通信学报

基于集成学习的广域光骨干网多信道传输质量预测方法

孙晓川,李志刚,张明辉,桂冠

2020, 41(9): 1-7. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2020201

摘要 ( 391 )

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针对动态广域光骨干网中光信道传输质量预测方法精确度不足的问题，以集成学习理论为基础提出一种光信道传输质量预测方法。首先，在堆栈集成学习框架下构建了由5个多层感知器模型组成的基学习器，通过并行组合的方式实现了样本数据的同态集成学习。然后，融合基学习器的预测结果形成新的训练集，用于训练由单一多层感知器组成的元学习器。仿真结果表明，对比深度神经网络，所提方法在单信道和多信道QoT预测场景下具有更优秀的非线性逼近性能，预测精度分别提高了1.93%和3.82%。

基于深度强化学习的应急物联网切片资源预留算法

孙国林,欧睿杰,刘贵松

2020, 41(9): 8-20. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2020200

摘要 ( 482 )

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针对应急物联网（EIoT）超低时延服务需求，设计了面向超低时延传输应急物联网的多切片网络架构，提出 EIoT 切片资源预留和多异构切片资源共享与隔离的方法框架。所提框架采用深度强化学习方法实现实时异构切片间资源需求的自动预测与分配，切片内用户资源分配建模为基于形状的二维背包问题并采用启发式算法数值求解，从而实现切片内资源定制化。仿真结果表明，基于资源预留的方法能够使 EIoT 切片显式保留资源，提供了更好的安全隔离级别；深度强化学习能够保证资源预留的准确和实时更新，有效兼顾资源利用率和切片差异化服务质量要求。与4个已有算法对比表明，Dueling DQN具有更好的性能优势。

无人机辅助的NOMA网络用户分组与功率分配算法

李国权,林金朝,徐勇军,黄正文,刘挺

2020, 41(9): 21-28. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2020194

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为了提高传输的灵活性和应对应急通信的场景，提出了一种基于无人机辅助的非正交多址接入系统用户分组与功率分配联合优化算法。考虑基站最大发射功率约束与用户分组约束，构建了 NOMA 多用户和速率最大化的资源分配问题。为了解决该非凸问题，基于图论提出了最大割定理下的用户分组算法，实现了组内用户与无人机的相对距离最小。基于分组结果，利用辅助变量法，将原非凸功率分配子问题转化为凸优化问题求解。仿真结果表明，所提算法具有较好的和速率性能。

互操作性与自治性平衡的跨域访问控制策略映射

诸天逸,李凤华,金伟,郭云川,房梁,成林

2020, 41(9): 29-48. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2020157

摘要 ( 328 )

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跨域访问控制虽然能提升互操作性，但也可降低域内自治性，因此如何平衡域间互操作性和域内自治性是一个重要的问题。针对该问题，提出一种基于多目标整数规划优化的跨域访问控制策略映射机制。在该机制中，将最大化域间互操作性和最小化域内自治性作为目标函数，将7类典型的跨域冲突作为约束函数，设计了一种带约束的 NSGA-III 优化算法。实验结果表明，在模拟现实机构特征的大中规模数据集上，该算法拥有较快收敛速度，且解集具有较高的准确性。

基于信道冲激响应不敏感特征的分子通信非相干信号检测

肖利民,徐向荣,韦壮焜,刘圣涵,刘怡文

2020, 41(9): 49-58. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2020171

摘要 ( 334 )

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为解决分子通信中由分子扩散带来的码间干扰（ISI）和背景噪声这2个严峻的挑战，采用4种能抵抗ISI的信号特征表示接收信号的瞬态特性，提出了可靠的不依赖于信道冲激响应（CIR）的非相干分子信号检测算法，并设计了自适应阈值计算方法，且给出了误比特率（BER）理论值。仿真结果显示，在同等计算复杂度下所提方案BER比传统方案BER低，因此在计算能力受限的纳米级分子通信系统中具有广泛的应用前景。

基于对抗样本的网络欺骗流量生成方法

胡永进,郭渊博,马骏,张晗,毛秀青

2020, 41(9): 59-70. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2020166

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为了应对流量分类攻击，从防御者的角度出发，提出了一种基于对抗样本的网络欺骗流量生成方法。通过在正常的网络流量中增加扰动，形成欺骗流量的对抗样本，使攻击者在实施以深度学习模型为基础的流量分类攻击时出现分类错误，欺骗攻击者从而导致攻击失败，并造成攻击者时间和精力的消耗。采用几种不同的扰动生成方法形成网络流量对抗样本，选择LeNet-5深度卷积神经网络作为攻击者使用的流量分类模型实施欺骗，通过实验验证了所提方法的有效性，为流量混淆和欺骗提供了新的方法。

基于单个光调制器的有线和单边带无线服务

李韦萍,孔淼,王演祎,余建军

2020, 41(9): 71-76. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2020202

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为了在混合型传输网络中为用户提供更加灵活而便利的服务，提出了一种采用单个光调制器同时提供有线和单边带无线服务的系统。通过结合双极化二进制相移键控调制器、相位调节器等器件的应用，直接产生有线和单边带无线信号，抑制色散引起的走离效应，并成功实现10 Gbit/s有线信号和承载于40 GHz毫米波上的5 Gbit/s单边带无线信号在65 km单模光纤中的有效传输。实验结果表明，偏振复用技术和光副载波复用等技术的应用使信号在传输速率和性能上有了更大的提升，并将在未来宽带通信网中发挥重要作用。

面向隐私保护的多属性逆向频谱拍卖方案

王佳琪,鲁宁,程庆丰,巫朝霞,史闻博

2020, 41(9): 77-91. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2020121

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针对现有的逆向频谱拍卖没有考虑与频谱有关的非价格属性的问题和频谱拍卖安全问题，提出了一个面向隐私保护的多属性逆向频谱拍卖方案。首先，将含有频谱价格、与频谱有关的非价格正向属性值作为频谱竞标人的竞标方案并执行拍卖判断频谱赢家。其次，为确保频谱拍卖的安全性，方案利用 Paillier 门限机制引入一组拍卖人的分治集中式频谱拍卖服务器代替传统单一的第三方代理机构，防止频谱拍卖人与频谱竞标人的“合作欺诈”。所提方案还引入匿名化技术、不经意传输技术的密码学工具，确保频谱拍卖的安全特性，使频谱拍卖安全地执行。对所提方案的安全协议进行安全分析表明，协议具有较强的安全性。对协议进行性能评估，实验结果表明，所提方案在计算开销上优于可应用在频谱拍卖场景下的多属性逆向拍卖安全方案。

双单播网络编码的构造方法

蒲保兴,莫智懿

2020, 41(9): 92-103. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2020139

摘要 ( 231 )

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为在双单播网络中运用网络编码技术进行数据传输，提出了一种双单播网络编码的构造方法。所提方法在源点实施预编码策略，采用随机线性网络编码方法并结合多目标优化进化算法来设计各信道的局部编码向量；在宿点运用矩阵零空间的基向量来消除部分信息干扰，再运用二级预编码策略来控制源点的发送速率，从而能够解码。所提方法不仅能确定双单播网络编码的近似可达信息率区域，还能为可达信息率区域中的每一向量构造可行的传输方案。理论推导与仿真计算表明了所提方法的有效性。

基于改进PBFT算法防御区块链中sybil攻击的研究

赖英旭,薄尊旭,刘静

2020, 41(9): 104-117. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2020170

摘要 ( 757 )

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针对sybil攻击对区块链技术有极大危害的问题，在联盟链中对PBFT算法进行改进，以防御sybil攻击。首先，借鉴基于权益证明的共识算法思想，通过建立信誉模型，根据各节点共识过程中的行为计算节点的信誉值，并依据信誉值的大小赋予节点不同的话语权；然后，在PBFT算法中加入了pre-commit阶段来减少节点间通信的次数。形式化分析推理和安全性测试表明，改进的PBFT算法不仅可以有效防御区块链中的sybil攻击，而且使区块链系统性能在TPS和区块生成时延方面有明显提高。

基于改进Merkle-Tree认证方法的可验证多关键词搜索方案

田有亮,骆琴

2020, 41(9): 118-129. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2020146

摘要 ( 336 )

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针对可搜索加密方案中的结果验证方法复杂，搜索成本高且效率低，难以满足多关键词搜索结果高效验证和安全性需求的问题，提出了基于改进的 Merkle-Tree 认证方法的多关键词搜索方案。首先，利用双线性映射构造多关键词的可搜索算法，实现高效精准的多关键词搜索；其次，基于Bawa改进的Merkle-Tree认证方法构造搜索方案的验证及动态更新算法，将计算成本从经典的MHT的O(n)降低到O(log n)，防止数据篡改、删除和伪造等不法操作的高效验证。在决策线性假设和CDH假设下，所提方案满足密文不可区分性和签名不可伪造性。

无人机辅助蜂窝网络中的无人机与用户协同缓存算法

张天魁,陈超,王子端,杨鼎成

2020, 41(9): 130-138. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2020029

摘要 ( 442 )

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针对无人机辅助蜂窝网络中的海量数据内容传输与无人机无线回程带宽受限这一矛盾，提出了一种无人机与用户协同缓存算法。通过在无人机以及用户设备上部署存储设备，将用户请求的热点内容缓存后进行共享分发，以减少无人机回程链路资源与能量开销，减轻业务负载并降低用户时延。以用户内容获取时延最小化为目标建立了无人机与用户缓存联合优化问题，将其分解为无人机缓存子问题与用户缓存子问题，并分别基于交替方向乘子法和全局贪婪算法进行求解，通过迭代获得收敛的优化结果，实现了无人机与用户的协同缓存。仿真结果表明，所提算法能够有效降低用户的内容获取时延，提升系统性能。

基于能量收集的全双工认知中继网络功率分配算法

张士兵,韩刘可,张美娟

2020, 41(9): 139-146. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2020168

摘要 ( 225 )

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为了缓解频谱资源匮乏、提高认知无线网络的功率利用率，提出了一种基于能量收集的全双工认知中继网络功率分配算法。所提算法在保证对主用户干扰以及中继端收集能量满足一定条件的情况下，优化能量受限的认知中继节点功率分配系数及次用户发射功率，实现了次用户系统吞吐量的最大化，提高了频谱效率。由于所提算法的优化问题是非凸的，因此将其转化为针对功率分配系数和次用户发射功率的2个可解凸优化子问题，通过收敛迭代算法求得原问题的最终解。仿真结果表明，采用所提算法的次用户系统吞吐量，与采用半双工功分算法的系统吞吐量相比提升了一倍，与采用全双工时分算法的系统吞吐量相比提升了0.5倍。

基于Matern簇过程的NOMA-HetNet覆盖概率分析

景小荣,陈怡西,陈前斌

2020, 41(9): 147-159. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2020150

摘要 ( 266 )

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考虑到用户与基站间的相关性和网络的不规则性，建立了基于 Matern 簇过程（MCP）的非正交多址接入型异构网（NOMA-HetNet）模型，并结合该模型分析了各类用户的覆盖概率。在分析过程中，首先，从理论上推导出用户的信干噪比（SINR）；其次，针对现实中的非完美串行干扰消除（SIC）方案，给出了一种更符合实际情况的SINR上限更新规则；然后，利用空间坐标系、概率论、随机几何理论和顺序统计量等数学工具分析了各类用户关联概率和服务距离；最后，推导了各类用户覆盖概率的理论表达式。利用数值仿真分析了簇半径、基站密度和干扰残余因子对服务距离和覆盖概率的影响，取得了与理论分析相吻合的结果，验证了理论分析的正确性。

基于贝叶斯攻击图的网络入侵意图分析模型

罗智勇,杨旭,刘嘉辉,许瑞

2020, 41(9): 160-169. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2020172

摘要 ( 540 )

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针对目前网络风险评估模型中忽略攻击代价和入侵意图对网络安全产生影响的问题，为了准确评估目标网络风险，提出一种基于贝叶斯攻击图的网络入侵意图分析方法。利用由漏洞价值、攻击成本和攻击收益计算出的原子攻击概率，结合贝叶斯信念网络量化攻击图，建立静态风险评估模型，并利用入侵意图动态更新模型，实现对网络风险的动态评估，为攻击面动态防御措施提供了依据。实验表明，所提模型不但可以有效地评估网络整体的安全性，而且在预测攻击路径方面也具有可行性。

基于Stackelberg博弈的双目标WOA频谱共享算法

张力,廖天,何业军

2020, 41(9): 170-178. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2020156

摘要 ( 278 )

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为解决复杂的频谱分配问题，引入具有较强并行计算能力的双目标鲸鱼优化算法（WOA），提出一种可以有效反映实际频谱需求的Stackelberg博弈，设计一种双目标WOA优化的分布式天线系统（DAS）频谱共享调度算法。仿真结果表明，从最优价格、用户收益等多个指标进行性能对比，所提算法具有较好的频谱共享分配效果，能实现公平有效的频谱分配，为未来通信网络频谱共享模式提供了重要参考。

可见光通信自适应O-OFDM符号分解串行传输系统设计与研究

贾科军,杨博然,曹明华,黎锁平,郝莉

2020, 41(9): 179-189. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2020179

摘要 ( 308 )

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迭代信号限幅（ISC）和符号分解串行传输（SDST）技术将光正交频分复用（O-OFDM）符号分解为固定数量的多个小幅度符号，但当 O-OFDM 符号方差较小时，分解符号中有大量不载荷信息的全零符号，导致误码率变差、光功率损耗和信息速率降低。针对这一问题，提出了自适应 O-OFDM 符号分解串行传输（ASDST）系统，根据O-OFDM符号的幅度大小自适应决定符号分解，直到O-OFDM符号完全分解或达到最大符号分解次数，从而消除了全零符号，减少了平均符号分解次数。理论分析和蒙特卡罗仿真验证了ASDST系统的性能。

人工智能在移动通信中的应用：挑战与实践

伏玉笋,杨根科

2020, 41(9): 190-201. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2020167

摘要 ( 1005 )

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对人工智能在移动通信领域学术界和产业界的研究与应用现状进行了总结，指出了人工智能在提升移动通信系统性能方面的挑战和瓶颈。创造性地提出性能外环与性能内环协同减小实际网络性能与理想网络性能间距离的新思路和新方法：对性能外环部分进行人工智能重构，对性能内环部分进行传统自适应或最优化，形成与性能外环部分的最佳协同。若干成功应用的实例证明了该思路和方法的有效性。最后指出，为了满足移动通信系统对人工智能解决方案“稳”“准”“快”的严苛需求，使能移动网络的自动化、智能化、智慧化，除了使人工智能重构的方案本身具有优异的性能外，还必须有基于大数据分析和模拟系统的反馈闭环系统架构，而架构中模拟器的构建——模拟系统是实现“稳”“准”“快”严苛需求的关键路径。

分组马尔可夫叠加传输的神经网络译码

王千帆,毕胜,陈曾喆,陈立,马啸

2020, 41(9): 202-209. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2020158

摘要 ( 317 )

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研究了分组马尔可夫叠加传输的神经网络（NN）译码方案。利用NN，实现了不同网络结构、数据表征形式的基本码译码器。在此基础上，将所实现的基本码译码器嵌入迭代译码机制中，提出了基于NN的分组马尔可夫叠加传输的滑窗译码算法，并分析了其对应的性能下界。所提出的译码算法提供了一种将NN运用到长码译码的解决思路，即用NN替代译码中的部分模块。仿真结果表明，利用NN实现的基本码译码器可以达到最大似然译码性能。基于NN的分组马尔可夫叠加传输的滑窗译码算法性能在中高信噪比区域与对应精灵辅助下界贴合，获得了额外的编码增益。

时延有界的PD-NOMA物联网高可靠接入算法

徐朝农,吴建雄,徐勇军

2020, 41(9): 210-221. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2020189

摘要 ( 292 )

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考虑一个基于k阶串行干扰消除的功率域非正交接入的单跳网络，研究在定义功率域非正交多路接入的可靠性模型的基础上，在传输时延有界的前提下，研究如何通过用户组配和功率分配来最大化上行传输的平均可靠性，进而为其提出了一个复杂度为O(nlogn)的启发式算法，其中n是用户数。此外，还证明了该算法在k=2的情况下是最优的。性能评估表明，随着时延的线性增加，传输可靠性将呈指数增长趋势；相对随机组配策略，所提算法会获得明显的可靠性增强。

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