通信学报

面向多层多域巨型星座的卫星网络拓扑控制

徐晓帆, 章跃跃, 曹馨悦, 缪馨, 燕锋, 杜平

2024, 45(7): 1-9. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2024136

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针对巨型星座单星任务的时变性以及由此产生的负载过重、单节点脆弱性以及网络控制平面的高可靠性需求，研究面向多层多域巨型星座的卫星网络拓扑控制，提出了一种基于北斗网格位置码的多层多域拓扑描述模型。首先给出了域、层、片、元相关概念及其定义，以实现对卫星节点和星间链路的拓扑特征的统一表征，刻画卫星节点的连通状态以及整个星座的网络拓扑结构；然后设计了一套以在轨控制器为核心、以地面网络控制为辅助的拓扑控制架构，用于提供常态化运行服务保障；最后通过仿真平台对巨型星座子域划分和统一表征进行了验证分析。仿真结果表明，所提拓扑描述模型能够提高巨型星座卫星网络拓扑控制过程的实时性与准确率。

低地球轨道卫星星座地球固定足印模式覆盖域切换方法

齐晓鑫, 宋宝军, 李勋

2024, 45(7): 10-20. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2024103

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在低地球轨道卫星星座中，当采用地球固定足印模式时，波束在覆盖域之间的切换会影响对地覆盖的仰角，进而影响通信质量。针对地球固定足印模式下的覆盖域切换问题，提出了一种覆盖域切换方法。首先，设计了覆盖域划分机制，使覆盖域拓扑保持规则性；然后，以最大限度地增大波束对地面的最小仰角为目标，设计了切换时刻选择机制和目标覆盖域选择机制。所提方法考虑了极轨星座和倾斜轨星座的差异，同时支持2种星座。以OneWeb和Telesat星座为仿真场景，验证了所提方法。仿真结果表明，所提方法能够有效增大波束对地面覆盖的最小仰角，从而有助于提升链路质量。

基于终端流量预测的低地球轨道卫星互联网资源分配策略

沈斐, 吕承丞, 张嘉璇, 阮小婷

2024, 45(7): 21-36. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2024049

摘要 ( 181 )

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针对地面网络存在覆盖盲区和卫星网络通信资源利用率低等问题，提出了基于终端流量预测的低地球轨道（LEO）卫星互联网资源分配策略。该策略利用真实数据集提出改进LSTM-ARIMA算法，准确预测地面区域未来一定时间内产生的数据流量，通过Stackelberg博弈构建差分化数据传输和任务卸载2种通信模型。综合考虑数据处理时延和能耗，通过求解纳什均衡，得到用户通过LEO卫星互联网传输数据或卸载任务的最优比率，以及卫星提供网络服务的最优定价。仿真结果表明，所提策略在数据传输服务中收益能提高约40%，在任务卸载服务中收益能提高约50%。

基于决策性能评估的多波束低地球轨道卫星网络资源分配算法

王朝炜, 庞明亮, 王粟, 赵玲莉, 高飞飞, 崔高峰, 王卫东

2024, 45(7): 37-47. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2024040

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为了解决多波束低地球轨道（LEO）卫星波束间同频干扰、频谱短缺、业务量分布不均等问题，针对单一决策网络缺乏自我修正能力、容易陷入局部最优解、无法充分考虑长期影响等弊端，提出了一种基于决策性能评估的资源分配算法。该算法引入不同用户的业务满足指数来衡量系统的公平性，在考虑公平性的前提下优化系统的吞吐量性能，并将该优化问题建模为多目标优化问题。将具有时间相关性的连续资源分配过程建模为马尔可夫过程，提出基于决策性能评估的网络资源分配算法来解决该问题。所提算法可以根据评估网络的评估结果调整决策网络参数，从而优化资源分配方案，同时更新评估网络自身参数。通过迭代优化的方式，实现决策网络的准确预测。仿真结果表明，所提算法在吞吐量性能和公平性方面优于传统资源分配算法。

低地球轨道卫星边缘计算场景中任务卸载与资源分配联合优化算法

夏玮玮, 胡静, 宋铁成

2024, 45(7): 48-60. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2024135

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针对低地球轨道（LEO）卫星边缘计算场景中地面用户计算任务的卸载需求，提出联合卸载与资源分配优化（JORAO）算法。考虑到LEO卫星的有限覆盖时间，以最小化所有地面用户的平均服务时延为目标，联合优化卸载策略、LEO卫星的通信和计算资源分配。将任务卸载与资源分配的联合优化问题分解为卸载决策和资源分配子问题，使用交替优化方法，获得原始优化问题的次优解。对于任务卸载决策子问题，将其建模为联盟博弈模型，当博弈达到纳什均衡时，获得最小化平均服务时延的地面用户卸载策略；对于资源分配子问题，使用拉格朗日乘子法获得最优的通信和计算资源分配结果。此外，还证明了所提算法的收敛性和稳定性。仿真结果表明，所提算法具有良好的收敛性，能显著降低地面用户的平均服务时延和提高任务卸载成功率。

LEO星座边缘计算网络中的动态计算卸载策略

高玉芳, 姬智, 赵康僆, 李文峰, 胡佩聪

2024, 45(7): 61-69. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2024065

摘要 ( 143 )

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在卫星边缘计算网络中，当过多用户通过同一信道接入卫星时，产生的同信道干扰会导致边缘计算性能下降。为了解决该难题，在动态环境低地球轨道（LEO）星座边缘计算网络的系统模型下，提出了一种基于随机博弈的多用户计算卸载策略。在考虑用户的自私性、星地信道的随机特性和地面用户接入的动态特性的前提下，从博弈论的角度，将动态环境下地面用户的卸载决策过程表述为随机博弈，证明了所制定的随机博弈等价于具有至少一个纳什均衡（NE）的加权势博弈，并且NE最小化系统开销。为了在动态环境下以分布式方式达到NE，基于随机学习设计了一种智能随机学习算法，以高效达到所提随机博弈的NE。仿真结果表明，与基准算法相比，所提算法能够显著降低同信道干扰和系统开销，并达到接近最优的性能。

基于信道建模的多层星地融合数据分配策略

宋宇杰, 曹越, 陈诺, 孙智立

2024, 45(7): 70-83. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2024127

摘要 ( 125 )

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为了解决空天地一体化网络中面临的星地链路切换效率低、数据分配不均、数据传输中断率高等问题，针对多层卫星架构的星地融合数据传输场景，提出了一种基于信道建模的多层星地融合数据分配策略。该策略考虑星地距离、自由空间路径损失、信道增益、剩余服务时间等因素，基于香农信道容量理论，构建信道模型感知的低地球轨道卫星服务能力量化模型，从而生成数据分配策略。考虑数据传输中断风险，依托数据交互历史信息，通过可靠性确认机制动态调整数据分配策略，以提升数据传输效率，实现中断避免的星地链路无缝切换。仿真结果表明，所提策略在投递率、平均投递时延与中断率方面均优于其他基准算法。

云环境下协同作业的密码服务优化调度算法

曹晓刚, 李凤华, 耿魁, 李子孚, 寇文龙

2024, 45(7): 84-100. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2024083

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针对云环境下密码按需服务中多个计算作业协同服务的需求，提出了多密码作业协同服务的调度算法，能够充分应对密码算法种类多、并发需求高、作业随机交叉和作业负载瞬时激增等云环境下的新挑战。考虑每个密码计算作业之间的依赖关系、密码作业的完成时间需求以及密码计算单元的最大算力，以最小化能耗、迁移成本和瞬时激增负载的适应度为优化目标，将多密码作业协同服务调度问题建模为多目标优化的作业流调度问题，并提出“选择-排序”两阶段调度算法，在选择阶段，采用改进NSGA-III算法为密码计算作业选择合适的计算单元，在排序阶段，根据作业紧迫程度决定执行顺序。仿真结果表明，所提调度算法在能耗、迁移成本和对瞬时激增的作业负载的适应度方面优于传统调度算法。

基于SDN的物联网边缘节点间数据流零信任管理

肖警续, 郭渊博, 常朝稳, 吴平, 杨晨立

2024, 45(7): 101-116. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2024060

摘要 ( 162 )

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针对物联网缺少对数据流传输链路中恶意交换节点检测与定位的有效手段，提出了一种基于软件定义网络（SDN）的物联网边缘节点间数据流零信任管理方法。该方法将SDN架构应用到边缘节点间数据流的传输过程，使用固定长度的报头开销对数据流、节点和路径进行零信任管理，实现轻量级的数据包转发验证和恶意交换节点定位功能。在转发路径中，交换节点对数据包进行安全验证并统计验证信息，保证数据流传输的安全性和路径的一致性。根据异常数据包类型，控制器采用二分法标记执行验证操作的交换节点，逐步缩小恶意交换节点的范围，实现对多类型恶意交换节点的定位。最后，对所提方法进行了仿真与评估。实验结果表明，所提方法引入小于10%的转发时延和低于8%的吞吐量损失。

基于相似性样本生成的深度强化学习快速抗干扰算法

周权, 牛英滔

2024, 45(7): 117-126. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2024131

摘要 ( 114 )

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为提高基于深度强化学习的通信抗干扰算法的学习效率，以更快适应未知干扰环境，提出一种基于相似性样本生成的深度强化学习快速抗干扰算法。该算法将基于互模拟关系的状态-动作对相似性度量与基于深度Q网络的抗干扰算法相结合，能在未知动态干扰环境下快速学习有效的多域抗干扰策略。算法在完成每步传输动作时，首先利用深度Q网络抗干扰算法与环境交互，获得实际的状态-动作对。然后，基于互模拟关系生成与之相似的状态-动作集，从而利用相似状态-动作集生成模拟的训练样本。通过上述操作，算法每步迭代能获得大量训练样本，可显著加快抗干扰算法的训练进程和收敛速度。仿真结果表明，在多路扫频干扰和智能阻塞干扰下，所提算法收敛速度快，且收敛后的归一化吞吐量均显著优于常规深度Q网络算法、Q学习算法以及基于知识复用的改进Q学习算法。

基于全概率公式的M-APSK误码率分析模型

郇浩, 任科学

2024, 45(7): 127-137. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2024126

摘要 ( 132 )

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为有效评估加性白高斯噪声信道中M-APSK的性能，提出了一种基于全概率公式的理论误码率分析模型。首先根据星座点分布及其编码特点对星座平面进行区域划分，然后由接收符号落在相应区域的概率推导出各比特的判决错误概率表达式，最后得到理论误码率的精确闭式解。以16APSK和32APSK为例，推导出了其各类星座图的理论误码率计算公式，与Monte Carlo仿真结果非常吻合。模型具有通用性，PSK、QAM、PAM、APSK等调制方式均可利用该模型得到理论误码率的精确闭式解。相较于依赖大量数值计算的复杂二维概率积分方法，所提模型能够更方便地给出M-APSK的误码率性能。

基于全光混沌注入双环电光相位反馈环的混沌保密通信系统研究

周雪芳, 王飞, 杨国伟, 毕美华, 许蒙蒙, 胡淼

2024, 45(7): 138-147. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2024125

摘要 ( 100 )

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针对现有混沌保密光通信系统时延特征隐藏所需反馈增益系数较大这一问题，设计了一种基于全光混沌注入双环电光相位反馈环的混沌保密通信系统。首先，由全光反馈产生光混沌并将其耦合至2个电光相位混沌反馈环中。然后，通过相位调制的方式实现信息与混沌载波的非线性耦合并参与混沌载波的生成。最后，在检测端通过光混沌同步实现信号的解密。借助MATLAB软件仿真分析了系统中混沌信号的复杂度、时延特征隐藏、同步性、鲁棒性和通信性能。仿真结果表明，所设计的混沌保密通信系统在较小的反馈系数时具有较高的复杂度且时延特征得到较好的隐藏。

基于主动欺骗的反勒索软件方法

陈凯, 马多贺, 唐志敏, DAI Jun

2024, 45(7): 148-158. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2024120

摘要 ( 120 )

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考虑到勒索软件对数据安全构成的严重威胁及其攻击手段的日益智能化和复杂化，针对传统防御方法的局限性，提出了一种基于主动欺骗的反勒索软件方法。结合静态启发式算法和动态启发式算法对欺骗文件进行动态部署，在此基础上建立了基于主动欺骗的动态文件安全模型。针对不同风险级别的勒索软件，采用不同的策略生成动态欺骗文件，通过模拟真实数据的特征来迷惑勒索软件，使其无法区分真实数据和欺骗数据，从而保护用户的真实数据不被加密或破坏。实验结果表明，所提方法有效增加了文件的动态性、多样性和欺骗性，大幅扩展了数据攻击面的转换空间，能够有效地抵御勒索软件攻击。

基于级联编码的区块链分片存储方案

田有亮, 黄钰清, 王帅

2024, 45(7): 159-170. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2024114

摘要 ( 136 )

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传统区块链存在存储可扩展性难题，现有研究基于纠删码理论降低了区块链存储开销，但在区块的译码恢复时会带来高额的计算与通信开销。为解决以上难题，提出了一种基于级联编码的区块链分片存储方案。通过添加预编码层改进现有无码率纠删码，实现了 $Ο n$ 的编译码复杂度。考虑译码过程中节点间的通信时延差异，提出了基于Metis的时延感知分片算法，通过时延权重决定节点的分片归属，降低译码过程中的通信开销。仿真结果表明，所提方案不仅保证了区块链数据可靠性而且所需的计算开销与通信开销也优于传统方案。

基于局部增强的中文医疗命名实体识别模型

陈晶, 邢珂萱, 孟伟伦, 郭景峰, 冯建周

2024, 45(7): 171-183. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2024117

摘要 ( 101 )

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医学实体的识别往往受到其相邻上下文的影响，目前的命名实体识别方法通常依赖于BiLSTM捕捉文本中的全局依赖关系，缺乏对字符之间局部依赖关系的建模。针对这一问题，提出了一种基于局部增强的中文医疗命名实体识别模型LENER。首先，LENER使用包括字音、字形和语义在内的多源信息来丰富底层字符表征。然后，结合相对位置编码对滑动窗口划分出的序列片段进行局部注意力计算，并通过非线性计算融合局部信息和BiLSTM得到的全局信息。最后，对识别出的实体头部和尾部进行组合，进而提取出实体。实验结果表明，LENER模型具有良好的实体识别能力，与其他模型相比，LENER模型的F₁值提升了0.5%~2.0%。

CDBS：基于CRYSTALS-Dilithium算法的盲签名方案

杨亚涛, 常鑫, 史浩鹏, 王伟, 王克

2024, 45(7): 184-195. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2024129

摘要 ( 150 )

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为了应对传统盲签名方案在用户端、签名方和验证者交互过程中无法抵御量子计算攻击的这一难题，以NIST选定的后量子数字签名算法CRYSTALS-Dilithium为基础框架，设计了一种新型抗量子计算攻击的盲签名方案CDBS。整体方案采用Fiat-Shamir签名结构，包括密钥生成、盲化、签名、去盲和验证5个阶段，方案内部结合拒绝采样技术防止密钥泄露，使用NTT算法优化多项式计算以提高签名和验证效率。分析表明，所提方案安全性依赖于模误差学习（MLWE）问题和小整数解（SIS）问题，同时满足正确性、盲性和不可伪造性。与其他基于格的盲签名方案相比，所提方案具有较高的安全性，且签名生成过程更高效，占用开销更小。在相同样本参数设置下，所提方案整体开销仅为MBS方案的67.1%。经软件测试验证，实现一次完整的盲签名和验证过程平均仅需657.65 μs。所提方案为CRYSTALS-Dilithium数字签名算法的拓展应用提供了参考。

RPKI去中心化安全增强技术综述

秦超逸, 张宇, 方滨兴

2024, 45(7): 196-205. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2024102

摘要 ( 145 )

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资源公钥基础设施（RPKI）搭建了中心层级化的IP地址资源认证基础设施。在增强互联网域际路由系统安全的同时，RPKI也将中心性引入路由系统。根据证书认证中心职能，提出RPKI体系中的认证中心、操作中心和发布中心，并从3个中心对RPKI去中心化安全增强技术综述。首先，从认证、操作和发布角度细化RPKI中心化风险。其次，从3个风险角度分类RPKI去中心化安全增强技术的技术思路和解决措施。再次，从安全性、可扩展性和增量部署分析比较相关技术。最后，总结存在的问题并展望未来的研究方向。

HEVC视频加密技术综述

叶清, 刘小兵, 荣里, 何俊霏, 张乔嘉

2024, 45(7): 206-222. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2024113

摘要 ( 149 )

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针对视频数据在传输和存储过程中存在被非法获取和恶意破坏的问题，从高效视频编码（HEVC）标准和加密技术出发，对HEVC视频编码标准下的加密技术进行综述。回顾了视频编码技术的发展历程，介绍了HEVC视频编码标准，讨论了视频加密技术常见攻击方法及性能评估指标，全面梳理与详细分析了不同视频加密技术性能及其优缺点，展望了视频加密技术的发展趋势，旨在为视频加密技术的研究和应用提供参考。

复杂场景下基于稀疏表示的多目标生命体征估计

王洪雁, 马嘉康, 黄梓峰

2024, 45(7): 223-234. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2024130

摘要 ( 123 )

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针对复杂室内场景下毫米波雷达难以对多个运动目标生命体征精确估计的问题，提出了一种复杂场景下基于稀疏表示的多目标生命体征估计方法。首先对回波数据进行预处理以获得目标场景点云；然后构建动态杂波抑制模型以滤除动态干扰；接着关联多目标数据并基于扩展卡尔曼滤波实现多目标跟踪进而提取多动目标胸腔相位信息；随后基于呼吸心跳的频域稀疏特性，提出数据驱动的自适应字典构建方法以实现呼吸心跳信号的有效分离；最后基于稀疏重构方法获得高精度的多目标生命体征估计。实际场景下大量测试结果表明，相较于现有主流生命体征估计方法，所提方法可实现复杂动态杂波场景下多目标生命体征的有效感知。

面向6G的网络架构建模、评估及优化

王晓云, 陆璐, 刘超, 施南翔, 张童, 潘筱涵

2024, 45(7): 235-249. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2024124

摘要 ( 202 )

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针对未来6G网络场景多样化、网络要素多元化等带来的网络架构设计和部署复杂度升高的难题，提出了一种基于数字孪生的6G网络架构建模、评估及优化方法。首先，对网络架构中的复杂要素进行系统分类，据此在数字孪生空间内建立包含业务域、逻辑域和物理域的三域模型；其次，利用超图理论对模型中的各域及其之间的复杂关系进行详细建模；再次，提出了网络架构熵的概念，并将其用于量化评估6G网络架构设计和部署方案的合理性；最后，提出了一种6G网络架构熵的构建方法，推导并形成了6G网络架构熵减的设计思路。仿真结果表明，所提架构熵减理论能够在不同场景下针对6G网络架构的设计和部署方案优劣进行量化评估，并给出优化设计的方向。

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