del espectro - pero la mayoría aún están usando ruido para interferir intencionadamente el sistema. Ya que por definición el ruido será aleatorio, exhibirá un alto grado de varianza alrededor de una media constante. Una transmisión regular desde un sistema de alarma no exhibirá esas
características de ruido, en su lugar habrá una varianza baja. Aunque el promedio puede aún ser alto, dependiendo de la distancia al sistema cercano y la potencia transmitida.
De acuerdo con la realización divulgada, los datos de promedio y varianza de intensidad de señal se usan para distinguir entre portadoras y ruido. Adicionalmente, pueden usarse para supervisar o bien de forma continua o bien de forma intermitente posibles interferencias intencionadas y señales vecinas no maliciosas. El método comprende etapas para determinar los valores del promedio y la varianza de la energía de frecuencia de radio recibida, o RSSI, en ese ancho o anchos de banda particulares usados para comunicación. Si los valores de promedio y varianza son ambos "altos", existe una probabilidad alta de que esté presente un interferente y un estado de interferencia intencionada. Si el promedio es alto pero la varianza es baja, existe una probabilidad alta de que esté presente una portadora. Los cuatro casos de uso se resumen en la tabla a continuación:
Tabla señal
Por lo tanto, realizaciones de la presente invención proporcionan métodos de detección de una señal de interferencia y clasificación del origen de la señal de interferencia en una de dos o más clases. En la presente realización, el método comprende las siguientes etapas:
- medir repetidamente (201) un indicador de intensidad de señal recibida (RSSI) de una señal recibida;
- calcular repetidamente un valor promedio (205) del indicador de intensidad de señal recibida durante un primer periodo de tiempo;
- calcular repetidamente un valor de varianza (210) del indicador de intensidad de señal recibida durante un segundo periodo de tiempo, solapando dicho segundo periodo de tiempo al menos dicho primer periodo de tiempo;
- comparar el valor promedio calculado (215) con un valor promedio de umbral predeterminado;
- comparar el valor de varianza calculado (220) con un valor de varianza de umbral predeterminado;
- clasificar la señal en una de dos o más clases (235) basándose en las comparaciones (215, 220) durante periodos de tiempo solapantes, siendo una clase indicativa de un estado de interferencia intencionada.
Las clases son preferentemente las clases definidas en la Tabla 1, es decir, "Portadora débil", "Ruido", "Portadora" e "Interferente". Las clases pueden ser como alternativa "Interferente" y "No interferente". La clase "Interferente" corresponde a un estado de interferencia intencionada.
La Figura 1 muestra un diagrama esquemático de una porción de recepción de radio de un sistema inalámbrico de acuerdo con la técnica anterior. El sistema está configurado para proporcionar un así denominado indicador de señal de intensidad recibida. Una antena 101 se conecta a un amplificador de bajo ruido 105. La salida del amplificador de bajo ruido 105 se conecta a un mezclador 110. El mezclador también recibe una entrada desde un oscilador local 115. La salida del mezclador se filtra por un filtro 120 y se alimenta a un amplificador 125. La salida desde el amplificador 125 se alimenta a un filtro de canal 130. La salida desde el filtro de canal 130 se alimenta a un detector 135. La salida desde el detector 135 se alimenta a un demodulador 140. La salida 145 desde el demodulador puede incluir un indicador de intensidad de señal recibida.
La Figura 2 muestra un diagrama de flujo de un método para diferenciar si un indicador de intensidad de señal alta recibida se provoca por un interferente o se provoca por una transmisión que se origina desde un sistema inalámbrico cercano e inofensivo. El método comprende las siguientes etapas:
- Proporcionar 201 una señal de RSSI representativa de la intensidad de señal de recibida de la banda de frecuencia estudiada;
- Proporcionar 207 un primer tamaño de ventana representativo de la ventana de tiempo de señal de RSSI a usar para producir valores del promedio de señal de RSSI;
- Producir 205 un promedio de señal de RSSI, basándose en la señal de RSSI, y representativo de un promedio móvil creado con la ayuda del primer tamaño de ventana;
- Proporcionar 212 un segundo tamaño de ventana representativo de la ventana de tiempo de señal de RSSI a usar para producir valores de la varianza de señal de RSSI;
- Producir 210 una varianza de señal de RSSI, basándose en la señal de RSSI, y representativa de una varianza móvil creada con la ayuda del segundo tamaño de ventana;
- Proporcionar 217 un umbral para el promedio de RSSI, por encima del cual es altamente probable que un sistema cercano o interferente está emitiendo energía de frecuencia de radio en la banda de frecuencia estudiada;
- Comparar 215 el promedio de señal de RSSI con el umbral proporcionado para el promedio;
- Proporcionar 218 un umbral de varianza para la varianza de RSSI, por encima del cual es altamente probable que sea un interferente cercano quien está emitiendo energía de frecuencia de radio en la banda de frecuencia estudiada, pero por debajo del cual es altamente probable que cualquier energía de frecuencia de radio emitida en la banda de frecuencia estudiada se origine desde un sistema inalámbrico cercano.
- Comparar 220 la varianza de señal de RSSI con el umbral proporcionado para la varianza;
- Decidir 235 basándose en las comparaciones 215, 220 si un interferente está activo.
Los umbrales de valores de varianza y promedio se predeterminan y establecen dependiendo de las condiciones de señal de radio en el entorno del sistema inalámbrico. El valor de promedio predeterminado se establece normalmente a un nivel en el que estará el RSSI de un sistema inalámbrico estándar. El valor de varianza predeterminado se establece normalmente a un nivel en cierto modo más alto que donde está presente una portadora estándar.
La Figura 3 muestra un diagrama de bloques esquemático de un sistema inalámbrico de acuerdo con una realización de la presente invención. Una antena 302 se conecta a un transceptor de unidad de radio TXU 305, tal como, por ejemplo, Ti 1121 de Texas Instruments. El transceptor de unidad de radio 305 se conecta a un procesador, preferentemente una unidad de microcontrolador MCU 310. La unidad de microcontrolador MCU está configurada para ordenar a la unidad de transceptor TXU que proporcione un primer flujo de valores instantáneos de indicador de intensidad de señal recibida (RSSI) a la unidad de microcontrolador 310.
Además, el microcontrolador 310 está configurado para proporcionar un segundo flujo de valores, cada valor calculado como un promedio de un número predeterminado de los últimos valores del primer flujo. El microcontrolador 310 está configurado adicionalmente para proporcionar un tercer flujo de valores, cada valor calculado como un valor que corresponde a o que es la varianza del primer flujo.
El microcontrolador 310 está configurado adicionalmente para decidir, basándose en el segundo y tercer flujo de valores, si un dispositivo interferente intencionado está activo. Preferentemente, la decisión se basa en si el promedio es alto al mismo tiempo que la varianza es alta, como puede observarse en la Tabla 1 anterior.
La Figura 4 muestra un diagrama de bloques esquemático de un detector de interferente-portadora. Una unidad de fuente de RSSI 405 se conecta a una unidad calculadora de promedio de RSSI 410 para proporcionar un flujo de valores de RSSI. La unidad de fuente de RSSI 405 también proporciona valores de RSSI a una unidad calculadora de varianza de RSSI 415. La unidad calculadora de promedio de RSSI 410 está configurada para producir un flujo de valores promedio de RSSI, en cada momento representativo del RSSI promedio tomado durante una primera ventana de tiempo deslizante que incorpora un primer número predeterminado de las últimas muestras de la señal de RSSI.
La unidad calculadora de varianza de RSSI 415 está configurada para producir un flujo de valores de varianza de RSSI, en cada momento representativo de la varianza del flujo de valores de RSSI tomados durante una segunda ventaja de tiempo deslizante que incorpora un segundo número predeterminado de las últimas muestras de la señal de RSSI. En diversas realizaciones, la primera y segunda ventanas de tiempo deslizante son idénticas.
Cada valor del flujo de valores promediados se compara con un valor umbral promedio predeterminado en una unidad comparadora de promedios 420. Cada valor del flujo de valores de varianza se compara con un valor umbral de varianza predeterminada en una unidad comparadora de varianzas 425. El resultado de las comparaciones en la unidad comparadora de promedios 420 y en la unidad comparadora de varianzas 425 se alimentan a una unidad de módulo de decisión 430. La unidad de módulo de decisión 430 está configurada para proporcionar, basándose en el resultado de las comparaciones, una clasificación que indica si la señal recibida pertenece a una de las siguientes clases:
- Clase 1: hay presente una señal de interferencia intencionada, o
- Clase 2: hay presente energía de frecuencia de radio que se origina desde un sistema inalámbrico cercano benigno;
- Clase 3: no hay presente ni ningún interferente ni ningún sistema inalámbrico cercano benigno enviando activamente.
También puede proporcionarse una alternativa adicional, tal como una indicación de que, basándose en la energía de frecuencia de radio recibida, no es posible proporcionar una clasificación definitiva.
El resultado de clasificación se usa preferentemente para tomar una decisión sobre generar una señal de alarma y/o enviar una señal de alarma a un centro de recepción de alarmas remoto o esperar y ver cómo se desarrolla la energía recibida.
Claims (5)
1. Un método de detección de una señal de interferencia y clasificación del origen de la señal de interferencia en dos o más clases, comprendiendo el método las siguientes etapas:
- medir repetidamente (201) un indicador de intensidad de señal recibida (RSSI) de una señal recibida;
- calcular repetidamente un valor promedio (205) del indicador de intensidad de señal recibida durante un primer periodo de tiempo;
- calcular repetidamente un valor de varianza (210) del indicador de intensidad de señal recibida durante un segundo periodo de tiempo, solapando dicho segundo periodo de tiempo al menos dicho primer periodo de tiempo; - comparar el valor promedio calculado (215) con un valor promedio de umbral predeterminado;
- comparar el valor de varianza calculado (220) con un valor de varianza de umbral predeterminado;
- clasificar la señal en una de dos o más clases (235) basándose en las comparaciones (215, 220) durante periodos de tiempo solapantes, siendo una clase indicativa de un estado de interferencia intencionada, y en donde el método se caracteriza por la etapa de
- clasificar la señal recibida como una señal de interferencia intencionada cuando el valor promedio excede el valor promedio de umbral predeterminado y el valor de varianza excede el valor de varianza de umbral predeterminado.
2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende adicionalmente calcular el valor promedio y el valor de varianza durante el mismo periodo de tiempo.
3. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde clasificar la señal recibida en dos o más clases puede incluir las dos clases "Interferente" y "No Interferente", o más preferentemente las cuatro clases "Ruido", "Portadora", "Portadora débil" e "Interferente", en donde la clase "Interferente" corresponde a un estado de interferencia intencionada.
4. Un sistema de alarma para detectar un posible estado de interferencia intencionada, comprendiendo el sistema:
- una antena;
- un transceptor;
- un procesador;
en donde el sistema está configurado para:
- medir repetidamente (201) un indicador de intensidad de señal recibida (RSSI) de una señal recibida;
- calcular repetidamente un valor promedio (205) del indicador de intensidad de señal recibida durante un primer periodo de tiempo;
- calcular repetidamente un valor de varianza (210) del indicador de intensidad de señal recibida durante un segundo periodo de tiempo, solapando dicho segundo periodo de tiempo al menos dicho primer periodo de tiempo; - comparar el valor promedio calculado (215) con un valor promedio de umbral predeterminado;
- comparar el valor de varianza calculado (220) con un valor de varianza de umbral predeterminado;
- clasificar la señal en una de dos o más clases (235) basándose en las comparaciones (215, 220) durante periodos de tiempo solapantes, siendo una clase indicativa de un estado de interferencia intencionada, en donde el sistema está configurado adicionalmente para clasificar la señal recibida como una señal de interferencia intencionada cuando el valor promedio excede el valor promedio de umbral predeterminado y el valor de varianza excede el valor de varianza de umbral predeterminado.
5. El sistema de la reivindicación 4 que comprende adicionalmente:
- una fuente de RSSI;
- una unidad calculadora de promedio de RSSI (410) para calcular un promedio de RSSI;
- una unidad calculadora de varianza de RSSI (415) para calcular una varianza de RSSI
- una unidad comparadora de promedios (420) para comparar un promedio de RSSI con un primer umbral;
- una unidad comparadora de varianzas (425) para comparar un promedio de RSSI con un segundo umbral; - una unidad de módulo de decisión (430) para decidir una clase basándose en las comparaciones.
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