李新

摘 ?要： 風(fēng)險評價模型是保證無線移動通信系統(tǒng)安全的一種重要技術(shù)，針對當(dāng)前無線移動通信系統(tǒng)風(fēng)險評價正確率低，評價耗時長等缺陷，設(shè)計基于人工智能算法的無線移動通信系統(tǒng)風(fēng)險評價模型。首先，對無線移動通信系統(tǒng)風(fēng)險評價的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析，建立無線移動通信系統(tǒng)風(fēng)險評價指標(biāo)體系;然后，根據(jù)無線移動通信系統(tǒng)風(fēng)險評價指標(biāo)體系收集學(xué)習(xí)樣本，并采用人工智能算法優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建無線移動通信系統(tǒng)風(fēng)險評價模型;最后，進(jìn)行無線移動通信系統(tǒng)風(fēng)險評價仿真對比測試。結(jié)果表明，人工智能算法的無線移動通信系統(tǒng)風(fēng)險評價正確率超過95%，評價誤差小于其他模型，而且無線移動通信系統(tǒng)風(fēng)險評價時間明顯減少，實時性能更好，具有更高的實際應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞： 風(fēng)險評價; 無線移動通信系統(tǒng); 人工智能算法; 風(fēng)險評價模型; 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化; 研究現(xiàn)狀分析

中圖分類號： TN919?34; TP391 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號： 1004?373X（2020）01?0012?04

Wireless mobile communication system risk assessment

based on artificial intelligence algorithm

LI Xin

Abstract： Risk assessment model is an important technology to ensure the security of wireless mobile communication system. To deal with the defects of low accuracy and long time?consumption of risk evaluation in current wireless mobile communication system， a risk assessment model based on artificial intelligence algorithm is designed for wireless mobile communication system. Firstly， the research status of risk assessment for wireless mobile communication system at home and abroad is analyzed and the risk evaluation index system for wireless mobile communication system is established. Then， learning samples are collected according to the risk evaluation index system for wireless mobile communication system， and the artificial intelligence algorithm is adopted to optimize the neural network for the construction of risk evaluation model for wireless mobile communication system. Finally， the simulation and comparative test of risk assessment for wireless mobile communication system is implemented. The results show that the accuracy rate of wireless mobile communication system risk assessment model based on artificial intelligence algorithm is over 95%， and its evaluation error is less than other models. Moreover， the duration of risk assessment for wireless mobile communication system is obviously shortened and its real?time performance is better. Therefore， it has higher practical application value.

Keywords： risk assessment; wireless mobile communication system; artificial intelligence algorithm; risk assessment model; neural network optimization; research status analysis

0 ?引 ?言

在無線移動通信系統(tǒng)的工作過程中，有許多因素會影響其安全，對通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，如非法入侵、隱私數(shù)據(jù)的竊取等，使其存在許多潛在的危險，而風(fēng)險評價可以對無線移動通信系統(tǒng)存在的安全問題進(jìn)行預(yù)先估計，因此需要建立正確率高的無線移動通信系統(tǒng)風(fēng)險評價模型[1?3]。

無線移動通信系統(tǒng)風(fēng)險評價的研究可以劃分為3個階段：初始階段為人工階段，一些相關(guān)的專家根據(jù)自己的經(jīng)驗對無線移動通信系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，然后根據(jù)自己的經(jīng)驗得到無線移動通信系統(tǒng)風(fēng)險等級，該方法耗時長，評價正確率低，風(fēng)險評價結(jié)果具有一定的盲目性[4?6]。第二個階段為線性的無線移動通信系統(tǒng)風(fēng)險評價模型，通過引入灰色模型、聚類分析等對無線移動通信系統(tǒng)的狀態(tài)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行灰色分析或者聚類分析，該類方法認(rèn)為無線移動通信系統(tǒng)風(fēng)險呈線性的變化特點，使得無線移動通信系統(tǒng)風(fēng)險評價結(jié)果不穩(wěn)定，而且無線移動通信系統(tǒng)風(fēng)險有一定隨機(jī)性變化特點，評價錯誤率較高[7?9]。第三個階段為非線性的無線移動通信系統(tǒng)風(fēng)險評價模型主要采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型等[10?12]，它們可以描述無線移動通信系統(tǒng)風(fēng)險的多種變化特點，如非線性、隨機(jī)性、動態(tài)性等。非線性的無線移動通信系統(tǒng)風(fēng)險評價結(jié)果比其他階段的模型更優(yōu)，尤其是BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的性能最優(yōu)，在無線移動通信系統(tǒng)風(fēng)險評價中應(yīng)用最為廣泛。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的無線移動通信系統(tǒng)風(fēng)險評價正確率與初始連接權(quán)值有直接聯(lián)系[13?15]。

針對BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于無線移動通信系統(tǒng)風(fēng)險評價中的參數(shù)優(yōu)化問題，設(shè)計基于人工智能算法的無線移動通信系統(tǒng)風(fēng)險評價模型，并與其他無線移動通信系統(tǒng)風(fēng)險評價模型進(jìn)行了對比測試。

1 ?相關(guān)理論

1.1 ?BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

設(shè)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入數(shù)據(jù)為[X=（X1，X2，…，Xn）T]，[n]表示輸入層神經(jīng)元的節(jié)點數(shù)，相應(yīng)的輸出數(shù)據(jù)為[O=（O1，O2，…，Om）T]，[m]表示輸出層神經(jīng)元的節(jié)點數(shù)，[Wij]和[Wjk]分別為隱含層和輸出層的連接權(quán)重，對于第[i]層輸入分量[Xi]，隱含層和輸出層相應(yīng)的輸出可以表示為：

[Yo=f（XiW）] （1）

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練步驟如下：

1） 隨機(jī)初始化權(quán)值[Wij]和[Wjk]，它們的值一定不能相同，通常范圍為（-1.0，1.0），對于樣本（[Xp]，[Yp]），其輸出值為[Op]。

2） 計算[Op]和[Yp]之間的誤差，根據(jù)誤差調(diào)整權(quán)值矩陣，對于第[p]個樣本，可以得到：

[Ep=12j=1m（ypj-opj）2] ?（2）

全部樣本的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)誤差計算公式為：

[E=l=1sEpl] ?（3）

式中[s]為樣本數(shù)目。

極小化[E]過程可以看作是一個優(yōu)化問題，采用最速下降法對權(quán)值矩陣進(jìn)行調(diào)整，即：

[Wjk=Wjk+ΔWjk=Wjk+αO（1.0-Ok）（Yk-Ok）Oj] ?（4）

[Wij=Wij+ΔWij=Wij+αOj（1.0-Oj）Oi·k1=1hk2=1mWk1k2Oj+1，k2（1.0-Oj+1，k2）（Yj+1，k2-Oj+1，k2）] ?（5）

式中[α]表示學(xué)習(xí)率。

傳統(tǒng)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的[Wij]和[Wjk]初始值采用隨機(jī)方式確定，使得BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的性能不穩(wěn)定，問題的求解無法得到最優(yōu)結(jié)果，因此本文引入人工智能算法中的粒子群優(yōu)化算法對[Wij]和[Wjk]初始值進(jìn)行尋優(yōu)確定。

1.2 ?人工智能算法

第[i]個粒子的位置向量為[xi=（xi1，xi2，…，xiD）]，其表示一組[Wij]和[Wjk]初始值，同時還有一個速度向量[vi=][（vi1，vi2，…，viD）]。粒子通過跟蹤個體和群體最優(yōu)位置進(jìn)行飛行方向的調(diào)整，具體為：

[vid（t+1）=ωvid（t）+c1r1（pid-xid（t））+c2r2（pgd-xid（t））] ? ? ?（6）

[xid（t+1）=xid（t）+vid（t+1）] （7）

式中：[t]為迭代次數(shù);[ω]為慣性權(quán)重。

2 ?人工智能算法的無線移動通信系統(tǒng)風(fēng)險評價模型

2.1 ?無線移動通信系統(tǒng)風(fēng)險評價指標(biāo)及風(fēng)險等級設(shè)置

由于無線移動通信系統(tǒng)風(fēng)險具有一定的隨機(jī)性，因此，無線移動通信系統(tǒng)風(fēng)險指標(biāo)構(gòu)建基于科學(xué)性、適用性、可操作性等原則，首先將無線移動通信系統(tǒng)風(fēng)險評價指標(biāo)劃分為兩類：人為風(fēng)險指標(biāo)體系和技術(shù)風(fēng)險指標(biāo)體系。技術(shù)風(fēng)險指標(biāo)體系劃分為：硬件設(shè)施、物理環(huán)境與保障、軟件設(shè)施等風(fēng)險子指標(biāo)體系，它們又可細(xì)分為具體的風(fēng)險指標(biāo)，如軟件設(shè)施風(fēng)險指標(biāo)細(xì)分為計算機(jī)操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議等指標(biāo);人為風(fēng)險指標(biāo)體系只包括管理者的風(fēng)險子指標(biāo)體系，其又可以細(xì)化，建立的層次型指標(biāo)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

根據(jù)無線移動通信系統(tǒng)風(fēng)險評價規(guī)范，其風(fēng)險等級可以設(shè)置為5級，具體值以及說明如表1所示。

2.2 ?基于人工智能算法的無線移動通信系統(tǒng)風(fēng)險評價步驟

1） 根據(jù)科學(xué)性、適用性、可操作性等原則，選擇無線移動通信系統(tǒng)風(fēng)險指標(biāo)。

2） 根據(jù)無線移動通信系統(tǒng)風(fēng)險指標(biāo)收集相應(yīng)的無線移動通信系統(tǒng)風(fēng)險評價數(shù)據(jù)。

3） 通過相關(guān)專家標(biāo)記無線移動通信系統(tǒng)風(fēng)險的等級。

4） 由于有的指標(biāo)需要量化處理，有的指標(biāo)需要進(jìn)行離散化處理，因此對指標(biāo)進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)處理，然后對預(yù)處理的值進(jìn)行縮放處理，具體如下：

[x′i=（xi-max）（max-min）] （9）

式中：max和min分別表示無線移動通信系統(tǒng)風(fēng)險指標(biāo)的最大值和最小值。

5） 選擇部分?jǐn)?shù)據(jù)組成無線移動通信系統(tǒng)風(fēng)險評價訓(xùn)練樣本集，輸入到BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，并初始化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)參數(shù)，如訓(xùn)練最小誤差、最大訓(xùn)練代數(shù)等。

6） 采用人工智能算法——粒子群優(yōu)化算法確定BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的初始連接權(quán)值。

7） 根據(jù)初始連接權(quán)值及相關(guān)參數(shù)進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的正向?qū)W習(xí)和誤差反向傳播，并通過梯度下降算法對權(quán)值進(jìn)行不斷調(diào)整，使訓(xùn)練誤差滿足預(yù)先設(shè)定的訓(xùn)練最小誤差范圍。

8） 通過上述步驟建立無線移動通信系統(tǒng)風(fēng)險評價模型，具體流程如圖2所示。

3 ?仿真測試

3.1 ?無線移動通信系統(tǒng)風(fēng)險評價數(shù)據(jù)源

為了測試本文設(shè)計的基于人工智能算法的無線移動通信系統(tǒng)風(fēng)險評價模型的性能，選擇無線移動通信系統(tǒng)一段時間風(fēng)險歷史數(shù)據(jù)作為研究對象。首先采集無線移動通信系統(tǒng)風(fēng)險評價指標(biāo)的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行一定的預(yù)處理，然后得到相應(yīng)的無線移動通信系統(tǒng)風(fēng)險等級值，由于篇幅有限，只顯示無線移動通信系統(tǒng)風(fēng)險值，如圖3所示。對圖3無線移動通信系統(tǒng)風(fēng)險的原始值進(jìn)行分析，可以清楚地知道，無線移動通信系統(tǒng)風(fēng)險變化不定，具有強(qiáng)烈的隨機(jī)性，但也有一定規(guī)律性變化特點，選擇最后50個數(shù)據(jù)作為驗證樣本，其他作為無線移動通信系統(tǒng)風(fēng)險評價的訓(xùn)練樣本。

3.2 ?本文模型的無線移動通信系統(tǒng)風(fēng)險評價結(jié)果分析

采用粒子群優(yōu)化算法確定BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的初始連接權(quán)值，然后得到本文模型的無線移動通信系統(tǒng)風(fēng)險評價結(jié)果如圖4所示。對圖4的無線移動通信系統(tǒng)風(fēng)險評價結(jié)果進(jìn)行分析可以看出，本文模型的無線移動通信系統(tǒng)風(fēng)險評價偏差相當(dāng)小，可以忽略不計，無線移動通信系統(tǒng)風(fēng)險評價正確率高，評價結(jié)果的可信度高，是一種可行的無線移動通信系統(tǒng)風(fēng)險評價模型。

3.3 ?與經(jīng)典無線移動通信系統(tǒng)風(fēng)險評價模型的性能比較

為了測試基于人工智能算法的無線移動通信系統(tǒng)風(fēng)險評價模型的優(yōu)越性，采用灰色模型、聚類分析、標(biāo)準(zhǔn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對相同數(shù)據(jù)集、在相同仿真環(huán)境進(jìn)行對比實驗，統(tǒng)計無線移動通信系統(tǒng)風(fēng)險評價正確率以及訓(xùn)練時間，具體如表2所示。從表2可以發(fā)現(xiàn)，本文基于人工智能算法的無線移動通信系統(tǒng)風(fēng)險評價模型的評價正確率超過了95%，經(jīng)典無線移動通信系統(tǒng)風(fēng)險評價模型的正確率均低于95%，而且本文模型的訓(xùn)練時間短于經(jīng)典無線移動通信系統(tǒng)風(fēng)險評價模型，加快了無線移動通信系統(tǒng)風(fēng)險評價速度。因此，本文模型的無線移動通信系統(tǒng)風(fēng)險評價結(jié)果更加理想。

4 ?結(jié) ?語

無線移動通信系統(tǒng)安全是當(dāng)前研究的熱點，為了解決當(dāng)前無線移動通信系統(tǒng)風(fēng)險評價存在的難題，設(shè)計了基于人工智能算法的無線移動通信系統(tǒng)風(fēng)險評價模型。結(jié)果表明，人工智能算法的無線移動通信系統(tǒng)風(fēng)險評價正確率超過95%，無線移動通信系統(tǒng)風(fēng)險評價訓(xùn)練速度快，是一種正確率高、結(jié)果可信度高、效率高的無線移動通信系統(tǒng)風(fēng)險評價建模工具。

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作者簡介：李 ?新（1981—），女，碩士，講師，主要研究方向為移動通信與無線技術(shù)。