通信学报

隐私保护的群体感知数据交易算法

张勇, 李丹丹, 韩璐, 黄小红

2022, 43(5): 1-13. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022082

摘要 ( 420 )

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为解决群体感知数据交易模式下参与者数据隐私泄露的问题，提出了一种隐私保护的群体感知数据交易算法。首先，为实现对参与者的隐私保护，设计了基于差分隐私的聚合方案，参与者不再需要上传原始数据，而是按照任务需求对收集的数据进行分析和计算，将任务结果按照平台分配的隐私预算添加噪声后发送给平台；其次，为确保参与者的可信性，构建了参与者的信誉模型；最后，为激励消费者和参与者参与交易，在考虑消费者对结果偏差的容忍约束和参与者的隐私泄露补偿的基础上构建了交易优化模型以优化平台的收益，并给出了基于遗传算法的收益优化算法（POA）来求解该模型。仿真结果表明，POA不仅保护了参与者的隐私，而且在平台的收益方面相比于VENUS和DPDT分别提高了29.27%和20.45%。

基于波前相位校正的OAM-SK FSO通信系统误码率性能研究

李爽, 王平, 刘涛, 潘宇婷, 王炜

2022, 43(5): 14-23. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022110

摘要 ( 335 )

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弱大气湍流条件下，针对轨道角动量键控自由空间光通信系统，基于Gerchberg-Saxton算法和角谱理论，提出了一种改进的Laguerre-Gaussian光束波前相位校正算法。该算法将传输前后探测光束的光场分布作为输入，利用迭代计算得到的相位掩膜校正畸变的传输光束，从而减缓大气湍流引起的模间串扰效应。仿真结果表明，改进的波前相位校正算法明显优于传统的GS算法，且随着折射率结构参数的增加，系统的误码率性能得到显著提升。

软件定义网络中一种快速无循环路径迁移策略

燕昺昊, 刘勤让, 沈剑良, 汤先拓, 梁栋

2022, 43(5): 24-35. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022088

摘要 ( 311 )

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针对软件定义网络中数据平面转发设备的分布式部署及异步操作导致的路径迁移缓慢及故障等问题，提出了一种快速无循环路径迁移策略。首先，提出了一种基于节点排序的快速循环检测算法。该算法通过对比流的新旧路径上相邻节点的位置差异，可快速判定路径迁移过程中是否存在转发循环以及检测循环发生位置。然后，提出了一种基于节点松弛依赖关系的贪婪更新机制。该机制利用快速循环检测算法发掘出新旧路径上公有交换机之间存在的松弛依赖关系，进而保证了迁移过程每轮更新的交换机数量最大化。仿真实验结果表明，相比于现有迁移方案，所提策略在不同网络状态下均可有效避免迁移循环且获得最佳更新时间开销。

高线宽容忍度的高谱效SSB-PAM-DD方案

卢东旭, 周娴, 刘飞, 霍佳皓, 苑金辉, 隆克平

2022, 43(5): 36-44. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022100

摘要 ( 1100 )

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针对低成本下的高色散（CD）稳健性单边带（SSB）直接检测（DD），对3种单边带脉冲幅度调制方案进行了分析，其中在发射端加入下变频的方案可获得最大频谱利用率，但恶化了系统对激光器线宽的容忍度。鉴于此，根据单边带脉冲幅度调制信号的特性，提出了一种包含相位损伤免疫均衡算法和改进盲相位补偿算法的数字信号处理方案。仿真结果表明，针对112 Gbit/s的单边带脉冲幅度直接检测，无论是背靠背还是传纤80 km场景，在同一误码率阈值下改进方案可容忍线宽为1 MHz，而原始方案仅为100 kHz，实现了高谱效、高线宽容忍度的低成本单边带脉冲幅度调制信号传输。

基于二维压缩感知的有意义图像加密算法研究

任花, 牛少彰, 任如勇, 岳桢

2022, 43(5): 45-57. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022101

摘要 ( 288 )

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针对基于压缩感知的有意义图像加密算法存在加密图像视觉安全性不高及重构图像质量不佳的问题，提出了一种基于二维压缩感知的有意义图像加密算法。首先，设计了一种与明文相关联的混沌伪随机序列生成方法,利用全局随机置乱和灰度变换操作进行预加密，改进了重构图像质量。生成的预加密图像作为二维压缩感知的输入，在压缩加密和量化操作后，生成秘密图像。其次，考虑了待嵌入数据和待修改数据之间的关系，利用自适应嵌入方法修改载体系数值，提高了有意义加密图像的视觉安全性。最后，采用二维投影梯度重构方法联合执行解压缩和解密操作，获取重构图像。实验结果表明，与现有算法相比，所提算法不仅提高了加密图像视觉安全性和重构图像质量，而且能抵抗噪声和裁剪攻击。

高效可证明安全的无证书有序聚合签名方案

王竹, 杨思琦, 李凤华, 耿魁, 彭婷婷, 史梦瑶

2022, 43(5): 58-67. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022073

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针对目前的方案多采用后一个签名者对前一个签名者的签名进行验证后，再将签名传递给下一个签名者，导致整体签名时间过长的效率问题，基于双线性对构造了一种无证书有序聚合签名方案。多个用户按照一定的顺序对文件进行签名和认证生成聚合签名，验证者只需验证最终一个签名就可以确认签名顺序的正确性以及多个用户签名的合法性。所提方案有效降低了验证多用户顺序签名的复杂性，实现了当用户处于离线状态或者处于节点缓存能力与网络资源受限的容迟网络时，对签名合法性的离线验证。在随机预言机模型下，仿真实验证明了所提方案在敌手适应性选择消息下是存在性不可伪造的。

DDAC：面向卷积神经网络图像隐写分析模型的特征提取方法

王晓丹, 李京泰, 宋亚飞

2022, 43(5): 68-81. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022089

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针对基于卷积神经网络的图像隐写分析方法中使用人工设计的滤波器在特征提取过程中有效性低的问题，提出方向差分自适应组合（DDAC）特征提取方法。在计算中心像素与周围不同方向像素的差分后，使用 1× 1 卷积对方向差分进行线性组合。根据损失对组合参数自适应更新来构建多样化的滤波器，使获取的嵌入信息残差特征更有效。使用截断线性单元提高嵌入信息残差和图像信息残差的比率，加快模型收敛速度并提高残差特征提取能力。实验结果表明，该方法使 Ye-net、Yedroudj-net 模型的准确率在 WOW 和S-UNIWARD数据集中提高1.30%～8.21%。与固定和更新参数SRM滤波器方法相比，测试模型在不同隐写数据集中的准确率提高 0.60%～20.72%，并且训练过程更稳定。对比其他图像隐写分析模型，DDAC-net 具有更高的隐写分析效率。

多模态网络中时间敏感网络模态的智能调度机制

杨思锦, 庄雷, 宋玉, 王家兴, 阳鑫宇

2022, 43(5): 82-91. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022078

摘要 ( 520 )

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针对多模态网络中时间敏感网络模态转发调度不确定、求解时间长等问题，提出了一种基于CSQF的时间敏感网络模态的联合路由与调度机制。综合考虑有界时延需求、网络状态和不同的路由机制，建立联合缓存队列和路由的混合资源调度模型，旨在优化整个网络的资源使用。基于深度强化学习方法，利用流量特征与缓存队列利用率来预测下一循环的缓存利用率。此外，基于多队列CSQF转发调度机制和基于缓存利用率的显式路由算法，提出了一种迭代调度算法，实现了确定性转发和资源分配。仿真结果表明，所提机制可以根据网络的资源使用情况有效地调整确定性应用的传输调度，与其他离线调度机制相比，具有更好的调度性能。

动态广义主成分分析及其在故障子空间建模中的应用

冯晓伟, 许剑锋, 何川

2022, 43(5): 92-101. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022091

摘要 ( 142 )

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针对传统故障子空间建模方法未考虑故障数据中同时包含正常工况信息和故障工况信息的实际情况，或未考虑故障数据中的动态因素而导致的对故障子空间提取不够准确的问题，提出了一种动态广义主成分分析方法。通过将带延迟的输入数据进行空间重组，采用广义主成分分析方法提取正常工况和各故障工况之间的动态特征信息，实现对故障子空间的准确建模，并进一步建立故障库实现故障诊断。仿真结果表明，所提方法能够准确提取动态过程的故障子空间，并可用于动态工业过程的故障诊断。

面向6G的太赫兹信道反射特性研究

唐盼, 林佳欣, 张建华, 田磊, 常钊玮, 夏亮, 王启星

2022, 43(5): 102-109. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022102

摘要 ( 330 )

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太赫兹信道反射特性对于认知、掌握太赫兹信道传播机理，以及建立面向6G的高精度太赫兹信道模型至关重要。为此，首先，综述了太赫兹信道反射特性在理论建模和实测分析两方面的研究现状。接着，针对5种常见建筑材料，利用基于时域相关原理的太赫兹信道测量平台开展了240～310 GHz频率范围的反射系数测量，并发现了反射系数依赖于电磁波的入射角。然后，参考Rayleigh反射系数理论模型，提出了入射角依赖的反射系数统计性模型，该模型能准确刻画反射系数随角度的变化规律。最后，展望了太赫兹信道反射特性的研究方向。

轻量级可搜索医疗数据共享方案

殷新春, 王梦宇, 宁建廷

2022, 43(5): 110-122. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022090

摘要 ( 229 )

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支持策略隐藏和关键字搜索的属性基加密方案在医疗场景中具有良好的应用前景。然而，现有的此类方案大多不支持大属性域或采用“与门”结构，限制了访问控制的可扩展性和灵活性，并且许多方案无法抵抗离线字典猜测攻击。此外，属性基加密涉及大量的双线性配对运算，对于计算资源受限的用户设备来说使用非常不便。提出一种轻量级可搜索医疗数据共享方案。该方案在支持关键字搜索和策略隐藏的基础上采用大属性域和线性秘密共享结构，提高了访问控制的可扩展性和灵活性；采用Intel SGX技术对数据进行重加密，实现抗离线字典猜测攻击；将解密计算开销降低到恒定的常数级，适用于计算资源受限的用户设备。最后证明了所提方案具备选择明文不可区分安全性并且可以抵抗离线字典猜测攻击。

基于双向索引的高效连接关键字查询动态可搜索加密方案

杜瑞忠, 张玉晴, 李明月

2022, 43(5): 123-132. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022099

摘要 ( 263 )

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为了解决现有动态可搜索加密方案更新过程操作复杂、信息泄露以及查询方式单一等问题，提出了一种前向安全和后向安全的高效连接关键字查询动态可搜索加密方案——BPC-DSSE方案。该方案利用位图索引构建了双向索引结构来简化动态更新过程，并通过具有加法同态性质的对称加密隐藏访问模式。同时，由于添加和删除操作均通过模加法完成，可通过隐藏更新类型减少更新过程的泄露。此外，为了解决现有方案查询方式不灵活的问题，引入内积匹配算法实现了高效的连接关键字查询。安全分析表明，BPC-DSSE方案实现了前向安全以及Type-I^-的后向安全。仿真结果表明，相对于其他连接关键字查询的方案，BPC-DSSE方案具有更高的更新、查询效率。

优良布尔函数的混合禁忌搜索算法

王维琼, 许豪杰, 崔萌, 谢琼

2022, 43(5): 133-143. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022096

摘要 ( 162 )

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为保障对称密码算法的安全性，其构成算法中所使用的布尔函数必须具有优良的密码学性质。结合禁忌搜索算法和爬山算法的优点，提出了一种新的优良布尔函数启发式生成算法——混合禁忌搜索算法。应用该算法，可以快速得到大量具有高非线性度、低自相关性、一阶弹性、最优代数次数、最优代数免疫度、最优（次优）抵抗快速代数攻击能力等的布尔函数。仿真结果表明，所提算法搜索能力强，运行速度快，且搜索出的布尔函数的密码学性质优于已知的优化算法的结果，也弥补了采用构造法构造布尔函数的一些缺陷。

基于云边协同的无证书多用户多关键字密文检索方案

杨小东, 田甜, 王嘉琪, 李梅娟, 王彩芬

2022, 43(5): 144-154. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022104

摘要 ( 174 )

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针对工业物联网环境中密文数据检索面临的单用户单关键字搜索、计算开销过大、安全等级较低等问题，提出了一种基于云边协同的无证书多用户多关键字密文检索方案。所提方案通过设定用户访问权限表并执行一次加密算法，实现了支持用户访问权限更新的多用户搜索。利用线性扫描方法进行关键字密文与陷门的匹配计算，并引入云边协同的计算模式提高计算效率，实现了关键字索引不完全包含检索关键字情况下的多关键字密文检索。基于无证书加密体制解决了密钥托管与证书管理问题，并使用数字签名技术确保了关键字密文的可认证性。安全分析结果表明，所提方案在随机预言模型下能抵抗内部关键字猜测攻击。仿真实验结果表明，与同类方案相比较，所提方案具有较高的计算效率。

基于改进PSO的铁路监测线性无线传感器网络路由算法

李翠然, 王雪洁, 谢健骊, 吕安琪

2022, 43(5): 155-165. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022109

摘要 ( 204 )

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为了解决铁路监测场景中线性无线传感器网络的节点间能耗不均衡导致的网络生命周期短、数据传输时延大的问题，提出了一种基于粒子群优化理论和广度优先搜索的路由算法。以候选簇头节点的相对能耗、簇头间距和簇头负载为指标构建适应度函数，通过调整惯性权重系数增强粒子群算法局部搜索能力，获得簇头最优解集；构建能耗与时延驱动的路径成本函数，基于广度优先搜索获得源节点到sink节点的最优主路径；设计基于Markov决策过程（MDP）模型的Q-learning备选路径更新与路由维护机制。仿真结果表明，所提算法能够有效均衡节点间能耗，在延长网络生命周期和降低数据传输时延方面具有较优的性能。

高速移动环境下基于RM-Net的大规模MIMO CSI反馈算法

廖勇, 王世义

2022, 43(5): 166-176. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022097

摘要 ( 239 )

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针对高速移动环境信道特征复杂多变，同时存在加性噪声和非线性效应的影响，提出一种残差混合网络（RM-Net）的大规模MIMO CSI反馈算法。RM-Net通过学习高速移动信道的空间结构与时间相关性，具备去除大规模MIMO信道噪声的能力，能显著提高CSI压缩率与恢复质量。系统仿真结果表明，RM-Net可消除高速移动场景加性噪声的影响，学习并适应稀疏、双选衰落信道特征，在高压缩率与低信噪比条件下依然具有较好的性能表现，所提算法性能大幅优于其他基于压缩感知（CS）和深度学习（DL）的CSI反馈算法。

低轨巨型星座网络：组网技术与研究现状

陈全, 杨磊, 郭剑鸣, 李星辰, 赵勇, 陈小前

2022, 43(5): 177-189. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022075

摘要 ( 2249 )

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以新兴低轨巨型星座网络为研究对象，概述了系统基本架构与工作模式，总结了新兴巨型星座网络的基本特征。根据系统架构，从卫星网络拓扑动态性管理、星地链路切换策略、路由算法设计、地面信关站布局优化设计以及网络仿真与性能评估5个方面系统梳理了各关键技术的主要技术路线和研究进展，尤其是近期巨型星座的相关研究进展。重点分析了低轨巨型星座中星座规模和复杂度扩增对组网关键技术的挑战，以及现有的各类解决方法在巨型星座宽带网络场景下的适用性。最后对未来巨型星座网络的相关研究方向进行了展望。

基于深度学习的光学遥感图像目标检测研究进展

廖育荣, 王海宁, 林存宝, 李阳, 方宇强, 倪淑燕

2022, 43(5): 190-203. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022071

摘要 ( 965 )

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目标检测是光学遥感图像解译中的核心问题，在情报侦察、目标监视、灾害救援等领域均具有广泛应用。首先，结合深度学习光学遥感图像目标检测算法研究进展，对基于候选区域和回归分析的两类遥感目标检测算法进行了综述。其次，针对旋转目标、小目标、多尺度、密集目标四类常见特定任务场景目标检测算法改进进行了总结。再次，结合常用遥感图像数据集对不同算法性能进行了对比分析。最后，对未来遥感图像目标检测研究值得关注的问题进行了展望，为后续相关研究提供思路。

基于推土机距离的证据冲突强度量方法

王欣, 付威

2022, 43(5): 204-213. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022094

摘要 ( 136 )

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针对D-S（Dempster-Shafer）证据理论中的冲突因子k不能有效度量证据之间的冲突程度的问题，首先提出了证据冲突强度量函数需要满足的期望特征，然后提出了一种新的基于推土机距离的证据冲突度量方法。该方法不要求不同证据有相同的焦元数量，并且可以直接计算含有非单子集命题的证据冲突。理论和实验表明，所提方法给出的冲突度量大小能够正确表征2个证据间冲突的程度，并具有证据冲突强度量函数的所有期望特征，表明所提方法是一种有效的证据冲突强度量方法。

隐马尔可夫模型的异质网络链接预测方法研究

钱榕, 许建婷, 张克君, 董宏宇, 邢方远

2022, 43(5): 214-225. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022095

摘要 ( 233 )

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为了解决异质网络的结构信息和语义信息挖掘不全面的问题，针对异质网络的链接预测，提出了将基于元路径的分析方式与隐马尔可夫模型相结合的链接预测方法。考虑到聚簇可以有效地捕获异质网络的结构信息，将k-means算法进行改进得到基于距离均方差最小的初始聚簇中心方法，并将其应用到隐马尔可夫模型（HMM）中，设计了基于聚簇的一阶隐马尔可夫模型（C-HMM⁽¹⁾）的链接预测方法，同时提出基于聚簇的二阶隐马尔可夫模型（C-HMM⁽²⁾）的异质网络的链接预测方法。进一步考虑数据的特征信息，提出了将最大熵模型和二阶隐马尔可夫模型相结合的链接预测方法ME-HMM。实验结果表明，ME-HMM比C-HMM方法的链接预测精确度更高，且ME-HMM因充分考虑到数据的特征信息比C-HMM的性能更加优异。

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