通信学报

适用于双层卫星网络的星间组网认证方案

朱辉,武衡,赵海强,赵玉清,李晖

2019, 40(3): 1-9. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2019058

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为解决双层卫星网络高、低轨卫星间的组网认证问题，提出了一种安全、高效的星间组网认证方案。该方案基于对称加密设计，能够在无可信第三方参与的情况下，实现高、低轨卫星间的信任建立和安全通信。针对卫星网络时钟高度统一、节点运行轨迹可预测的场景特点，设计了认证预计算机制，有效提升了星间组网的认证效率。形式化证明与安全性分析表明，所提方案能够满足卫星在组网阶段的多种安全需求。性能分析及仿真结果显示，所提方案具有较低的计算和通信开销，能够实现卫星在资源有限场景下的安全组网认证。

基于最优加权图匹配的服务功能链部署方法

李丹,兰巨龙,王鹏,胡宇翔

2019, 40(3): 10-18. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2019059

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服务功能链技术通过对虚拟网络功能的编排来支持灵活的网络服务请求。针对资源有限网络中的服务功能链部署问题，提出了一种基于最优加权图匹配的服务功能链部署方法，把服务功能链组合为功能拓扑图，利用邻接矩阵特征向量分解算法获取功能拓扑与物理拓扑的加权图匹配方式，并通过爬山算法对匹配结果进一步优化。仿真结果表明，所提方法在降低服务功能链部署所需带宽的同时，优化了节点负载和链路带宽的均衡度，可以支持更多的服务请求，且复杂度低，具有较高的时效性。

基于输入约束的符号执行优化

汪孙律, 林渝淇, 杨秋松, 李明树

2019, 40(3): 19-27. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2019062

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为了解决符号执行中路径爆炸、新路径发现率低等问题，提出了基于输入约束的符号执行（ICBSE）优化框架。该方法通过分析程序代码自动提取3类输入约束，随后使用这些约束引导符号执行更关注于核心功能代码。在KLEE中实现了上述优化框架，并对coreutils、binutils、grep、patch、diff这5个程序套件中的7个常用程序做了检测。ICBSE发现了7个之前未知的缺陷（KLEE只检测其中3个）。同时，ICBSE将指令行覆盖率、分支覆盖率分别提升了约20%，时间开销降低了约15%。

基于数据挖掘的RPMA低功耗广域网网络规划方法

朱晓荣,沈瑶

2019, 40(3): 28-35. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2019050

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针对RPMA低功耗广域网基站密度大、业务分布不均匀等特点，提出了一种基于数据挖掘的网络规划方法。首先，利用提升回归树算法建立了信号质量预测模型，用于提取网络的覆盖分布空间模式；然后，针对覆盖分布空间模式，采用加权k-centroids分簇算法得到适应当前模式的最优基站部署；最后，根据总目标函数判定得到最终的基站拓扑。通过真实数据集的仿真实验结果表明，与传统的网络规划方法相比，所提的方法很好地提升低功耗广域网网络的覆盖质量。

带有区分保护的虚拟化FiWi网络可靠传输机制

王汝言,高毅爽,陈霄

2019, 40(3): 36-47. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2019069

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针对用户对网络服务的差异化可靠性需求，提出一种带有区分保护的虚拟化光无线融合网络可靠传输机制。以用户需求的保护质量及所能够支付的费用作为条件，通过恢复概率进行多等级保护质量的量化，灵活地分配备份保护资源；利用等级服务区分算法筛选满足业务保护质量等级的保护路径，降低业务阻塞以及不受保护的业务数量，提高业务保护质量。结果表明所提机制在平均收益开销比和底层网络资源开销等指标上具有较高优势，在满足用户可靠性需求的同时，能够为用户提供更灵活的虚拟网络数据传输。

基于公有验证和私有验证的数据持有性验证方案

田俊峰,柴梦佳,齐鎏岭

2019, 40(3): 48-59. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2019053

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越来越多的用户愿意把数据存储在云存储系统中，数据安全是云存储系统面临的关键问题，为了保证存储在云中数据的完整性、有效性，数据持有性验证（PDP）就显得尤为重要。为了验证云存储服务提供商是否完整地存储了用户的数据，基于不可否认PDP（NRPDP）方案提出了一种新的数据持有性验证方案。该方案基于公有验证和私有验证，可以同时对云存储中服务提供商与用户的可信性进行验证，满足了验证的不可否认性。理论证明了该方案的不可否认性，实验验证了各阶段运行时间效率比现有的单一的公有验证方法或私有验证方法更优。

异构携能通信网络中人工噪声辅助的顽健能量与信息安全传输方案

张波,黄开枝,钟州,陈亚军

2019, 40(3): 60-72. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2019047

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异构携能通信网络中CSI存在随机误差时，为保证信息与能量传输的安全性及可靠性，提出一种人工噪声辅助的顽健能量与信息安全传输方案。通过联合设计宏基站、微基站的下行信息波束矩阵及人工噪声矩阵，使网络中其他用户信号及人工噪声能够干扰窃听者。同时提升系统能量的接收性能。考虑CSI随机误差，在基站的发送功率约束、合法用户的信息接收中断约束及窃听者的信息窃听中断约束下，以最大化系统能量接收性能为目标进行数学建模。建模后的问题是非凸的，首先将其等效转化为一种易于处理的形式；然后，分别利用Berstein-type不等式和Large-deviation不等式这2种方式将其中的中断概率约束转化为凸的线性矩阵不等式；最后结合二次等式引理及递归估计算法处理秩为1波束成形约束的非凸性。仿真结果表明，与对比方案相比，所提方案具有更高的系统能量接收性能和可行解性能，验证了其有效性和顽健性。

基于Pignistic概率函数和相关系数的证据组合方法

杨晓萍,廉伟健,李孟杰,钱志鸿

2019, 40(3): 73-79. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2019049

摘要 ( 497 )

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D-S证据理论不能很好地解决证据之间高冲突的情况，得到的结果与事实相悖，并且在实际的应用中无法解决“一票否决”的问题。针对上述不足，提出了一种基于Pignistic概率函数和相关系数的新证据冲突衡量标准（Pcor）和基于该标准的加权证据组合方法。该方法用Pcor来衡量证据间的冲突，通过建立支持矩阵来确定各证据的支持度，用加权平均法修正证据，使用Dempster组合规则，最终得出与事实相符的结果。数值算例表明，所提方法有效地解决了高冲突证据组合问题，与相关算法相比，具有更好的收敛性。

基于TWDM-PON与C-RAN的QoE感知视频协作缓存与传输机制

吴大鹏,李雪,李红霞

2019, 40(3): 80-91. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2019066

摘要 ( 326 )

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随着数据流量的爆发式增长，用户体验质量急剧恶化，为了解决密集组网与负载不均衡所引发的小区边缘用户与重负载小区用户性能较差的问题，提出了一种体验质量感知的云无线接入网视频协作缓存与传输机制。该机制通过建立协作增益感知的虚拟无源光网络，采用光域和无线域协同的方式为视频内容提供协作缓存与传输；进而，联合优化用户视频体验、带宽配置与缓存策略，分别在光域和无线域采用动态预缓存及缓冲水平感知的带宽配置方式，达到提高用户体验质量的目的。结果表明，所提机制能够有效地提高缓存命中率，增强用户体验质量。

多信道车联网V2R/V2V数据传输调度算法

彭鑫,邓清勇,田淑娟,刘昊霖,谢文武,李仁发

2019, 40(3): 92-101. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2019060

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针对多信道车联网的数据传输需求，提出了 V2R/V2V 数据传输调度算法。算法首先根据车辆的数据传输请求生成初始调度操作，依初始调度操作之间的冲突关系构建初始调度冲突图和冲突矩阵。其次，在证明冲突矩阵具有半正定性的基础上，采用半定规划方法进行信道分配并完善调度冲突图。最后，根据车辆在服务区域的滞留时间和请求传输的数据量赋予其不同的服务权重，依据调度冲突图，结合 V2R/V2V 协作传输的方式分时完成调度。交通仿真实验表明，所提算法可以有效利用车联网的多信道特性，通过 V2R/V2V 协作传输调度改善了网络服务容量。

无线紫外光散射通信中的改进CMA-FSE盲均衡算法

赵太飞,刘龙飞,王晶,杨黎洋

2019, 40(3): 102-108. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2019065

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无线紫外光散射通信系统具有严重的码间干扰和信号衰减问题，针对该问题，提出了一种基于信噪比估计的改进常模分数间隔均衡器（CMA-FSE）算法。该算法将分数间隔均衡器（FSE）和常模算法（CMA）结合起来对无线紫外光信道进行盲均衡，使用接收信号的均方值衡量输入信噪比来确定最佳迭代步长，保证均衡算法快速收敛。仿真结果表明，改进CMA-FSE算法能在各种信噪比下快速收敛，并有效抑制码间干扰，改善系统误码率性能。与现有算法相比，改进算法信道跟踪和噪声抑制能力更强。

分组马尔可夫叠加传输在非高斯脉冲信道上的性能研究

马啸,吉眉颖,陈声晓

2019, 40(3): 109-115. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2019046

摘要 ( 279 )

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研究了非高斯脉冲信道上的分组马尔可夫叠加传输机制。基于精灵辅助等效系统，分析了分组马尔可夫叠加传输系统的性能下界。仿真结果表明，在特征因子不同的非高斯脉冲信道上，分组马尔可夫叠加编码技术均可获得较高的编码增益，且误比特率较低区域的误码性能均可与精灵辅助下界贴合。在BER = 10^-5时，分组马可夫叠加传输系统便可达到距离香农限约0.85 dB的性能。

UDM：基于NFV的防止DDoS攻击SDN控制器的机制

钱红燕,薛昊,陈鸣

2019, 40(3): 116-124. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2019067

摘要 ( 456 )

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广泛存在的分布式拒绝服务（DDoS）攻击对于软件定义网络（SDN）的控制器形成了致命威胁，至今还没有一种安全机制能够防御。将SDN和网络功能虚拟化（NFV）结合，提出了一种新颖的防范DDoS攻击SDN控制器的前置检测中间盒（UDM）机制，在SDN交换机端口与用户主机之间分布式部署UDM以检测并拒止DDoS攻击报文。此外，还提出了一种基于NFV的前置中间盒的实现方法，使这种UDM机制更为经济和有效，实现了基于该机制的原型系统，并对其进行大量测试。实验结果表明，基于NFV的UDM机制能够实时有效地检测和防止对控制器的DDoS攻击。

口碑参与模式下移动众包网络的用户博弈研究

曾锋,王润华,彭佳,陈志刚

2019, 40(3): 125-138. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2019029

摘要 ( 366 )

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研究了口碑参与模式下参与用户之间的博弈行为，探究个体利益最大化的最佳策略。首先，给出了口碑参与模式下移动用户行为交互场景和相关定义，提出的移动用户效应函数不仅考虑了用户的数据贡献量，还考虑了用户邀请与合作因素，能激励用户之间相互合作；然后，基于博弈论斯塔克伯格模型分析了口碑参与模式下用户的博弈过程，把用户之间的行为交互分成两级博弈过程，应用逆向归纳法分析得出一级和二级博弈中用户的最佳对策，并获得了斯塔克伯格均衡；最后，证明了斯塔克伯格均衡的存在唯一性，提出了计算斯塔克伯格均衡的算法。数值实验结果验证了用户效应函数的合理性和斯塔克伯格均衡的存在唯一性。

基于迫整检测的全分集多用户空时分组编码设计准则

李国权,周湘云,林金朝,徐勇军,庞宇,王家城

2019, 40(3): 139-146. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2019063

摘要 ( 293 )

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多用户空时分组编码系统存在译码复杂度高的问题。为了降低系统译码复杂度并保证较好的系统性能，将低复杂度的迫整检测算法用于多用户空时分组编码中，并基于等效噪声功率最小化原则获取了迫整检测的差错概率上界。为了解决迫整检测的多用户空时分组编码设计问题，提出了基于迫整检测的全分集多用户空时分组编码设计准则，证明只要每个用户的空时分组编码方案均满足非零奇异值特性，则多用户空时分组编码可获得满分集增益，且其编码增益与最小奇异值有关。仿真结果表明，满足设计准则的空时分组编码方案能够获得满分集增益。

基于弹性光网络的多播业务保护算法

吴菁晶,张建芳

2019, 40(3): 147-156. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2019061

摘要 ( 366 )

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随着网络中业务量的急剧增长以及宽带业务的普及，传统的波分复用光网络由于灵活性差、频谱资源浪费严重而面临严峻挑战。弹性光网络以灵活利用频谱为特征，可以根据用户需要和业务量大小动态分配适量的频谱资源并配置相应的调制格式，有效克服了波分复用光网络的缺陷。同时，弹性光网络中的多播路由和频谱分配以及网络的生存性问题也变得更加复杂。针对弹性光网络中多播路由和保护算法进行了研究，首先引入整数线性规划模型（ILP,integer linear programming），最大限度地利用网络中的频谱资源。在此基础上，提出了启发式算法——基于多播子树的分段路由频谱分配保护算法（MSPA,multicast sub-tree protection algorithm），为多播业务请求提供保护的同时最小化频谱资源的使用。仿真结果表明，与传统的多播路由算法及多播保护算法相比，所提算法通过改变信号调制格式，灵活运用链路上的频谱碎片，可以降低网络的阻塞率，提高网络的频谱利用率。

基于智能手机内置传感器的人体运动状态识别

殷晓玲,陈晓江,夏启寿,何娟,张鹏艳,陈峰

2019, 40(3): 157-169. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2019057

摘要 ( 600 )

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针对目前智能手机识别人体运动状态种类少、准确率低的问题，提出一种利用加速度传感器和重力传感器分层识别人体运动状态的方案。首先，利用加速度和重力加速度的关系计算出与手机方向无关的惯性坐标系下的线性加速度；其次，根据人体运动频率的变化范围和线性加速度矢量来确定脚步的波峰和波谷位置；最后，提取线性加速度在时域上的特征向量，使用层次支持向量机方法分层识别人体运动状态。实验结果表明，该方法能有效识别人体6种日常运动状态，准确率达到93.37%。

基于雾计算的可信传感云研究进展

王田,沈雪微,罗皓,陈柏生,王国军,贾维嘉

2019, 40(3): 170-181. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2019068

摘要 ( 561 )

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云计算技术与无线传感器网络结合所产生的传感云（sensor-cloud）系统已经逐渐成为研究的热点。传感云在云计算平台的支撑下扩展了传统传感网的服务能力。对目前主流传感云系统进行了充分调研，总结了传感云系统的特点和发展规律，发现系统中存在的可信问题将直接影响到上层数据保护和应用；揭示了已有方案难以提供可信传感云服务是因为底层无线传感网能量不足、计算能力弱、易故障等，以及云计算模式缺乏对底层传感器节点和数据的直接管理等；构建了基于雾计算模式的可信传感云实现框架，设计了可信评估、可信数据收集、可信存储等关键技术，也为后续研究提出可供借鉴的新思路。

基于PUF的Logistic混沌序列发生器

黄春光,程海,丁群

2019, 40(3): 182-189. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2019064

摘要 ( 394 )

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由于Logistic非线性混沌系统在一定的参数下，具有初值敏感性和拓扑复杂性等特点，因此Logistic混沌系统可以作为随机序列信号发生器。同时由于集成电路在生产、制作的过程中，即使采用完全相同的设计方法和制造工艺，也会在器件上产生不可控的微小差异，这些微小差异便成为集成电路不可克隆的基础。基于此特点，提出了一种基于可编程逻辑阵列（FPGA）的双输出查找表（LUT）结构的物理不可克隆函数（PUF）的Logistic随机混沌序列信号发生器，该混沌序列发生器具有物理的唯一性，能够有效地抵抗对于系统的复制和攻击。将该系统在Xilinx公司的FPGA开发板上进行测试和验证，结果表明，同样的电路结构和配置文件在不同的FPGA开发板上能够产生不同的随机序列，提高了混沌序列的随机性。

布尔混沌系统的物理随机性分析

龚利爽,侯二林,刘海芳,李凯凯,王云才

2019, 40(3): 190-195. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2019048

摘要 ( 390 )

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为了分析布尔混沌系统的物理随机性，构建了基于自治布尔网络的电路混沌模型，建立了包含相位噪声特性的数学方程，研究了相位噪声对布尔混沌熵增长时间（记忆时间）的影响。研究结果表明，在相位噪声的影响下，布尔混沌输出将在有限的记忆时间（数十纳秒）后达到无法预测，且相位噪声越强，布尔混沌平均记忆时间越短。这证明了相位噪声是布尔混沌物理随机性的来源，且布尔混沌可以作为性能良好的真随机数物理熵源。

ELAB：基于端系统的新型拥塞感知负载均衡机制

陈果,张潍丰

2019, 40(3): 196-205. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2019054

摘要 ( 366 )

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良好的负载均衡机制是有效利用数据中心网络带宽的必备条件。现有的等价多路径路由（ECMP）的负载均衡方法由于负载均衡粒度过粗，且不具备对路径拥塞状态感知的能力，因此负载均衡效率较低。为解决此问题，近年来出现了一系列细粒度且具备拥塞感知能力的负载均衡研究工作。然而，这些研究或者需要修改交换机硬件以实时搜集网络各部位的拥塞情况，难以部署；或者虽不需要修改交换机硬件，仅需对端系统的软件进行修改，但由于缺乏准确的网络拥塞信息而导致负载混合效果不佳。针对该问题，提出了一种实现于端系统上的软件解决方案ELAB，该方案不需要对网络中的硬件进行修改，就可以达到良好的负载均衡效果。ELAB创造性地采用了基于可用带宽的方式进行流量负载均衡，相比于现有的基于端系统的方法，ELAB性能提升达20%。

多载波无线携能通信的上下行链路联合资源分配

崔苗,喻鑫,李学易,张广驰,刘怡俊,林凡

2019, 40(3): 206-214. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2019052

摘要 ( 366 )

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研究了由基站和用户组成的多载波无线携能通信系统，其上行链路和下行链路均采用正交频分复用技术。在下行链路中，基站同时向用户完成信息和能量的传输；在上行链路中，用户利用从基站接收的能量向基站回传信息。以最大化上下行链路加权和速率为目标，联合优化上下行链路的子载波分配和功率分配，提出了基于拉格朗日对偶法和椭球法的最优子载波与功率联合分配算法。实验仿真验证了所提算法的有效性。

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