通信学报

基于软件定义的时间敏感网络跨域调度机制

汪硕, 黄玉栋, 黄韬, 霍如, 刘韵洁

2021, 42(10): 1-9. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2021182

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针对时间敏感网络的跨域调度问题，提出了基于软件定义的时间敏感网络跨域调度机制。该机制基于3种广域时钟同步技术来保障纳秒级域间时间同步。提出了时隙无冲突跨域调度模型，解决了域间链路时延带来的时隙对齐问题，利用时隙无冲突约束严格限制跨域流量在边缘节点的到达时间，最终在线计算得到融合各域的全局调度门控列表。实验结果表明，在典型的跨域远程工控场景下，所提模型能调度上百条时间敏感流量，并具有可行的秒级逐流执行时间。

针对工业控制拓扑的确定性局部多点故障检测方法

梁若舟, 赵曦滨, 万海

2021, 42(10): 10-22. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2021202

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针对现有网络故障检测方法不能同时满足检测时间确定、检测开销低、多点故障检测能力及工业控制网络拓扑适应性等4种能力，提出了一种基于布尔网络测绘的时间敏感网络多点故障检测方法。该方法分为离线准备阶段和在线检测阶段。离线准备阶段，检测流生成算法基于网络拓扑生成一组检测流集合。该检测流集合对网络拓扑的边进行覆盖。在线检测阶段，检测包按照预定义路径周期性地从源节点发送到控制器。随后控制器根据每个检测包的到达状态来推断发生故障的链路。实验结果表明，与现有方法相比，所提方法能够在确定的时间内准确地识别出多个故障链路，并且生成的检测路径集更少，满足上述的4种能力。

结合SDN控制器的TSN周期性带宽预留值计算方法

苏建忠, 张华宇, 朱海龙

2021, 42(10): 23-31. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2021204

摘要 ( 326 )

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近年来，随着 TSN 技术的发展，其低时延、低抖动、最大时延可预测的优势可以很好地应用于自动驾驶技术以及工业互联网。针对TSN协议中带宽预留技术预留至多75%（经验值）带宽的问题，同时结合SDN的数据面和控制面的分离技术，提出一种结合TSN-SDN控制器，在控制器层面规划整个拓扑的预留计划和路径的预留方案。该方案同时提供2种计算具体预留带宽值的方法，计算方法在每一跳按照时隙预留相应的带宽值。仿真环境实验结果表明，在达到时延要求的基础之上，很好地控制抖动为 0，同时还可以分时隙利用带宽，为多条流同时保障带宽利用率。

基于SRv6的确定性网络服务共享保护方案

李硕朋, 方娟, 陈肯

2021, 42(10): 32-42. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2021203

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针对现有方法难以实现确定性网络的高效部署和服务保护的问题，提出基于SRv6的确定性网络服务保护架构，以实现确定性网络的高效管控与转发。在此架构下，设计了面向服务的确定性网络服务保护方案，对基于资源共享的服务保护策略进行了建模；设计了基于最短路径的启发式算法，通过共享备份路径带宽，优化了网络资源的利用率和时延。实验结果表明，相比于非共享算法，共享保护算法具有明显优势。

面向工业互联网的5G-U与时间敏感网络融合架构与技术

蔡岳平, 李栋, 许驰, 王振, 张潇文

2021, 42(10): 43-54. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2021161

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工业互联网是工业4.0的关键使能技术，而网络是工业互联网的基础。首先分析了典型工业互联网业务流量类型和需求，以及时间敏感网络（TSN）和5G-U作为工业互联网网络的适配性；接着探讨了5G-U与TSN融合的4种架构模式：5G-U作为TSN的网络、链路、网桥/交换机模式，及TSN作为5G-U承载网络模式；然后研究了5G-U与TSN融合的关键技术，包括时间同步平面的融合、数据平面流量QoS框架与可靠桥接机制的融合以及管控平面的融合；最后讨论了5G-U与TSN融合的研究挑战和发展趋势。

支持差异化可协商的数据通信机制

寇文龙, 李凤华, 董秀则, 曹晓刚, 耿魁, 李青

2021, 42(10): 55-66. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2021183

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针对云环境和物联网中存在海量、差异化的计算单元和终端设备，硬件资源和运算能力的差异对高可靠高性能的数据通信提出了新的挑战这一问题，提出了支持差异化可协商的数据通信机制。提出参数协商方法，发送端根据接收端能力不同进行参数协商，实现差异化、可协商的数据通信；设计重传反馈机制，发送端通过接收端反馈的数据接收情况动态调整发送速率和重传数据，提高通信效率和可靠性。实验结果表明，所提机制能够根据接收端能力差异，进行动态自适应、高效、并行通信。

加密去重场景下基于AONT和NTRU的密钥更新方案

贾春福, 哈冠雄, 武少强, 陈杭, 李瑞琪

2021, 42(10): 67-80. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2021187

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密钥更新是对抗密钥泄露的有效方法。现有加密去重系统大多基于消息锁加密实现，拥有相同数据的多个用户共享同一加密密钥，某一用户更新密钥时其他数据所有者需同步该更新，这将引起较大的计算和通信开销。针对这一问题，提出了一种基于AONT和NTRU的密钥更新方案，设计了一个AONT的变体以解决多用户密钥更新时的同步问题，引入了一种基于NTRU的代理重加密方案以降低密钥更新过程中的系统通信开销和客户端计算开销。效率分析与实验结果表明，所提方案与现有方案相比具有更高的加解密效率，显著降低了密钥更新过程中的时间开销。

云计算中基于时间和隐私保护的可撤销可追踪的数据共享方案

张嘉伟, 马建峰, 马卓, 李腾

2021, 42(10): 81-94. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2021206

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传统的密文策略属性基加密方案为云计算数据共享服务提供细粒度访问控制功能的同时，其访问策略中的明文属性会导致隐私和敏感数据泄露，而且根据恶意用户泄露的解密密钥对其进行高效追踪并撤销是一个挑战性问题，同时，大多数现有可撤销方案中都存在着撤销列表过长、效率过低等缺陷。针对这些问题，基于密文策略属性基加密方法，提出一种可撤销可追踪的基于时间并具有隐私保护的云数据共享方案。通过隐藏访问策略的属性值，所提方案支持单调且部分隐藏的访问策略和大规模属性空间，并使用层级的基于身份加密技术设置用户密钥有效期从而实现基于时间限制的数据访问控制。在此基础上，利用白盒追踪和二叉树技术，所提方案实现了高效的用户追踪和具有较短用户撤销列表的直接用户撤销，并使用在线/离线和可验证外包解密技术提高整体效率。最后，在判定性q-BDHE假设下，所提方案被证明是安全的。理论分析和实验结果显示，所提方案在时间和存储开销方面具有较高的性能。

毫米波MIMO系统中基于自适应梯度算法的混合预编码

张煜, 张治, 董晓岱

2021, 42(10): 95-105. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2021207

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为了降低毫米波MIMO系统中现有交替最小混合预编码算法和基于动量梯度下降的在线学习混合预编码方案的复杂度，针对单用户通信场景，重新考虑混合预编码器的设计问题，提出一种等效的单隐藏层神经网络架构。在该架构下，数字预编码矩阵和模拟预编码矩阵的每一个组成元素可等效为单隐藏层神经网络的连接权值，其最优解可通过神经网络中的权值训练方法获得。在此基础上，结合反向传播算法，提出一种基于自适应梯度反向传播的混合预编码机制。进一步地，将所提算法扩展到多用户通信场景。仿真结果表明，在单用户场景和多用户场景下，所提算法可实现的频谱效率均接近全数字预编码，同时复杂度低于现有的基于交替最小的混合预编码算法和基于动量梯度下降的在线学习混合预编码方案。

语义引导的遮挡行人再识别注意力网络

任雪娜, 张冬明, 包秀国, 李冰

2021, 42(10): 106-116. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2021184

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为了解决遮挡场景下行人再识别的特征不对齐、错误匹配的问题，提出了一种语义引导对齐的注意力网络（SGAN）对齐行人的不同部分。SGAN 以行人的语义掩膜作为监督信息，通过全局语义引导和局部语义引导提取行人的全身和局部特征，并根据人体不同部分的可见性动态调整模型训练。在推理阶段，依据注意力模型获得局部区块的可见性，利用共享可见的人体部分的匹配策略自适应地对特征进行相似度的计算。实验结果表明， SGAN能够容忍一定的遮挡，它的准确率不仅在全身数据集上优于大多数先进模型，在2个较大规模的复杂遮挡数据集Occluded-DukeMTMC和P-DukeMTMC-reID上也优于现有的行人再识别方法。

基于Telemetry架构的数据中心网络纳秒级时间同步

张千里, 张超凡, 王继龙, 唐翔宇, 沈钲晨, 王会

2021, 42(10): 117-129. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2021147

摘要 ( 303 )

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为了解决传统的局部时间同步架构与集中式管理脱节、需要额外交互开销、时间数据较少易受离群值影响等问题，针对数据中心网络的高精准时间同步需求，提出了基于 Telemetry 架构的纳秒级时间同步系统。该系统借助数据中心的背景流量收集时间信息，结合离群因子检测算法对汇报上来的大量时间信息进行分析处理，达成一种集中式的纳秒级自动同步，便于后续全局网络调度。所提系统在可编程交换机上实现并进行了评估，结果显示在多跳之间及不同链路速率下，节点间均可以达到纳秒级的高精准时间同步。

融合注意力胶囊的深度因子分解机模型

顾亦然, 姚朱鹏, 杨海根

2021, 42(10): 130-139. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2021185

摘要 ( 197 )

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针对深度学习中推荐模型特征组合单一、消解大量有价值特征信息以及过拟合等问题，设计了一种新型的注意力得分机制——注意力胶囊，提出了一种融合注意力胶囊的深度因子分解机模型。基于DeepFM模型，将用户历史点击行为与候选物品进行权重计算，降低了无关特征对模型的影响，充分挖掘了不同历史行为对用户兴趣的差异性影响。训练过程中加入自适应正则化式，在不影响训练速度的前提下，有效地减少了过拟合。在2个公开数据集上进行对比实验，实验结果表明，所提模型相对于其他模型在损失函数和GAUC上均有明显提升。

基于区块链的多用户环境中公钥可搜索加密方案

郑东, 朱天泽, 郭瑞

2021, 42(10): 140-152. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2021130

摘要 ( 381 )

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为了满足多用户环境中数据安全共享的需求，提出了一种支持一对多模式的公钥可搜索加密方案。具体地，数据拥有者执行一次加密算法可以指定多位用户对密文进行检索，实现更加灵活的密文数据共享。此外，还设计了具体的文件加密密钥传递算法，确保用户在检索到密文后能够正确解密并获取明文。结合区块链技术，利用智能合约执行检测算法保证了检索结果的正确性。在安全性方面，基于判定性双线性 Diffie-Hellman 假设和修改的判定性双线性 Diffie-Hellman 假设，证明了在随机谕言机模型下所提方案满足密文关键词不可区分性和陷门信息不可区分性的安全要求，并且可以抵御内部关键词猜测攻击。最后，使用 jPBC 密码库对所提方案与现有相关方案进行仿真模拟，测试结果表明所提方案具有较高的计算效率。

大规模MIMO-TRDMA系统中的改进SOR信号检测算法

王明月, 李方伟, 景小荣, 张海波, 熊军洲

2021, 42(10): 153-161. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2021205

摘要 ( 180 )

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在大规模多输入多输出时间反演多址（MIMO-TRDMA, multiple-input multiple-output time-reversal division multiple access）系统中，传统的线性最小均方误差（MMSE, minimum mean square error）算法可获得近似最佳的检测性能。但是，MMSE检测算法所需的矩阵求逆计算复杂度过高，无法确保信号检测的实时处理。针对这一问题，提出一种改进的连续超松弛（SOR, successive over-relaxation）信号检测算法。所提算法通过更新求解线性方程组，避免复杂的矩阵求逆计算；同时，采用最陡下降的思想提高 SOR 更新的搜索效率，以加快收敛速度和提高检测性能。仿真结果表明，所提算法能以较少的更新次数获得与传统 MMSE 算法相当的近似最佳性能，而计算复杂度数量级从O(M³)降低到O(M²)。

基于关联信息提取的恶意域名检测方法

张斌, 廖仁杰

2021, 42(10): 162-172. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2021181

摘要 ( 275 )

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为提高基于域名关联信息的恶意域名检测准确率，提出了一种基于域名解析信息与请求时间相结合的恶意域名检测方法。首先，将域名解析记录表示为异质信息网络中的节点和边，以同时表征异质域名数据获得较高的域名信息利用率；其次，为避免采用稀疏邻接矩阵相乘操作提取关联信息时间复杂度较高的问题，提出了一种基于元路径的广度优先网络遍历算法，提高关联解析信息提取效率；针对弱连接域名由于缺少关联解析信息而漏检的问题，引入请求时间刻画域名之间相关性，提高检测样本覆盖率；最后，设计权重自适应的域名表示学习算法，将域名关联解析信息和关联请求时间信息向量化，通过域名特征向量之间的欧氏距离量化域名之间关联性，进而构建有监督分类器进行恶意域名检测。理论分析和实验结果表明，所提方法具有较高的域名关联信息提取效率，所得检测覆盖率和F1分数分别为97.7%和0.951。

基于NLP的文本相似度检测方法

代晓丽, 刘世峰, 宫大庆

2021, 42(10): 173-181. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2021192

摘要 ( 506 )

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针对当前的文本相似度检测方法忽略文档结构信息、缺乏语义关联性的问题，提出了面向文本的相似度检测方法。首先，采用层次分析法（AHP）计算词语位置权重以提取特征词。其次，引入 Pearson 相关系数度量词语间的语义关联，并将其作为广义 Dice 系数的权重计算相似度。实验表明，所提方法在提高特征词提取的精确度、相似度计算结果的准确率方面表现良好。

基于分圆陪集的量子BCH码的构造

邢莉娟, 李卓

2021, 42(10): 182-188. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2021194

摘要 ( 181 )

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量子纠错码是克服量子消相干的主要手段，是实现量子计算机的关键技术。量子 BCH 码可以利用满足特定关系的经典码构造。首先推导了选择分圆陪集的一般性方法，给出了计算每一个分圆陪集包含元素个数的充要条件。然后给出了有限域F_q上利用CSS构造和Steane构造来构造量子BCH码的方法。最后将该方法扩展到有限域F_q²上，给出了利用Hermitian构造来构造量子BCH码的方法。与已有的结果相比，所提方法具有更好的码参数和更高的最小距离下界，可以得到大量新的量子 BCH 码。此外，所提方法还可以得到一类任意域上的量子最大距离可分码。

混合智能反射表面结构辅助的毫米波通信信道估计

傅友华, 陈栋

2021, 42(10): 189-196. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2021197

摘要 ( 339 )

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为应对毫米波通信加入智能反射表面（IRS）进行辅助通信导致系统变复杂难以获得信道状态信息（CSI）这一挑战，采用了混合智能反射表面结构，即IRS由大量无源元件和有限的射频（RF）链构成，其中有限的RF链用来估计基站/终端和IRS之间的信道。基于该结构，提出一种信道估计方案。该方案根据有限的RF链，首先使用一种改进的多信号分类算法对信道的离开角和到达角同时进行估计，然后提出一种复数并联深度神经网络对路径增益进行估计。通过将所提方案和其他方法进行仿真比较，证明了所提方案的优越性。

面向正常拟合迁移学习模型的成员推理攻击

陈晋音, 上官文昌, 张京京, 郑海斌, 郑雅羽, 张旭鸿

2021, 42(10): 197-210. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2021209

摘要 ( 331 )

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针对现有成员推理攻击（MIA）在面向正常拟合迁移学习模型时性能较差的问题，对迁移学习模型在正常拟合情况下的 MIA 进行了系统的研究，设计异常样本检测获取容易受攻击的数据样本，实现对单个样本的成员推理攻击。最终，将提出的攻击方法在 4 种图像数据集上展开攻击验证，结果表明，所提 MIA 有较好的攻击性能。例如，从VGG16（用Caltech101预训练）迁移的Flowers102分类器上，所提MIA实现了83.15%的成员推理精确率，揭示了在迁移学习环境下，即使不访问教师模型，通过访问学生模型依然能实现对教师模型的MIA。

工业互联网感知通信控制协同融合技术研究综述

田辉, 贺硕, 林尚静, 范绍帅, 聂高峰, 蒋秀蓉

2021, 42(10): 211-221. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2021177

摘要 ( 727 )

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感知通信控制的协同融合是工业互联网发展的必然趋势，梳理工业互联网感知通信控制协同融合技术的研究现状与挑战对推动工业互联网发展具有重要意义。首先，介绍了工业互联网中感知-通信-控制三要素间的复杂耦合关系。然后，综述了国内外关于工业互联网感知通信控制协同融合技术的研究现状和面临的问题。最后，围绕工业互联网中感知通信控制协同融合问题对未来的研究方向进行了总结和展望。

基于深度学习的广义频分复用系统时频双选择信道估计

王莹, 任军, 史可, 林彬

2021, 42(10): 233-242. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2021188

摘要 ( 275 )

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广义频分复用（GFDM）系统存在固有的子载波间干扰和子符号间干扰，在时频双选择信道下，会产生严重的导频污染现象，使基于导频的信道估计性能显著下降。为此，提出一种基于深度学习的 GFDM 系统信道估计框架，将离散导频位置处最小二乘信道估计值构成低分辨图像作为网络输入，利用深度残差网络恢复信道时频响应的高分辨图像，实现GFDM系统的信道估计。设计了基于深度残差网络的GFDM时频双选择信道估计算法的仿真系统，通过离线训练获得深度残差网络的最优参数。仿真结果表明，所提算法能够得到接近于最小均方误差信道估计的精度和误码率性能，并具有稳健的多普勒频移泛化能力。

混合双跳PLC-FSO通信系统的性能分析

陈生海, 言小琴, 黎赛, 杨亮

2021, 42(10): 243-250. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2021199

摘要 ( 242 )

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提出了一种混合双跳PLC-FSO通信系统。PLC链路和FSO链路通过放大转发中继连接。具体地，假设PLC 链路受附加背景噪声和脉冲噪声影响，其信道衰落服从对数正态分布，而 FSO 链路受大气湍流影响信道衰落满足Gamma-Gamma分布，并考虑指向误差影响。基于该模型，分别推导了中断概率、误码率和信道容量的闭式表达式来分析系统的性能。此外，给出了中断概率和误码率的渐近分析以及信道容量的上限表达式。最后，利用蒙特卡罗仿真验证了推导结果的准确性，结果表明系统中断概率随着指向误差参数的增大而减小；PLC链路脉冲噪声越小，误码率越低，系统整体性能越好；系统容量随着湍流强度的降低而增加。

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