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    学术论文
    Virtual Scoping:轻量级可扩展的TSN时间同步精度测量方法
    孙寅涵, 孙志刚, 付文文, 李文超, 黄容
    2024, 45(9):  1-13.  doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2024165
    摘要 ( 164 )   在线阅读 ( 30 )   PDF下载 (6014KB) ( 146 )   可视化   
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    针对现有基于时钟脉冲的时间同步精度测量方法存在测量系统构成复杂、测量规模受仪器采集接口数量限制、测量数据无法支持实时网络管理控制等问题,基于时间敏感网络(TSN)集中式管控架构,提出了一种轻量级可扩展的时间同步精度测量方法Virtual Scoping(VS),能够在网络控制平面虚拟化示波器的功能。该方法定义了可用于精确测量同步精度的参数DriftTime,该参数由同步报文发送时间戳、驻留时延、链路时延等协议状态数据计算。最后在网络控制平面实现V-Scope工具并部署在基于OpenTSN开源项目搭建的原型系统进行实验。实验结果表明,V-Scope工具与专业测试仪的测量结果具有一致性。此外,以精度优化为例对VS方法在支持网络管理控制功能的可行性和优越性进行探讨和论证,设计实现了一种基于V-Scope的频差补偿算法,最高可将原型系统同步精度提升32.3%。

    基于可微分架构搜索的多载波信号自动调制识别
    李杰, 李靖, 吕璐, 宫丰奎
    2024, 45(9):  14-25.  doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2024164
    摘要 ( 152 )   在线阅读 ( 19 )   PDF下载 (4514KB) ( 110 )   可视化   
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    针对城市多径信道下缺乏多载波信号通用数据集,以及传统信号特征与网络模型难以有效识别低信噪比下失真信号调制类型的问题,提出一种基于可微分架构搜索的多载波信号自动调制识别算法。首先,产生了常见OFDM、FBMC与OTFS多载波信号经过典型城市多径信道的接收信号数据集,选取对调制参数不敏感的信号时频图作为特征向量来训练神经网络;其次,采用可微分架构搜索方法自动搜索最佳网络结构,避免了网络结构设计的反复验证工作;最后,在特征学习过程中引入联合注意力机制,将失真信号特征进行空间转换以降低多径干扰影响,同时计算特征图各通道信息权重并排序,以提升相关特征图通道的分类效果。仿真结果表明,所提算法不仅能提升在城市多径信道环境下尤其是低信噪比时的识别正确率,而且对调制参数变化和小样本场景具有更好的鲁棒性。

    基于分布式存储的外包EHR隐私保护分类审计方案
    张晓旭, 陈宇辰, 哈冠雄, 贾春福
    2024, 45(9):  26-39.  doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2024169
    摘要 ( 106 )   在线阅读 ( 21 )   PDF下载 (2361KB) ( 113 )   可视化   
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    随着电子医疗领域的发展,电子健康记录(EHR)常被外包到雾节点上进行分布式存储以提升可靠性。EHR中包含大量隐私信息,然而数据外包易造成安全隐患,可能破坏EHR的完整性与隐私性。为确保EHR的安全存储,提出一种高效的基于EHR分类的分布式数据完整性审计方案。该方案将分类标签与布隆过滤器相结合以提升审计效率,利用Shamir秘密共享完成分布式审计,采用属性基可搜索加密以保护EHR所属类别信息的隐私。实验结果表明,所提方案的通信开销和计算开销较低。

    面向学位/学历证书可信管理的可扩展类PBFT算法
    张学旺, 雷志滔, 林金朝
    2024, 45(9):  40-54.  doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2024144
    摘要 ( 82 )   在线阅读 ( 5 )   PDF下载 (3681KB) ( 77 )   可视化   
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    现有的学位/学历证书可信管理存在节点扩展的优化策略不足、未考虑节点差异性和吞吐量低等问题,“区块链+教育”为学位/学历证书的可信管理提供了一种解决方案。针对上述问题,提出一种面向学位/学历证书可信管理的可扩展类PBFT算法z-PBFT。该算法采用基于区域分组的分层设计,算法模型分为主区域和副区域节点簇,副区域内部采用局部共识机制;通过基于TOPSIS建模和熵值赋权法的加权随机选取分派策略评估节点性能,并选取共识委员节点集。实验结果表明,在大规模节点应用场景下,该算法在确保安全性的同时,具有更高的吞吐量和可扩展性。

    用于有界噪声时变矩阵计算的终端零化神经网络
    仲国民, 唐逸飞, 孙明轩
    2024, 45(9):  55-67.  doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2024166
    摘要 ( 106 )   在线阅读 ( 12 )   PDF下载 (5938KB) ( 92 )   可视化   
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    为提升零化神经网络(ZNN)求解时变矩阵计算问题时的收敛性能,提出一种具有抗噪能力的终端零化神经网络(TZNN)及其对数加速形式(LA-TZNN)。对误差动态的终态吸引性展开分析,结果表明所提网络在受到有界噪声干扰时仍能在固定时间内使误差归零,其中LA-TZNN可实现对数调节时间稳定,收敛速度相较于TZNN更快。考虑到实际情况中初始误差有界,给出半全局意义上的调节时间上界,并通过设置可调参数,使网络实现预定义时间稳定。将2种模型应用于时变矩阵求逆和PUMA560机械臂重复运动规划问题,仿真结果验证了所提方法相较于传统ZNN设计,调节时间更短,收敛精度更高,并能够有效抑制有界噪声干扰。

    STBM:安全可信的基于区块链的网络安全服务交易模型
    朴桂荣, 朱建明
    2024, 45(9):  68-81.  doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2024158
    摘要 ( 114 )   在线阅读 ( 10 )   PDF下载 (1755KB) ( 160 )   可视化   
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    为了应对传统网络安全服务交易模型面临的众多挑战,适应产业数字化发展的需求,克服网络安全服务交易不方便、不透明的困难,提出了一种安全可信的基于区块链的网络安全服务交易模型,为网络安全服务提供安全、高效和可控的交易方式。通过网络安全服务的分类和全生命周期管理,引入双链结构和智能合约,旨在提高网络安全服务的可追溯性、透明性和安全性。首先,对网络安全服务进行多维度的分类,包括使用权、许可权、控制权和所有权,有助于更清晰地理解和有效地管理这些服务。进一步,构建服务链,以实现网络安全服务的全生命周期管理,包括创建、发布、配置、运行、维护、更新和结束等关键阶段,从而提高网络安全服务的可追溯性和透明性。此外,构建交易链用于自动化的服务交易,形成先服务后支付模式,确保交易的安全性和完整性。最后,通过实例与实验验证了这些组件在网络安全服务交易中的有效性和可信性。

    低导频开销RIS辅助毫米波MIMO系统参数化信道估计方案
    李双志, 杨睿棋, 郭新, 黄赛
    2024, 45(9):  82-91.  doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2024157
    摘要 ( 106 )   在线阅读 ( 14 )   PDF下载 (2052KB) ( 90 )   可视化   
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    为了解决可重构智能超表面(RIS)辅助毫米波多输入多输出(MIMO)系统信道状态信息及时获取问题,提出了一种基于张量分解的信道估计方案。首先,通过使用少量无源反射单元和构建相移矩阵,设计了一种低导频开销的信道训练机制。然后,通过利用范德蒙德结构约束的张量典范平行因子分解,推导出一种非迭代的信道估计算法。理论分析表明,该方案的最小导频开销仅取决于反射链路子信道路径数乘积,且具有较低的计算复杂度。仿真结果进一步验证了所提方案相较于其他方法的优越性。

    信息年龄和能耗联合优化的无线体域网卸载和调度策略
    张政, 谢鑫, 柏桐, 林金朝, 李章勇
    2024, 45(9):  92-100.  doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2024148
    摘要 ( 107 )   在线阅读 ( 13 )   PDF下载 (2601KB) ( 71 )   可视化   
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    在无线体域网(WBAN)中,为保障生理数据的实时传输并降低节点能耗,提出了一种联合优化的卸载与调度策略。该策略通过选择在传感节点或Sink处理数据,最小化信息年龄(AoI)与能耗的加权和。为解决卸载和调度决策的强耦合问题,采用双层马尔可夫决策过程(MDP),并通过深度强化学习(DRL)应对维数灾难。仿真结果表明,DRL策略在性能上接近MDP,且在节点增加时,相较于RRG与EG策略,平均加权和分别降低约3.58%和24.9%,收敛速度约为MDP的2倍。

    基于预训练与新型时序图神经网络的智能合约漏洞检测方法
    庄园, 樊泽楷, 王诚, 孙建国, 李耀麟
    2024, 45(9):  101-114.  doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2024163
    摘要 ( 153 )   在线阅读 ( 16 )   PDF下载 (3810KB) ( 140 )   可视化   
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    针对现有深度学习漏洞检测方法对合约字节码特征挖掘不足、漏洞语义表征不精准,且传统图神经网络模型对合约语句的时序信息学习能力不足,提出一种基于预训练与时序图神经网络的智能合约漏洞检测方法。首先,通过预训练模型将智能合约字节码建模为漏洞语义感知的合约图结构。其次,结合自注意力机制,设计了一种新颖的基于事件驱动的时序图神经网络模型,实现对合约执行中时序信息的有效抽取。最后,聚焦于可重入漏洞、时间戳依赖漏洞以及Tx.origin身份认证漏洞,通过120 932份真实合约数据集进行大量的评估实验,结果表明所提方法的检测效果显著优于现有方法。

    基于样本信息熵辅助的深度强化学习抗干扰策略
    李刚, 吴麒, 王翔, 罗皓, 李良鸿, 景小荣, 陈前斌
    2024, 45(9):  115-128.  doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2024161
    摘要 ( 115 )   在线阅读 ( 8 )   PDF下载 (3863KB) ( 74 )   可视化   
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    针对深度强化学习驱动的智能化干扰,提出了一种基于样本信息熵辅助的通信抗干扰策略。首先,基于神经网络对抗干扰策略网络和熵预测网络进行设计;接着,利用短时傅里叶变换对接收信号处理所形成的频谱瀑布图作为样本,对抗干扰策略网络和信息熵预测网络进行训练;之后,利用信息熵预测网络对抗干扰策略网络的训练样本进行精细化筛选,以提高训练样本的质量,最终提高抗干扰策略的在线决策能力和泛化性能。仿真结果表明,在干扰方干扰策略更新频率不超过通信方40倍且最大干扰通道数为3的极端条件下,基于样本信息熵辅助的通信抗干扰策略仍可取得至少61%的成功率;同时,与其他几种对比抗干扰策略相比,所提通信抗干扰策略具有更快的收敛速度。

    基于FL的无蜂窝网络用户调度与功率分配策略
    王华华, 黄烨霞, 李玲
    2024, 45(9):  129-143.  doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2024159
    摘要 ( 105 )   在线阅读 ( 8 )   PDF下载 (2941KB) ( 104 )   可视化   
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    为解决无蜂窝网络系统中用户链路质量差异和通信、计算资源占用不平衡导致的联邦学习(FL)训练性能受限问题,设计了一个联合用户调度和功率分配的优化方案。首先,提出了一种低复杂度的基于资源优先的二次抽样用户调度(RPSS-US)算法,根据用户计算资源的可用性和链路质量选择用户,优先调度对系统容量和全局模型更新贡献较大的用户参与FL任务,提高整体训练性能。随后,提出了一种基于二分法的功率分配(BM-PA)算法,通过优化功率分配改善用户链路质量差异,以提高数据传输速率,减少FL任务的总体时延。通过交替迭代优化这2个子问题,实现系统性能的联合优化。仿真结果表明,相较于其他对比算法,所提出的算法下行吞吐量提升了47.19%,上行吞吐量提升了22.60%,FL任务时间消耗减少了57.33%,并在达到相同模型精度时的时间开销最小。

    新的互正交互补序列集构造
    刘凯, 孟凡飞, 彭佩栋
    2024, 45(9):  144-152.  doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2024156
    摘要 ( 82 )   在线阅读 ( 5 )   PDF下载 (1438KB) ( 63 )   可视化   
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    针对互正交互补序列集(MOCSS)设计方法的局限性和构造参数的不足,提出了一种基于仿酉矩阵的MOCSS构造方法。该方法引入系数仿酉矩阵的新概念,并通过结合矩阵乘积、克罗内克积和矩阵迭代技术,构造了3类不同阶数的仿酉矩阵。利用仿酉矩阵与MOCSS之间的等价性,开发了一系列参数选择灵活的多相MOCSS,补充了现有文献设计结果。考虑到多载波码分多址系统峰均功率比(PAPR)抑制问题,进一步利用布尔函数设计了一种具有低列向量PAPR特性的系数仿酉矩阵。实验结果表明,采用这类系数仿酉矩阵构造的MOCSS,其列序列PAPR有效控制在2以内的范围,同时保持了码容量和长度的灵活性,为系统提供了多样化的信号选择。

    面向WSN异常节点检测的融合重构机制与对比学习方法
    叶苗, 程锦, 黄源, 蒋秋香, 王勇
    2024, 45(9):  153-169.  doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2024167
    摘要 ( 91 )   在线阅读 ( 11 )   PDF下载 (2528KB) ( 118 )   可视化   
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    针对无线传感器网络(WSN)异常检测中的自监督学习异常检测方法需要解决负例样本信息表示单一缺乏多样性和提取WSN节点采集到的多模态数据时空特征不够充分影响异常检测性能的问题。对此提出了一种结合对比学习和重构机制的无线传感器网络异常节点检测方法。首先,通过设计一种对比学习策略为重构机制模型提供足够充足的正负例样本,并结合生成对抗网络(GAN)生成具有多样性特性的负例样本;其次,设计了一种基于多头注意力机制和图神经网络的双层时空特征提取模块。通过在实际公开数据集上的系列对比实验及其实验结果表明,所提方法相比于传统异常检查方法和最近的图神经网络方法具有更好的精确率和召回率。

    低复杂度单载波时域均衡算法
    何世文, 官沛雯, 彭丞佐, 邓训喆, 安振宇
    2024, 45(9):  170-182.  doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2024162
    摘要 ( 93 )   在线阅读 ( 14 )   PDF下载 (6256KB) ( 88 )   可视化   
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    由于卫星通信体制的约束,接收机信号处理在时域进行,致使传统信道均衡算法面临高维矩阵求逆困境。充分利用Toeplitz矩阵的特殊结构和连续干扰消除思想,提出了一种低复杂度单载波时域均衡算法,将高维信道均衡系统转换成多个低维信道均衡系统,依次对低维信道均衡系统进行均衡,从而避免对高维矩阵求逆操作。实验结果表明,与传统信道均衡算法相比,所提算法能以更低的计算复杂度实现更相近甚至更优的误码性能。

    面向通信感知一体化的室内太赫兹信道反射与透射特性研究
    廖希, 林长溪, 郑相全, 王洋, 林峰, 陈前斌
    2024, 45(9):  183-191.  doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2024168
    摘要 ( 116 )   在线阅读 ( 9 )   PDF下载 (2785KB) ( 93 )   可视化   
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    明确室内太赫兹(THz)波反射与透射特性对于构建太赫兹通信感知一体化(ISAC)信道模型至关重要。利用基于矢量网络分析仪的测量平台对7种室内材料在130~134 GHz频段开展了测量活动,分析了太赫兹信道反射与透射特性的频率依赖性及入射角依赖性,与282~290 GHz频段测量结果对比,揭示了2个频段内反射损耗特性。采用量子粒子群优化算法提取材料电磁参数,提出了一种频率-入射角联合的反射系数模型。结果表明,该模型能够准确刻画反射系数随频率与入射角的变化规律。研究成果补充了130~134 GHz频段材料传播系数数据库,丰富了电磁参数数据集,建立了反射系数模型,为太赫兹ISAC系统检测、识别、环境重构等功能提供了数据基础及模型参考。

    基于Zynq平台的BFV全同态加密算法高效实现
    杨亚涛, 曹景沛, 陈亮宇, 王伟
    2024, 45(9):  192-205.  doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2024160
    摘要 ( 119 )   在线阅读 ( 14 )   PDF下载 (2704KB) ( 99 )   可视化   
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    针对BFV全同态加密算法,在Zynq平台上设计了一种高效实现方案。该方案结合负包裹卷积与数论变换(NTT)算法,优化并加速了多项式乘法的过程。同时采用流水线设计思想和并行化硬件电路架构,加速BFV算法的RNS实现。系统采用AXI-DMA传输机制高效地实现了ARM和FPGA之间数据传输。在Zynq UltraScale+MPSoC ZCU102平台上测试,系统在200 MHz时钟频率下,执行一次同态加法的平均耗时为0.024 ms;执行一次同态乘法的平均耗时为5.779 ms,其中包括0.874 ms的密文传输时间。与SEAL库和OpenFHE库的实现相比,所提方案的同态加法实现了4.63倍和6.79倍的效率提升,同态乘法实现了4.43倍和2.95倍的效率提升,这为全同态加密算法的实际工程实现提供了重要参考。

    综述
    基于APT活动全生命周期的攻击与检测综述
    王郅伟, 何睎杰, 易鑫, 李孜旸, 曹旭栋, 尹涛, 李书豪, 付安民, 张玉清
    2024, 45(9):  206-228.  doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2024128
    摘要 ( 174 )   在线阅读 ( 24 )   PDF下载 (7752KB) ( 53 )   可视化   
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    从攻击方法和检测方法两方面展开,首先综述高级持续威胁(APT)攻击的定义与特点,总结相关攻击模型的研究发展,在此基础上给出更一般性的APT全生命周期模型,并划分4个阶段,信息收集阶段、入侵实施阶段、内网攻击阶段和数据渗出阶段,对每一个阶段,重点调研近5年的研究论文,归纳总结各阶段的攻击与检测技术,并给出分析。最后,结合APT攻防技术相互博弈、快速发展的趋势,指出了当前攻防双方面临的挑战和未来研究的发展方向。

    正交时频空调制的信道估计与信号检测技术研究现状
    王永川, 周平, 黄局
    2024, 45(9):  229-243.  doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2024151
    摘要 ( 148 )   在线阅读 ( 10 )   PDF下载 (2458KB) ( 187 )   可视化   
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    正交时频空(OTFS)调制是一种适用于高多普勒衰落信道的二维时延-多普勒(DD)域复用的技术,它通过一组二维变换将时间-频率(TF)域双选择性信道转换为在DD域近乎稳定的信道,使OTFS系统有能力获得时间和频率全分集。OTFS系统要想获得这种时间和频率全分集增益,需要为接收机设计高性能的信道估计和信号检测算法。首先介绍了OTFS调制的基本原理和系统模型,然后对信道估计和信号检测算法进行了分类综述和比较,最后讨论了信道估计和信号检测的未来挑战和解决途径。

    学术通信
    面向云存储且支持重加密的多关键词属性基可搜索加密方案
    张克君, 王文彬, 徐少飞, 于新颖, 王钧, 李鹏程, 钱榕
    2024, 45(9):  244-257.  doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2024150
    摘要 ( 125 )   在线阅读 ( 18 )   PDF下载 (1755KB) ( 122 )   可视化   
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    针对一对多模型下共享数据细粒度访问控制、密文密钥的安全共享和更新等问题,提出了一种面向云存储且支持代理重加密的多关键词属性基可搜索加密方案。增加节点信息改进访问树结构,实现对密文数据读写权限的细粒度访问控制;对查询关键词进行属性基加密优化处理,实现陷门信息不可区分性和限制不同用户的检索能力;利用重加密方法更新密文及密钥,解决已撤销用户恶意访问隐私数据带来的系统安全问题;设计了一种基于区块链的安全性验证算法来识别第三方托管隐私数据被攻击篡改的问题。基于DBDH困难问题和DDH困难问题,推理证明了所提方案能够满足自适应关键词密文安全和陷门安全。实验结果表明,该方案在密钥生成、陷门生成、关键词索引生成和正确性验证阶段能够保证隐私数据及密钥安全,同时相比于同类方案,在时间开销方面具有更高效率。

    基于李雅普诺夫的RIS辅助无人机边缘计算网络中任务卸载与资源分配研究
    邝祝芳, 郭宇敬, 邓晓衡
    2024, 45(9):  258-273.  doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2024155
    摘要 ( 97 )   在线阅读 ( 16 )   PDF下载 (7304KB) ( 49 )   可视化   
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    针对无人机(UAV)面对复杂时变的衰落信道对无线传输造成不利影响这一问题,构建了可重构智能表面(RIS)辅助UAV边缘计算网络中UAV轨迹、RIS相移、卸载时隙分配、CPU频率分配和用户设备(UE)传输功率的联合优化问题。为了求解构建的问题,对UE和UAV的任务队列稳定性约束进行转化,将多时隙随机性优化问题转化为每个时隙的确定性优化问题,提出了基于李雅普诺夫优化和块坐标下降(BCD)法的任务卸载与资源分配(JORL)方法。首先基于三角不等式求解RIS相移并求得闭合表达式;然后使用非凸转凸问题的技术求解卸载时隙分配、CPU频率分配和UE传输功率;最后基于连续凸近似方法求解UAV轨迹。仿真结果表明,JORL在保证任务队列稳定性和降低能耗方面有较优越的性能。

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主  编:张 平
副主编:张延川 马建峰 杨   震
     沈连丰 陶小峰 刘华鲁
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国际标准刊号:ISSN 1000-436X
国内统一刊号:CN 11-2102/TN
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