收稿日期:2025-03-31
修回日期:2025-06-03
接受日期:2025-07-07
出版日期:2025-07-29
发布日期:2025-07-18
通讯作者:
赵长啸
基金资助:
Changxiao ZHAO1,2,3(
), Yulin FANG1, Kenian WANG2
Received:2025-03-31
Revised:2025-06-03
Accepted:2025-07-07
Online:2025-07-29
Published:2025-07-18
Contact:
Changxiao ZHAO
摘要:
无人机指挥控制(C2)链路的开放性使其易遭受非授信攻击,导致无人机失控、坠毁乃至恶意攻击第三方的风险,针对C2链路中拒绝服务(DoS)攻击风险,考虑实际检测数据集缺失条件,提出了一种基于具有多源特征融合能力的双向时间卷积网络(BiTCN)的攻击检测方法,基于网络数据与物理数据的信息特征融合构建检测数据集,通过时间戳对齐与前向填充,解决网络与物理数据的异步问题;实验基于完整数据集和数据缺失率为5%、15%、30%、40%、50%的数据集展开,利用BiTCN模型通过双向机制捕捉数据的前后文信息,完成特征提取和分类,实现对DoS攻击的检测。将所提方法在真实无人机攻击数据集上进行验证,结果表明:与纯网络数据和纯物理数据检测模型相比,该方法准确率(97.8%)、召回率(95.9%)、F1分数(97.8%)和AUC(0.997)均优于单一维度数据检测模型;与传统FNN、1D-CNN、LSTM、GRU检测模型相比,即使在40%的数据缺失情况下,所提方法仍能保持较高检测精度。
中图分类号:
赵长啸, 方玉麟, 汪克念. 基于BiTCN的无人机指挥控制链路DoS攻击检测方法[J]. 航空学报, 2026, 47(1): 332048.
Changxiao ZHAO, Yulin FANG, Kenian WANG. BiTCN-based DoS attack detection method for UAV command and control link[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2026, 47(1): 332048.
表1
网络特征及其含义
| 网络特征 | 特征含义 |
|---|---|
| frame.len | 捕获帧的长度 |
| wlan.ta | 发射器的MAC地址 |
| wlan.sa | 源MAC地址 |
| wlan.ra | 接收器的MAC地址 |
| wlan.da | 目标MAC地址 |
| wlan.bssid | 接入点的MAC地址 |
| wlan.duration | 无线介质上传输帧的时间 |
| wlan.seq | 帧的序列号 |
| wlan.fc.type | 帧控制类型 |
| wlan.fc.subtype | 帧控制字段的帧子类型 |
| wlan.flags | 无线局域网数据帧中的帧控制字段 |
| wlan.fcs | 无线局域网数据帧中的帧校验序列字段 |
| wlan.fcs.status | 帧校验序列的状态 |
| wlan.ccmp.extiv | 无线局域网数据帧中的CCMP加密协议的扩展初始化向量 |
| data.len | 数据包中数据部分的长度 |
| radiotap.hdr_length | Radiotap协议头的长度字段 |
| radiotap.signal_quality | Radiotap协议中的信号质量 |
| wlan_radio.datarate | 无线局域网数据帧的传输速率字段 |
| wlan_radio.channel | 无线局域网数据帧中无线射频的信道信息 |
| wlan_radio.SNR (db) | 无线局域网数据帧中无线射频的信噪比字段 |
| wlan_radio.preamble | 无线局域网数据帧中无线射频的前导码字段 |
| timestamp_c | 网络特征时间戳 |
表A1
BiTCN模型中参数的意义
| 参数 | 含义 | 计算意义 |
|---|---|---|
| 前向TCN分支在时间步t的输出张量 | 前向分支捕捉从过去到未来的时序依赖关系,为后续特征整合提供基础 | |
| 反向TCN分支在时间步t的输出张量 | 反向分支捕捉从未来到过去的时序依赖关系,为后续特征整合提供基础 | |
| 前向TCN分支的卷积核权重,k为卷积核中的偏移量 | 用于加权输入信息,提取时序特征,权重值反映模型对不同时间步输入的重视程度 | |
| 反向TCN分支的卷积核权重,k为卷积核中的偏移量 | ||
| 前向TCN分支的偏置项 | 用于调整卷积输出的偏移量,增强模型的拟合能力 | |
| 反向TCN分支的偏置项 | ||
| K | 卷积核大小,表示卷积操作覆盖的时间步数 | 控制模型的感受野,即模型能够捕捉的时间范围 |
| 拼接后的特征向量,包含前向和反向TCN分支的特征 | 模型计算的中间结果,通过整合双向特征,提供更全面的时序信息,增强模型对时序数据的表达能力 | |
| Dropout层的输出特征值 | 模型计算的中间结果,通过随机丢弃部分特征值,防止模型过拟合,提高泛化能力 | |
| p | Dropout概率,表示随机丢弃神经元的概率 | 控制正则化的强度 |
| d | 膨胀因子 | 通过引入膨胀因子来控制卷积核中相邻元素之间的间隔 |
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