通信学报

数据要素流通与安全的研究范畴与未来发展趋势

李凤华, 李晖, 牛犇, 邱卫东

2024, 45(5): 1-11. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2024106

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针对数据从信息技术时代的受控共享向数据技术时代的数据要素泛在流通演化的趋势，分析了数据共享与数据要素流通的差异，阐述了什么样的数据才能成为数据要素，提出了数据成为数据要素所必须具有的6个属性，定义了数据要素流通模型及主要环节，明确了数据要素流通的研究范畴，梳理了数据要素流通研究范畴的相关概念，厘清了研究范畴所涵盖的关键核心技术，并对未来需要突破的关键技术进行了展望。

通算存智一体协同的未来网络模型

胡玉姣, 黄韬, 贾庆民, 谢人超, 刘韵洁

2024, 45(5): 12-28. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2024089

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针对智能时代多样化多形态业务对未来网络按需、精准、高效服务的诉求，提出了一种通算存智一体协同的网络模型（3CI-CoNet）。首先以通信技术连接计算设备与存储设备，构建网内计算和网内存储的硬件底座，然后在底座上部署智能网络模型及算法，为网内业务构建智能的网络环境，同时链接与行业/应用相关的智能设备、平台及算法，为新兴应用提供智能的网络服务，保障各业务的有序高效运行。设计了3CI-CoNet的层次化功能架构，包含基础资源层、智能接入层、按需服务层和业务表达层，各层次间相辅相成，协同构建了智能的网络环境和网络服务。进一步，结合自动驾驶和智能制造中的典型场景，论述了3CI-CoNet及其功能架构、运营机制对多形态业务高效运行的支撑作用，阐述了3CI-CoNet在智能时代的推广和应用价值。以智能制造中多AGV按需调度业务场景为原型，通过将3CI-CoNet与其他网络模型相对比，定性定量论证了3CI-CoNet对提升业务效能具有积极作用。最后，总结了3CI-CoNet的未来发展趋势和面临的技术挑战。

基于列车先验信息的RIS-MIMO系统鲁棒波束成形算法

张泽鹏, 李翠然, 吴昊, 谢健骊, 许琼

2024, 45(5): 29-43. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2024095

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针对高移动性场景中完美信道状态信息（CSI）难以获取导致的智能超表面多输入多输出（RIS-MIMO）系统主被动波束成形算法性能恶化的问题，构建了RIS辅助的高铁毫米波MIMO中继通信模型。首先，在列车位置信息不完全的情况下，估计并推导了RIS-车载移动中继（MRN）之间视线战略（LOS）路径角度估计误差的统计特性；其次，对毫米波MIMO系统的中断性能进行了研究，给出了以信道容量作为中断判决的中断概率表达式；最后，将优化问题建模为5G基站（gNB）发射功率约束的中断概率最小化问题，提出了一种基于黎曼共轭梯度下降的复圆流形优化算法并求解该问题。仿真结果表明，与现有算法和传统的无RIS系统以及RIS随机相位调节下的高铁通信系统相比，所提算法具有更快的收敛速度和更高的系统鲁棒性。

面向软件定义互连系统的多协议交换电路

董春雷, 沈剑良, 李沛杰, 王盼, 薄光明, 路凯

2024, 45(5): 44-53. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2024076

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为满足软件定义互连系统中异构协议融合互连的需求，提出一种两级多协议交换电路，该电路通过融合共享缓存与Crossbar这2种交换架构，实现对多种异构协议的报文转发需求的兼顾。同时，提出一种基于时隙的多级仲裁调度方法，实现调度过程中时间与空间的解耦。仿真结果表明，所设计的交换电路能够弹性适应绑定模式变化引起的交换规模及端口缓存、端口带宽需求变化，缓存资源利用率相较传统组合输入输出排队（CIOQ）架构最高提高87.5%，转发时延低至数十纳秒，不仅适用于RapidIO、光纤通道（FC）、Ethernet、外设部件互连快速总线（PCIe）单一协议交换，而且适用于多种协议组合的混合协议交换。

M-RSF：面向Unikernel的一种多级反馈队列任务调度机制

董博南, 杨秋松, 李明树

2024, 45(5): 54-69. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2024061

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Unikernel作为云计算领域的前沿技术，具有启动速度快和资源占用少的特点。但是，在云环境大规模任务调度场景下，目前Unikernel缺少根据其任务特点所定制的调度机制，这阻碍了Unikernel进一步发挥其性能优势。针对此问题，首先总结了Unikernel的任务特点。在此基础上，提出了一种新的面向Unikernel的多级反馈队列调度机制M-RSF及其数学模型，在不影响Unikernel结构特点的前提下，能够更有效地对云环境下Unikernel的任务进行调度。同时，基于对任务特性的深入分析，提出了一种新的负载模型，该负载模型不仅可以准确刻画Unikernel的任务特点，还可以为M-RSF中调度策略的参数设置较合理的取值。最后，对M-RSF调度机制在OSv Unikernel上进行了实现和验证，实验结果表明，M-RSF可以有效减少OSv Unikernel在大规模任务调度时的平均等待时间和平均周转时间，相比于未经改动的OSv Unikernel，平均等待时间和平均周转时间减少达15%以上。

基于改进型LBP译码的LDPC码稀疏校验矩阵重建

张天骐, 李春运, 吴仙越, 吴云戈

2024, 45(5): 70-79. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2024097

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针对LDPC码稀疏校验矩阵重建问题，基于改进型LBP译码的思想提出了一种高误码率下的LDPC码稀疏校验矩阵重建算法。首先，从码字矩阵中随机抽取部分比特构建码字分析矩阵，并对其做高斯消元求对偶空间；其次，通过判定对偶空间向量是否稀疏，提高了后续疑似校验向量判定的效率；最后，在接收码字个数不足时，利用已知校验向量结合改进型LBP译码方法纠正错误码字，加快LDPC码稀疏校验矩阵的重建速度，提高重建性能。仿真结果表明，所提算法在高误码率0.004 5的条件下，对于IEEE 802.11n协议下的(648,324)LDPC码，相比于现有算法，稀疏校验矩阵重建率提升了52.16%，可达到92.28%。

能量感知的点云视频流传输与边缘卸载联合优化

刘威, 朱雨乐, 付晨, 王希

2024, 45(5): 80-89. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2024098

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针对点云视频流媒体传输需要调度各类计算和传输资源，而现有工作较少考虑终端显示设备的计算任务带来的能耗问题，提出了一种移动边缘计算辅助的点云视频流传输方案，根据接入带宽和点云视频内容将部分计算任务从终端卸载到边缘完成。该方案建立了一个联合优化模型，在网络资源、终端和边缘算力资源的约束下，最大化用户观看体验收益并最小化终端设备能耗。实验表明，相比于对比方案，所提方案在不同条件下均可提升用户观看质量并降低终端设备能耗。

基于拟牛顿法的深度强化学习在车联网边缘计算中的研究

章坚武, 芦泽韬, 章谦骅, 詹明

2024, 45(5): 90-100. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2024101

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为了解决车联网中由于多任务和资源限制导致的任务卸载决策不理想的问题，提出了拟牛顿法的深度强化学习双阶段在线卸载（QNRLO）算法。该算法首先引入批归一化技术优化深度神经网络的训练过程，随后采用拟牛顿法进行优化，有效逼近最优解。通过此双阶段优化，算法显著提升了在多任务和动态无线信道条件下的性能，提高了计算效率。通过引入拉格朗日算子和重构的对偶函数，将非凸优化问题转化为对偶函数的凸优化问题，确保算法的全局最优性。此外，算法考虑了车联网模型中的系统传输时间分配，增强了模型的实用性。与现有算法相比，所提算法显著提高了任务卸载的收敛性和稳定性，并能有效处理车联网中的任务卸载问题，具有较高的实用性和可靠性。

基于行为克隆的高通量卫星通信频谱资源分配

秦浩, 李双益, 赵迪, 孟昊炜, 宋彬

2024, 45(5): 101-114. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2024100

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为应对在高通量多波束卫星系统中，随着波束数量和用户规模的扩大，频谱资源分配问题的维度急剧增加和求解复杂度呈指数级上升这一挑战，提出了一种结合行为克隆与深度强化学习的两阶段算法。第一阶段基于行为克隆，利用已有卫星资源分配决策数据对策略网络进行预训练，通过模仿专家行为减少盲目探索，加快算法收敛。第二阶段基于近端策略优化，进一步优化策略网络，并通过引入卷积注意力模块有效地提取用户业务状态特征，以提升算法整体性能。仿真结果表明，所提算法在收敛速度和算法稳定性方面均优于其他基准算法，并在系统时延、系统平均满意度和频谱效率等性能指标上表现更佳。

基于增强梯度算子的软阈值宽带频谱感知算法

巩克现, 房家乐, 刘宏华, 孙鹏, 王玮

2024, 45(5): 115-127. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2024096

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为了改善信号梯度特征对幅度的损失以及寻求描述信号的最佳尺度问题，提出了一种基于增强梯度算子的软阈值宽带频谱感知算法。通过引入梯度增强算子还原信号幅值特征，结合信号本身梯度特征，使用不同的尺度描述信号梯度增量，得到软阈值判据，进一步加入尺度融合单元，利用硬阈值加软阈值联合判断的方法，得到描述信号的最佳尺度。理论分析和仿真实验结果表明，在高斯信道和瑞利衰落信道下，相较于MPSG算法，所提算法的检测概率和虚警概率均有明显改善，且复杂度更低。通过对比实测数据的检测效果，所提算法更适用于实际工程中。

面向车联网通勤的双阶段认证密钥协商协议

张海波, 余艺, 王冬宇, 贺晓帆

2024, 45(5): 128-139. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2024084

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针对通勤车辆在车联网中向路边单元（RSU）获取服务的安全与效率问题，提出了一种双阶段的认证密钥协商协议。在初始认证阶段，利用车辆、RSU和可信机构（TA）间协商的3个独立会话密钥，保障2个实体间传输的隐私不被第三方实体窃取。在快速认证阶段，车辆和RSU间利用车辆旅行时间表高效地完成相互认证。协议支持车辆匿名与匿名追溯，且能防止通勤路线等隐私泄露。此外，通过随机预言机证明了协议的安全性。仿真结果表明，在典型通勤场景下，所提方案比同类方案降低了59.35%的计算开销和44.21%的通信开销。

基于FPGA的SM4算法高效实现方案

张宏科, 袁浩楠, 丁文秀, 闫峥, 李斌, 梁栋

2024, 45(5): 140-150. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2024053

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针对SM4算法的FPGA实现方案存在数据处理速度不够高和逻辑资源占用过高的问题，提出了基于现场可编程门阵列（FPGA）的高性能、低资源消耗的SM4算法实现方案。所提方案采用循环密钥扩展与32级流水线加解密相结合的架构，循环密钥扩展的方式降低了逻辑资源消耗，32级流水线加解密的方式提高了数据吞吐率。同时，所提方案采用代数式S盒并通过合并线性运算以及在不可约多项式的合并矩阵中筛选最优矩阵运算的方式进一步减少S盒变换的运算量，从而达到降低逻辑资源占用与提高工程数据吞吐率的目的。测试结果显示，该方案比现有最佳方案在数据吞吐率上提升了43%，且资源占用率降低了10%。

NDN-Ad Hoc网络中基于多属性决策的可靠转发策略

韩江萍, 汪浩东, 杨佳宇, 薛开平, 李健

2024, 45(5): 151-164. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2024085

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为了应对传统自组织网络高度动态拓扑、短寿命连接等特性导致的传输失效问题，基于命名数据网络（NDN）架构，设计了一种联合链路稳定性和内容可达性的可靠转发（RF-LSCA）策略。该策略基于多属性决策方法，综合考虑链路持续时间、节点间距离和内容可达性3个关键属性，从而更加精确地选择最优转发节点，提升了内容传输性能；此外，鉴于单一最优路径可能存在的不稳定性，该策略进一步将决策模型与概率转发思想相结合，设计了兼具低开销与高可靠性的冗余转发机制。这一设计充分利用了NDN的多路径特性，以保障移动环境下的内容传输性能。通过仿真实验验证，所提RF-LSCA在内容获取平均时延、平均跳数、内容满足率等多个关键性能指标上优于现有策略，充分证明了其在提高NDN-Ad Hoc网络传输效率方面的优越性。

面向工业物联网的区块链高效拜占庭容错共识算法

李凤岐, 宋晴晴, 徐辉, 杜学峰, 高嘉隆, 佟宁, 王德广

2024, 45(5): 165-177. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2024090

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鉴于工业物联网多样性终端存在作恶风险，为满足共识过程中对高效率和安全可容错的需求，提出了基于信誉积分与双层动态的实用拜占庭容错（CD-PBFT）高效共识算法。信誉积分模型确保良好节点参与共识，移除故障节点；双层架构实现交易验证和读写操作的并行；自适应主节点算法随机选取信誉值高节点作为主节点并确保其安全性。实验结果表明，CD-PBFT在保持安全性与活性的基础上，相较于PBFT，网络交易时延平均降低34.8%，吞吐量平均提高25.2%，实现了对效率与安全容错性的双重要求。

特征分离和非阴影信息引导的阴影去除网络

黄颖, 房少杰, 程彬, 姜茂, 钱鹰

2024, 45(5): 178-190. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2024099

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为了解决现有阴影去除方法中存在的性能瓶颈以及去除结果产生的色差问题，构建了一个特征分离和非阴影信息引导的阴影去除网络（FSNIG-ShadowNet）。在分离和重建阶段，利用自重建监督将阴影图像分离成直射光和环境光两部分，对光照类型和反射率进行特征解耦分离，设计解码器对分离的特征进行重新耦合以获得无阴影图像。在细化阶段，该网络关注阴影和非阴影的邻接区域，设计局部区域自适应归一化模块将局部非阴影区域颜色先验传递至阴影区域以减少两区域间的色差。实验结果表明，所提FSNIG-ShadowNet与其他优秀的方法相比取得了较有竞争力的结果。

面向社交网络的异常传播研究综述

卢昆, 张嘉宇, 张宏莉, 方滨兴

2024, 45(5): 191-213. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2024045

摘要 ( 118 )

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异常传播是当今在线社交网络中频繁出现的一种非传统的信息传播模式。为了完整地认知社交网络中异常传播的整体过程，将异常传播生命周期系统归纳为潜伏期、扩散期、高潮期和衰退期4个阶段。针对异常传播在不同阶段所存在的科学问题，从微观和宏观视角分别定义和划分了异常信息、异常用户以及异常传播、传播抑制4个当前热门的研究领域，详细综述了当前4个研究领域下的主要研究任务以及相关研究进展，并分析了现有方法存在的问题，对社交网络异常传播领域的未来研究方向进行了展望，为后续研究提供便利。

STAR-RIS辅助的NOMA系统物理层安全性能优化

李美玲, 王玉旻, 王思敬, 张海君

2024, 45(5): 214-225. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2024094

摘要 ( 65 )

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针对实际通信场景中非理想信道状态信息以及非理想串行干扰删除等非理想因素的强耦合特性使可同时反射和透射的可重构智能超表面（STAR-RIS）辅助的非正交多址接入（NOMA）传输系统安全性能无法准确衡量的问题，提出了基于惩罚对偶分解（PDD）和块坐标下降（BCD）的融合算法，联合优化基站的波束成形矢量和STAR-RIS相移系数，实现系统最低安全传输速率的最大化。结果表明，所提融合算法相比BCD算法可以明显增加最低安全传输速率，性能至少提升10%。

ADAFT：SDN大规模流表的适应性深度聚合存储架构

熊兵, 袁月, 赵锦元, 赵宝康, 何施茗, 张锦

2024, 45(5): 226-238. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2024059

摘要 ( 53 )

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为解决软件定义网络（SDN）数据平面中的三态内容可寻址存储器（TCAM）资源紧张问题，提出了一种基于内容表项树的SDN流表深度聚合方法，进而构建一种SDN大规模流表的适应性深度聚合存储架构ADAFT。该架构放宽了聚合表项之间的汉明距离要求，构建内容表项树聚合动作集不同的流表项，显著提高了流表聚合程度。设计了一种TCAM装载率感知的内容表项树动态限高机制，以降低流表查找开销。同时，提出了一种TCAM装载率感知的表项聚合适应性选择策略，以均衡流表聚合程度和查找开销。实验结果表明，ADAFT架构的流表压缩率明显高于现有方法，最高可达65.74%。

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