通信学报

基于多智能体强化学习的大规模灾后用户分布式覆盖优化

许文俊, 吴思雷, 王凤玉, 林兰, 李国军, 张治

2022, 43(8): 1-16. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022131

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为了快速恢复大规模受灾用户的应急通信服务，针对接入用户数量众多导致的业务差异性和动态性显著、集中式算法难以扩展等问题，提出了一种基于多智能体强化学习的分布式智简覆盖优化架构。在网络特征层中，设计了考虑用户业务差异性的分布式 k-sums 分簇算法，每个无人机基站从用户需求出发，原生简约地调整局部网络结构，并筛选簇中心用户特征作为多智能体强化学习神经网络的输入状态。在轨迹调控层中，设计了多智能体最大熵强化学习（MASAC）算法，无人机基站作为智能节点以“分布式训练-分布式执行”的框架调控自身飞行轨迹，并融合集成学习和课程学习技术提升了训练稳定性和收敛速度。仿真结果表明，所提分布式 k-sums 分簇算法在平均负载效率和分簇均衡性方面优于k-means算法，基于MASAC的无人机基站轨迹调控算法能够有效减小通信中断的发生频率、提升网络的频谱效率，效果优于现有的强化学习方法。

无第三方服务器的基于数据流行度的加密去重方案

哈冠雄, 贾巧雯, 陈杭, 贾春福

2022, 43(8): 17-29. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022151

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在加密去重系统中，基于流行度为数据设定不同级别的安全保护可有效平衡数据安全与存储效率。现有方案均需引入第三方服务器协助统计数据流行度，而第三方易成为单点故障和效率瓶颈。针对此问题，提出了一个无第三方服务器的基于数据流行度的加密去重方案，基于Count-Min sketch算法和Merkle Puzzles协议实现数据流行度的安全统计，并通过用户间执行 sPAKE 协议实现不流行数据的加密去重。安全性分析和实验评估表明所提方案是安全且高效的。

基于深度强化学习的转发效能感知流量调度算法

沙宗轩, 霍如, 孙闯, 汪硕, 黄韬

2022, 43(8): 30-40. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022148

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软件定义网络（SDN）通过将控制平面与数据平面分离，可实现灵活的流量调度，更有效地利用网络资源。但是，流表项数量、设备负载率及连接主机数量增加等因素的共同作用会导致 SDN 交换机的转发效能降低，进而影响端到端的数据传输时延。为了解决上述问题，提出了基于深度强化学习的转发效能感知流量调度算法。首先，将交换机状态信息统一到感知模型中，通过神经网络建立交换机状态信息和转发效能的映射关系。然后，结合网络状态和流量信息，通过深度强化学习产生流量调度策略。最后，通过由最短路径和负载均衡算法产生的专家样本引导模型训练，不仅使模型学习到专家样本的知识以提升性能，同时提升模型训练效率。实验结果表明，与其他算法相比，所提算法不仅使端到端的平均传输时延降低了15.31%，而且保证了网络整体的负载均衡。

基于知识图谱的服务功能链在线部署算法

徐泽汐, 庄雷, 张坤丽, 桂明宇

2022, 43(8): 41-51. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022154

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沉浸式云 XR、全息通信等新型网络业务的出现对网络服务质量提出了更高的要求。为保证网络服务的可获得性，在实施虚拟网络功能部署时，必须根据网络功能的属性以及之间的依赖关系，将网络服务的时延、可靠性等控制在一定的服务质量等级内。然而邻接矩阵、边表等传统的网络表征形式无法涵盖这些关键网络信息，造成算法在输入阶段的信息缺失，进而导致计算结果的偏差。因此，为了准确提取用户需求，反映网络资源的动态变化，采用知识图谱对网络及其业务进行表征，提出了一种基于知识图谱的服务功能链在线部署算法。所提算法对网络业务请求与底层网络分别进行知识提取，构建或更新相应的知识图谱，分解出它们的关系集合，并基于此设计了一种基于编辑距离的关系对齐方法，指导复杂依赖关系下的服务功能链在线部署。实验表明，所提算法使复杂网络环境下的服务功能链部署请求接收率提高了10%～15%，网络平均能耗降低了约13%，且复杂度低，时效性较强。

多级本地化差分隐私算法推荐框架

王瀚仪, 李效光, 毕文卿, 陈亚虹, 李凤华, 牛犇

2022, 43(8): 52-64. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022106

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本地化差分隐私（LDP）算法通常为不同用户分配相同的保护机制及参数，却忽视了不同用户终端设备资源与隐私需求的差异。为此，提出一种多级 LDP 算法推荐框架。该框架考虑服务商以及用户的需求，通过服务商和用户的多级管理实现多用户差异化隐私保护。将框架应用至频数统计场景形成 LDP 算法推荐方案，改进LDP算法以保证统计结果的可用性，设计协同机制保护用户的隐私偏好。实验结果证明了所提方案的可用性。

面向能量受限工业物联网设备的联邦学习资源管理

范绍帅, 吴剑波, 田辉

2022, 43(8): 65-77. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022126

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针对工业物联网联邦学习网络中由设备电池能量有限导致的设备失效、训练中断等问题，并考虑到无线资源受限的影响，提出一种动态的多维资源联合管理算法。首先，以最大化固定训练时间学习精度为目标，将优化问题解耦为相互依赖的电池能量分配子问题、设备资源分配子问题和通信资源分配子问题。其次，基于粒子群优化算法求解能耗预算下设备传输和计算资源分配策略。再次，提出资源块迭代匹配算法求解出最佳通信资源分配策略。最后，提出在线能量分配算法动态调整设备能量分配策略。仿真结果表明，与基准算法相比，所提算法能够提高模型学习精度，在能源不足场景下性能优势更明显。

基于联邦卡尔曼滤波器的容错GPS-AOA-SINS组合导航算法

蒋锐, 李俊, 徐友云, 王小明, 李大鹏

2022, 43(8): 78-89. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022147

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目前，全球定位系统（GPS）被广泛应用于室外定位。随着城市发展，定位环境复杂化，定位精度急剧下降。因此，采用GPS/5G基站到达角定位/捷联惯性导航系统（GPS-AOA-SINS）的组合定位方案，并提出一种基于联邦卡尔曼滤波的容错组合导航算法。该算法基于GPS-AOA-SINS组合定位方案，在联邦卡尔曼子滤波器和主滤波器之间加入故障检测，自适应调整故障子滤波器的滤波增益矩阵。实验表明，所提算法可以有效检测系统故障并对其进行实时处理，提高系统的可靠性。

基于自适应蝙蝠算法的室内RFID定位算法

谢良波, 李宇洋, 王勇, 周牧, 聂伟

2022, 43(8): 90-99. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022159

摘要 ( 252 )

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针对传统超高频射频识别室内定位算法中利用几何方法定位耗时较长且定位精度较差的问题，提出了一种基于自适应蝙蝠算法（ABA）的室内 RFID 定位算法。首先，利用跳频技术获取多频率相位，基于多重信号分类（MUSIC）算法的角度信息和聚类的距离信息建立蝙蝠算法位置评估函数；其次，利用 Tent 反向学习初始化蝙蝠位置增加种群的多样性，并引入自适应权重因子更新蝙蝠位置；最后，基于位置评估函数对目标位置进行迭代搜索，实现快速厘米级定位。实验结果表明，所提算法的中值定位误差为 7.74 cm，且实时性比基于中国剩余定理（CRT）的传统定位算法提升了12倍。

基于水声扩频信号的空时分簇DoA估计算法

周锋, 张宝胜, 张文博

2022, 43(8): 100-108. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022164

摘要 ( 205 )

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为了解决波达方向估计稳定性差、分辨率低、低信噪比下性能下降严重等问题，针对水声扩频信号提出了一种空时分簇波达方向估计算法。该算法利用时频二维搜索的思想，将常规波束成形和扩频序列结合，设置角度间隔搜索水声扩频信号的入射角度和到达时延，将空间谱上升至时延-角度谱，使其保持较高的分辨率。利用扩频序列的特性，使空时分簇波达方向估计具有抗干扰和低信噪比下稳健工作的能力。仿真与水池实验结果证明，与传统波达方向估计算法相比，所提算法在抗干扰性、分辨率、抗噪声方面具有更好的性能，同时不需要信源数估计以及角度预估计，具有更加稳健的性能。

基于BB84态的量子匿名一票否决协议

石润华, 于辉, 柯唯阳, 徐小桐

2022, 43(8): 109-120. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022157

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为了构造无条件安全的一票否决协议，首先定义了一个安全多方计算原子协议，即安全多方析取。借助量子云，提出了量子安全多方析取协议，使用BB84态作为量子资源，且只需单光子操作和测量。针对现有绝大多数量子投票协议需对高维空间粒子执行复杂的操作和测量从而导致可实现性较差的缺陷，利用所提出的量子安全多方析取协议来解决一票否决投票问题，提出了基于量子云的量子匿名一票否决协议。进一步，对协议去中心化处理，提出了一种不需要第三方协助的量子匿名一票否决协议。相较于目前类似协议，所提协议所需量子资源少且操作简单，具有较好的可实现性。在半诚实模型下，对所提协议进行了安全性证明，利用量子完备加密和经典一次一密进行秘密信息编码，保证了协议的无条件安全，既满足了一票否决场景下的投票需求，又保护了投票者的绝对隐私。最后，使用IBM Qiskit进行了仿真实验，实验结果验证了所提协议的正确性和可行性。

基于深度强化学习的可见光定位通信一体化功率分配研究

马帅, 李兵, 盛海鸿, 谷荣妍, 周辉, 王洪梅, 王悦, 李世银

2022, 43(8): 121-130. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022163

摘要 ( 291 )

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为了实现定位通信一体化功率分配，提出了一种基于深度强化学习的可见光定位通信（VLPC）一体化系统的功率分配方案。首先，提出了定位通信一体化帧结构设计；其次，利用定位信息实现了信道状态信息的估计，并推导了定位误差的克拉美罗下界（CRLB）；再次，阐明了定位精度和通信速率的内在耦合关系；最后，提出了基于深度确定性策略梯度的VLPC动态功率分配方案。仿真结果表明，所提方案可同时实现高精度定位和高速通信。

基于公平盲签名和分级加密的联盟链隐私保护方案

张学旺, 黎志鸿, 林金朝

2022, 43(8): 131-141. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022162

摘要 ( 301 )

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为了解决联盟链应用场景中身份信息、交易数据存在的安全隐患，以及单级加密方法耗时的问题，提出了一种基于公平盲签名和分级加密的联盟链隐私保护方案。一方面，考虑公平盲签名方案存在中心化强、安全性差的缺陷，结合零知识证明技术对其重新设计，使之适用于联盟链应用场景；另一方面，基于 Paillier 同态加密算法，设计出可监管的分级加密方法。安全性分析及仿真实验结果表明，所提方案在实现对加密后的交易数据信息监管的同时，减少了加解密过程的时间开销；能有效抵抗篡改、窃听等恶意攻击，并使加密效率明显提升。

车联网环境下可重构智能反射面辅助无线信道估计算法

曾嵘, 杭潇

2022, 43(8): 142-150. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022150

摘要 ( 340 )

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针对上行链路车联网环境下可重构智能反射面（RIS）辅助多用户的信道估计问题，提出了一种基于位置信息辅助的压缩感知信道估计算法。首先，基于通信设备位置信息，搭建单RIS辅助单用户通信模型，根据波束出发角（AOD）与到达角（AOA）的逻辑关系推导了最优相移矩阵，然后根据获得的相移矩阵，基于压缩感知理论构建了感知矩阵并进行信道估计，最后扩展到多用户场景下迭代求解。基于车联网技术获得的位置信息求解最优RIS相移矩阵，减少了信道额外的训练开销，进一步降低了信道估计的复杂度。仿真结果表明，所提算法具有较高的信道估计性能。

基于社交网络的影响力最大化算法

王璿, 张瑜, 周军锋, 陈子阳

2022, 43(8): 151-163. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022152

摘要 ( 385 )

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影响力最大化问题研究在给定传播模型下如何选取社交网络中的一组种子用户，使信息通过这些用户实现最大范围的传播。现有算法主要存在2个问题：一是由于影响范围有限、时间复杂度高，难以适用于大规模社交网络；二是仅局限于特定传播模型，只能解决单一类型社交网络下的影响力最大化问题，当使用在不同类型社交网络上时效果较差。对此，基于2个经典影响力传播模型，结合反向影响采样技术，提出一种高效的影响力最大化（MTIM）算法。为验证MTIM算法的高效性，将其与IMM、TIM和PMC等贪心算法，以及OneHop和Degree Discount等启发式算法在4个真实社交网络上进行对比实验，结果表明MTIM算法能够提供 $(1 - \frac{1}{e} - ε)$ 近似保证，显著扩大影响范围，并有效提高运行效率。

NDN中边缘计算与缓存的联合优化

张宇, 程旻

2022, 43(8): 164-175. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022160

摘要 ( 261 )

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命名数据网络（NDN）基于内容名称进行路由，且节点配备一定的缓存能力，故在架构上更易与边缘计算结合。首先，提出一个在 NDN 中实现网络、计算和缓存动态协调的综合框架。其次，针对不同区域内容流行度的差异性，提出基于矩阵分解的局部内容流行度预测算法；以最大化系统运营收益为目标，利用深度强化学习解决计算和缓存资源分配以及缓存放置策略的联合优化问题。最后，在ndnSIM中构建仿真环境，实验证明所提方案在提高缓存命中率、降低平均时延和远程服务器负载等方面具有明显优势。

基于交易构造和转发机制的区块链网络隐蔽通信方法

熊礼治, 朱蓉, 付章杰

2022, 43(8): 176-187. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022161

摘要 ( 251 )

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针对现有存储型区块链网络隐蔽通信方案存在含密交易多副本、永久存储的问题，以及现有时间型方案隐藏容量低的问题，提出了一种基于交易构造和转发机制的区块链网络隐蔽通信方法。首先发送方借助交易构造机制创建无效交易，并将秘密信息嵌入其中，再利用交易转发机制向邻居节点发送无效交易，形成隐蔽通信信道模型，使含密交易在节点间传播且不存于区块链账本中，达到信息隐蔽安全传输的目的。实验结果表明，传输容量高于现有方案，单次通信时间减少至2.5 s。

车联网通信感知一体化研究：现状与发展趋势

程翔, 张浩天, 杨宗辉, 黄子蔚, 李思江, 余安澜

2022, 43(8): 188-202. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022137

摘要 ( 1639 )

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车联网作为未来智能交通系统中最重要的组成部分，是实现智慧出行、智慧交通的重要技术之一。随着感知与通信两功能的蓬勃发展与开发利用，通信感知的融合设计，即车联网的通信感知一体化技术，成为当下的研究热点，对智能交通系统的发展具有重要意义。首先，定义和区分了车联网通信感知一体化系统的2种融合模型，即功能融合和信号融合。然后，分别针对2种不同的融合模型对现有工作进行了全面的回顾和梳理。最后，提出了车联网通信感知一体化设计的未来发展方向以及面临的技术挑战。

无线隐蔽通信容量限与实现技术综述

陈炜宇, 骆俊杉, 王方刚, 丁海洋, 王世练, 夏国江

2022, 43(8): 203-218. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022153

摘要 ( 457 )

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梳理无线隐蔽通信与相关概念的区别和联系，聚焦基于假设检验理论和信息论的无线隐蔽通信研究，介绍了基本研究模型与具体模型分类，分容量限和实现技术两部分对现有工作进行综述。前者依据极限速率的量级，将极限速率揭示工作分均方根速率和非零正速率两类进行综述；后者依据应用场景的不同，对无线隐蔽通信系统性能分析与实现方案优化工作进行分类和综述。最后，探讨了具有高价值的潜在研究方向。

基于预测误差位平面压缩的密文图像可逆信息隐藏

吴友情, 马文静, 殷赵霞, 彭银银, 张新鹏

2022, 43(8): 219-230. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022149

摘要 ( 354 )

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为进一步提升密文图像可逆信息隐藏算法性能，提出预测误差位平面联合编码无损压缩算法，可更充分地利用图像冗余，以预留更多可嵌入空间。图像所有者首先计算图像的预测误差，将预测误差位平面划分为相同大小的非重叠块，接着将其按块进行重新排列，利用游程编码和哈夫曼编码压缩重排后的比特流以预留空间。信息隐藏者在加密图像的预留空间中嵌入信息。在接收端，合法接收者能无损并可分离地提取信息和恢复图像。实验结果表明，所提算法充分利用位平面分布特性，获得了高嵌入性能，在BOSSbase和BOWS-2图像集中平均嵌入率达到3.763 bpp和3.642 bpp，比同类算法至少提升0.081 bpp和0.058 bpp。

基于SDR的快跳频通信系统方案及实验

文成玉, 廖聪慧, 熊航, 杜鸿

2022, 43(8): 231-238. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022155

摘要 ( 255 )

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为解决现有快跳频通信系统依赖卫星授时的问题，提出一种基于软件定义无线电（SDR）的快跳频方案。首先，采用真随机序列对调制信号执行跳频运算，并通过信道下变频、低通滤波和幅度峰值检测运算获得跳频表；其次，根据解跳后基带信号正交解调幅度峰峰值分布特性搜索精确起跳点；最后，对信号执行下变频并检查正交解调幅度峰峰值是否超过阈值，从而实现解跳。实验使用两台通用 SDR 设备，按照每个符号周期 4 跳的跳速，在有其他连续信号的实际信道中进行通信实验，验证了所提方案的有效性和适应性。

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