通信学报

基于领域专用软硬件协同的多模态网络环境构造技术

胡宇翔, 崔子熙, 李子勇, 董永吉, 崔鹏帅, 邬江兴

2022, 43(4): 3-13. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022086

摘要 ( 475 )

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信息网络与经济社会深度融合发展带来了网络模态共生共存、动态并发、演进变革融合态势。首先，从基于多模态网络环境的垂直行业应用需求出发，提出了一种基于领域专用软硬件协同的多模态网元设计方案，讨论了多模态网络环境构造关键技术；然后，针对多样化网络模态对网元内异构资源竞争的问题，提出了一种存算转一体的异构软硬件资源分配方法，根据模态业务量动态调整资源分配和置换策略，实现异构资源的高效利用。实验结果表明，所提方案可为构建技术体系与支撑环境分离的多模态网络提供基础平台支撑。

面向多模态网络的可编程数据处理方法及系统设计

王劲林, 井丽南, 陈晓, 尤佳莉

2022, 43(4): 14-25. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022070

摘要 ( 447 )

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针对多模态网络面临的兼容多种路由标识、网络协议和网络应用数据处理的问题，提出了一种兼容多模态的可编程数据处理方法。通过模态识别与分流模块识别不同网络模态的数据包，利用数据类型、偏移和长度表示多种类型的数据，并利用可选择匹配算法和处理动作的匹配动作数据表组成模态数据处理管道，处理不同类型网络的数据。利用所提方法，实现并验证了一个多模态网络数据处理原型系统。实验结果表明，模态数据处理管道可以隔离不同模态的网络并保证性能独立，匹配算法的类型、处理数据的长度会影响系统转发性能，而与数据类型无关。

多模态网络环境异构标识空间管控架构研究

郜帅, 侯心迪, 刘宁春, 张宏科

2022, 43(4): 26-35. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022084

摘要 ( 385 )

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基于多模态网络环境，针对异构标识空间互通和切换问题，提出了一种异构标识空间管理控制架构。首先，给出了异构标识空间管控设计目标与原则，建立了网络模态主动选择和被动切换逻辑模型，将分布式的异构网络空间兼容问题转换为集中式的网络层功能适配问题。在此基础上，完成了控制平面异构标识空间管控功能架构和功能模块设计，给出了异构标识空间管控的具体流程。最后，基于多模态网络环境构建了原型验证系统，对所提出的异构标识空间管控架构及其相关功能进行验证。

共生网络——异构网络安全高效互联的体系结构与机理

罗洪斌, 张珊, 王志远

2022, 43(4): 36-49. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022079

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介绍了共生网络——一种异构体制网络安全高效互联的体系结构与机理。首先，分析了异构网络互联面临的挑战，凝练出了异构网络互联亟须解决的科学问题。然后，分析和研究了异构网络互联而成网络空间的普适表征机理、体系结构模型、基本工作机理、跨域安全保障机理等。实验结果表明，共生网络已经形成了部分能力，如防范跨域攻击和数据泄露等。最后，介绍了待进一步解决的问题。

多模态网络下多智能体协同控制的通信拓扑重构方法

张汝云, 肖戈扬, 单麒赫, 邹涛, 李丹, 滕菲

2022, 43(4): 50-59. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022077

摘要 ( 559 )

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随着任务目标和工作环境越来越复杂多变，考虑单边网络环境下单个多智能体系统协同控制的局限性，研究面向多模态网络下多智能体协同控制的通信拓扑重构方法。首先，在多模态网络环境下基于多智能体系统构建多边化分布式协同控制框架。其次，针对组网后多个具有不同功能的多智能体系统，提出一个通信拓扑重构方法，并设计一个分布式控制协议，使其实现多一致性。最后，通过仿真算例来验证所提方法可以在多模态网络下完成多智能体协同控制的通信拓扑重构。

面向软件定义多模态车联网的双时间尺度RAN切片资源分配

亓伟敬, 宋清洋, 郭磊

2022, 43(4): 60-70. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022067

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为了有效满足不同车载应用的差异化服务质量需求，针对软件定义多模态车联网提出了一种双时间尺度的无线接入网切片资源分配算法。考虑增强型移动宽带切片用户最小速率约束、车到车链路可靠性约束、节点最大功率约束、RB 约束等，以最小化超可靠低时延切片用户的平均时延为目标，建立缓存、频谱、功率联合资源分配模型。基于匈牙利算法、线性整数规划方法和DDQN算法，将原NP-hard问题在双时间尺度内求解。仿真结果表明，所提算法在保证不同切片用户服务质量需求和提高频谱利用率方面优于传统算法。

知识定义多模态网络按需服务体系研究

王敬宇, 庄子睿

2022, 43(4): 71-82. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022076

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针对管理、控制、数据三平面解耦的未来移动通信网络系统，提出了一种知识定义多模态网络按需服务体系架构。该架构仿照生物多态性的原理，将“网络知识”作为贯穿多个平面的“基因”主干，分场景、分层次地提取关键局部网络知识。通过构建逻辑统一的网络知识空间图谱，根据具体业务对特定知识的依赖诉求，不同的局部知识之间可以进行交换并形成有机联动。网络知识将能够面向不同服务场景、跨越多级服务层次、融合多种服务指标，为网络整体的优化管理提供引导和支撑。知识定义多模态网络可以帮助移动通信网络应对复杂多变的业务需求，使最终用户动态而多样化的需求可以得到及时、有效的满足和保障。

面向车联网数据隐私保护的高效分布式模型共享策略

莫梓嘉, 高志鹏, 杨杨, 林怡静, 孙山, 赵晨

2022, 43(4): 83-94. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022074

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针对车联网隐私数据共享面临的效率问题，提出了基于区块链的高效分布式模型共享策略。针对车联网场景下多实体、多角色的数据共享需求，通过在车辆、路边单元和基站之间构建主从链架构，实现了分布式模型安全共享；提出了基于激励机制的异步联邦学习算法，以激励车辆及路边单元参与优化过程；构造了混合 PBFT的改进DPoS共识算法来降低通信成本、提高共识效率。实验分析表明，所提机制能够提高数据共享效率，并具有一定的可扩展性。

后量子基于验证元的三方口令认证密钥交换协议

廉欢欢, 侯慧莹, 赵运磊

2022, 43(4): 95-106. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022062

摘要 ( 222 )

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针对服务器直接以明文的方式存储口令，存在服务器泄露的风险，基于两方的基于格的口令认证密钥交换（PAKE）协议不适用于大规模通信系统的问题，提出了一种格上基于验证元的三方口令认证密钥交换协议。通过随机口令哈希方案生成验证元，并结合口令策略检查机制实现口令的检查，利用基于格的 CCA 安全公钥加密体制构造一个新的基于验证元的 3PAKE 协议，同时实现用户与服务器的双向认证。安全性和性能分析证明了所提协议在通信效率和安全度上都具有较好的优势。

瑞利衰落信道下SCMA码本设计

雷拓峰, 倪淑燕, 程乃平, 宋鑫

2022, 43(4): 107-113. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022064

摘要 ( 275 )

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为了设计近似最优的稀疏码本，以多用户叠加星座点的误符号率性能为评价指标，分别针对上行、下行传输信道，设计了适用于瑞利衰落信道的近似最优稀疏码本。基于叠加星座点与误符号率的数学模型，提出了一种近似最优稀疏码本的设计方案，码本的设计步骤包括因子图矩阵的设计、码字对的匹配以及最优旋转角度的确定。仿真结果表明，所提码本设计方案能够达到近似最优的误符号率性能。

卷积神经网络的损失最小训练后参数量化方法

张帆, 黄赟, 方子茁, 郭威

2022, 43(4): 114-122. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022068

摘要 ( 281 )

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针对数据敏感性场景下模型量化存在数据集不可用的问题，提出了一种不需要使用数据集的模型量化方法。首先，依据批归一化层参数及图像数据分布特性，通过误差最小化方法获得模拟输入数据；然后，通过研究数据舍入特性，提出基于损失最小化的因子动态舍入方法。通过对GhostNet等分类模型及M2Det等目标检测模型进行量化实验，验证了所提量化方法对图像分类及目标检测模型的有效性。实验结果表明，所提量化方法能够使模型大小减少75%左右，在基本保持原有模型准确率的同时有效地降低功耗损失、提高运算效率。

基于QCSK的持续噪声式隐蔽传输方案

黄英, 万泽含, 雷菁, 赖恪

2022, 43(4): 123-132. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022083

摘要 ( 247 )

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针对现有的嵌入式方案要求隐蔽系统的发射功率必须远小于宿主系统，隐蔽传输的可靠性较差的问题，提出了基于QCSK的持续噪声式隐蔽通信方案。发送端将包含隐蔽信息的QCSK信号与人工噪声交替发送，通过保持噪声的持续性有效对抗非法能量检测，同时在时域、频域均具有强隐蔽性。该方案不再要求隐蔽系统发射功率极低，在保证宿主性能的前提下允许增大隐蔽系统的发射功率，提升隐蔽传输的性能。通过对所提方案进行仿真分析，当宿主系统误码率为1×10^-7时，隐蔽传输误码率较现有方案提升了2个数量级。

基于ADMM改进的低截获FDA-MIMO雷达发射波束设计

巩朋成, 吴云韬

2022, 43(4): 133-142. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022065

摘要 ( 249 )

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针对信号依赖性杂波与目标位于同一方向上的低截获问题，结合交替方向乘子法（ADMM），提出了一种改进的频控阵MIMO雷达发射波束设计方法。该方法在保证每个天线上发射能量恒定和信杂噪比限制下，最小化目标区域（距离-方位）的能量辐射。首先，利用广义瑞利熵获得接收滤波器；然后，为了解决分式规划不等式约束的二次规划问题，利用辅助变量，并结合ADMM通过并行处理获得发射波束的优化解；最后，进一步研究了收敛性和计算复杂度。仿真显示，与半正定规划方法相比，所提方法能有效控制发射功率恒定，且很好地在目标处能量聚焦；另外，所提方法在杂波和干扰处形成了-50 dB以上的零陷，有效抑制了杂波和干扰信号。

基于域自适应的Wi-Fi指纹设备无关室内定位模型

赵增华, 童跃凡, 崔佳洋

2022, 43(4): 143-153. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022069

摘要 ( 302 )

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基于Wi-Fi指纹定位方法在大规模实际应用中存在设备多样性问题，定位精度受到极大影响。提出了一种设备无关的 Wi-Fi 指纹室内定位模型 DeviceTransfer。该模型基于深度学习的域自适应理论，把智能手机的设备类型作为域，通过对抗训练来提取任务相关而设备无关的Wi-Fi数据特征，并把学习到的源域位置信息迁移到目标域上。采用预训练和联合训练来提高模型训练的稳定性并加快收敛。在教学楼和商场2个真实场景中，使用 4 台不同型号的智能手机验证模型的性能。实验结果表明，DeviceTransfer 能够有效提取设备无关的Wi-Fi数据特征。只使用一台手机在参考点采集Wi-Fi指纹，使用其他型号手机在线定位也能获得较高的定位精度，降低了定位成本。

流数据实时接收方案的研究

张笑燕, 刘志浩, 杜晓峰, 陆天波

2022, 43(4): 154-163. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022080

摘要 ( 176 )

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针对现代数据仓库系统中常见的需接收大量流数据，且其与磁盘上已有的数据做连接后再入库的场景进行了探讨。通过合理设置磁盘分页和应用缓存模块，分散磁盘I/O压力，在已有研究的基础上提出了一种具有更高效率的数据接收方案，并引入一致性哈希函数将其扩展到分布式环境，提出一种应用于分布式环境的D-CACHEJOIN算法。通过理论计算算法的成本模型，并使用服从Zipfian分布的数据进行模拟实验。实验结果表明，在接近现实的实际应用场景下，所提算法拥有比现有算法更高的效率，同时能够快速方便地扩展到分布式环境。

空间信息网络中基于动态撤销机制的安全高效批量认证方案

张应辉, 胡凌云, 李艺昕, 宁建廷, 郑东

2022, 43(4): 164-176. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022063

摘要 ( 240 )

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针对空间信息网络中大量移动用户跨域认证问题，提出了一种基于动态撤销机制的安全高效的批量认证方案。所提方案通过对卫星行动轨迹的预测以及实时更新会话密钥，达到提前完成密钥协商的作用。同时，还设计了可供单个以及大量移动终端进行签名并验证的算法，有效减轻了卫星的计算负担，结合布谷鸟过滤器实现了移动终端动态撤销和恶意接入控制的功能。最后，在 Diffie-Hellman 假设下，基于随机预言机模型和自动化验证工具证明了所提方案可以抵抗重放以及中间人等攻击；方案实现了可追踪性、可撤销性等安全目标，与现有最优方案相比，传输和计算效率分别提高了80%和20%以上。

公平性驱动的RSMA-SDMA预编码设计

孙彦景, 程枫陟, 周家思, 李松

2022, 43(4): 177-185. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022085

摘要 ( 261 )

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针对在发射功率受限时系统最小用户速率与系统公平性问题，提出了一种联合速率分拆多址接入（RSMA）和空分多址接入（SDMA）的用户接入方式选择传输策略，并建模了最大化系统公平性预编码设计问题。为解决建模所形成的离散非凸优化问题，将其分解为求解外层用户接入方式选择与内层最优预编码设计2个非凸子问题。针对预编码设计优化，利用二次变换的多比率分式规划将预编码设计问题转化为双层轮换问题，对用户接入方式逐次优化，得到了外层用户接入方式选择最优解的闭式表达式；以凸优化解决内层预编码设计问题，逐次优化用户接入方式选择传输策略，提出基于分式优化的预编码设计算法，利用二次变换的多比率分式规划设计最优预编码向量，求解功率受限下最大化最小用户速率。仿真结果表明，相比于RSMA、SDMA等传输策略，公平性驱动的RSMA-SDMA预编码设计提升了系统最小用户速率，保障了系统公平性。

泛在网络环境下隐蔽通道关键技术研究综述

李凤华, 李超洋, 郭超, 李子孚, 房梁, 郭云川

2022, 43(4): 186-201. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022072

摘要 ( 517 )

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在泛在网络环境下，隐蔽通道通过修改系统共享资源，绕开系统的安全策略传输隐蔽信息，给计算机和网络系统造成了严重的安全威胁。针对此问题，主要从度量、构建和检测3个方面对泛在网络环境下的隐蔽通道相关研究进行归纳和分析。首先，总结归纳了典型的隐蔽通道度量指标，包括隐蔽通道的容量、稳健性、抗检测性、规律性和形状。其次，归纳整理了隐蔽通道的构建方法，并从共享资源、容量、稳健性、抗检测性、优点和缺点6个方面对隐蔽通道构建技术进行了对比分析。再次，从隐蔽通道类型、准确率、是否能盲检、优点和缺点5个方面对比分析了隐蔽通道的检测技术。最后，总结了隐蔽通道的发展趋势并展望了未来研究方向。

5G融合卫星网络研究综述

杨力, 潘成胜, 孔相广, 黄琦龙, 戚耀文

2022, 43(4): 202-215. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022066

摘要 ( 763 )

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在总结5G融合卫星网络（5GSIN）的标准化工作和国内外研究现状的基础上，对5GSIN的关键技术、应用和网络架构几个重点方向的研究进展进行了阐述与分析。针对融合网络异构性强、时空尺度大而导致的关键问题，提出了对5GSIN架构的思考，并设计了多层分布式异构融合网络架构和架构管理方法。最后，从智能化网络角度分析5GSIN未来发展的几个重点方向，以期对相关领域的研究提供一定的参考。

分布式IRS辅助毫米波MU-MISO系统联合波束成形设计

李中捷, 熊吉源, 高伟, 韦金迎

2022, 43(4): 216-226. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022058

摘要 ( 393 )

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为解决非视距场景下毫米波多用户多输入单输出（MU-MISO）系统下行链路的可靠性通信问题，提出一种分布式智能反射表面（IRS）辅助多用户通信的联合波束成形设计方案。考虑功率和恒模约束，以用户加权和速率最大为目标，将基站有源波束成形和多个IRS无源波束成形联合建模为非凸优化问题。利用闭式分式规划技术解耦该联合优化问题为易于求解的等价问题。根据近似线性规则和分布式连续凸近似规则，采用非凸块坐标下降算法分别交替优化有源波束成形和无源波束成形矩阵，并给出了所提算法的收敛性证明和复杂度分析。仿真结果表明，所提算法可以快速收敛，并且与2种基线算法相比，在降低复杂度的情况下能有效地提高系统传输速率。

边缘计算模式下密文搜索与共享技术研究

王继锋, 王国峰

2022, 43(4): 227-238. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022039

摘要 ( 255 )

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针对边缘计算数据安全问题，提出一种密文搜索与共享方案，在不改变边缘计算架构的和云计算架构的情况下，借助上述边缘计算诸多优势实现用户隐私数据保护，利用边缘节点构建加密倒排索引，在边缘节点和云计算平台之间安全地分享索引和密钥，实现密文搜索、数据安全共享及索引动态更新等功能。最后，与现有方案相比，对性能和安全性进行分析讨论，表明所提方案在密文搜索攻击模型下具有可证明的高安全强度，基于加密倒排索引兼顾了密文搜索效率和文档动态更新功能。

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