基于DMA阵列划分的低复杂度近场估计方法

针对引入动态超表面天线(Dynamic Metasurface Antenna,DMA)导致近场效应下角度和距离耦合带来计算复杂度提升的问题,提出一种基于DMA阵列划分的低复杂度近场估计方法。首先,建立DMA阵列结构下的近场接收信号模型;其次,对DMA阵列进行划分以构造适合GESPRIT算法的阵列接收信号结构,解耦角度和距离参数,实现低复杂度的处理方法;最后,调整DMA的相移矩阵,通过最大化信噪比提升DMA阵列的近场估计精度。仿真结果表明,该方法相比2D-MUSIC算法复杂度明显降低,且在信噪比为0 dB时估计精度性能提升30%。

6G天地一体化信息网络内生安全技术

6G天地一体化信息网络面临因网络高度暴露、节点高速运动、计算资源受限等特点带来的安全挑战,且新架构、新应用、新技术也将引入新的安全问题,亟须提出普适性安全理论,一体化解决其功能安全及网络安全问题。为此,首先阐述网络空间内生安全主要理论基础,提出6G天地一体化信息网络内生安全架构;然后,在网络空间内生安全理论的指导下,从星载系统、6G地面移动网、星地链路探讨相关安全理论与技术构想;最后,从安全认证、高安全通信加密等方面分析天地一体化信息网络通信/安全一体化的认证加密机制,及传统安全与内生安全技术的交叉融合。

基于多径信道能量随机动态打散的隐蔽无线通信方案

为应对无线通信中的未知非法检测威胁,该文提出一种随机跳径隐蔽通信方案,实现了信号能量在多径上随机动态打散。首先,基于我方多径信道信息设计了隐蔽传输策略,并构建了敌方检测模型。接着,通过引入相关性纠偏因子,分别推导了所提方案、选最强径方案和经典最大比发送方案的敌方平均接收信噪比(SNR)闭式表达式,并基于曲线拟合的方法计算了我方最小平均隐蔽概率,完成了隐蔽性能定性和定量评估。然后,推导了我方平均接收信噪比闭式解,分析了系统速率性能。仿真实验表明,所提方案不仅在未知敌方任何信息的一般情形下具有隐蔽性能优势,而且在敌方抵近我方的极端情形下可以最大程度地解决隐蔽通信失效问题。

基于符号选择性传输的隐蔽通信方案

传统跳时通信侧重于增强信号的抗干扰与抗截获能力,对信号隐蔽性能研究较少。随着非法方信号检测时间颗粒度越来越精细,提升合法信号的隐蔽能力显得尤为重要。针对以上问题,提出一种基于符号选择性传输的隐蔽通信方案,通过细化发送时间颗粒度,在随机选择的单个时隙内随机选择不同符号周期进行信息传输,使得非法方对检测窗口内的通信时间和接收功率具有不确定性,从而发生检测错误。在三节点隐蔽场景下,推导了隐蔽概率下界闭式表达式,并进一步分析了最大隐蔽速率与最优发送功率的定量关系。仿真结果表明,与随机选择时隙的隐蔽通信方案相比,所提方案在隐蔽概率和隐蔽速率上分别具有25%和20%的性能提升。

面向物联网无线携能通信系统的机会安全传输方案

针对物联网无线携能通信系统中能量输送和信息传输的差异性需求,提出了一种"信息-能量"动态切换的机会安全传输方案。首先,考虑多小区、多用户、多窃听者的时域切换型携能通信网络模型,发送端根据信道状态在能量输送与信息传输之间动态切换,改变了传统能量输送与信息传输的固定分配方案,从而满足能量输送和信息传输的差异性需求。在此基础上,综合分析了能量传输和信息传输的性能,包括能量传输的稳定性和效率以及在窃听者独立窃听、联合窃听场景下信息传输的可靠性和安全性。然后,分析了切换门限对系统性能的影响,并在能量约束条件下,为兼顾系统安全性和可靠性,设计了最大化保密吞吐量的切换门限优化算法。最后,仿真证明了所提方案的有效性。

异构携能通信网络中人工噪声辅助的顽健能量与信息安全传输方案

异构携能通信网络中CSI存在随机误差时,为保证信息与能量传输的安全性及可靠性,提出一种人工噪声辅助的顽健能量与信息安全传输方案。通过联合设计宏基站、微基站的下行信息波束矩阵及人工噪声矩阵,使网络中其他用户信号及人工噪声能够干扰窃听者。同时提升系统能量的接收性能。考虑CSI随机误差,在基站的发送功率约束、合法用户的信息接收中断约束及窃听者的信息窃听中断约束下,以最大化系统能量接收性能为目标进行数学建模。建模后的问题是非凸的,首先将其等效转化为一种易于处理的形式;然后,分别利用Berstein-type不等式和Large-deviation不等式这2种方式将其中的中断概率约束转化为凸的线性矩阵不等式;最后结合二次等式引理及递归估计算法处理秩为1波束成形约束的非凸性。仿真结果表明,与对比方案相比,所提方案具有更高的系统能量接收性能和可行解性能,验证了其有效性和顽健性。

基于性能感知的网络切片部署方法

为了应对网络切片中共享物理资源的虚拟网络功能(VNF)间因资源竞争带来的性能下降问题,提出了一种基于性能感知的网络切片部署方法。在网络切片实例部署时,采用先虚拟节点映射再虚拟链路映射的两阶段部署方式。在虚拟节点部署阶段,首先从资源供需的角度定义了VNF的性能影响因子,以量化VNF的性能影响程度;然后求出网络切片实例中所有VNF在可部署的物理服务器上的性能影响因子总和,将性能影响因子总和最小的物理服务器作为映射位置,采用模拟退火-离散粒子群算法求出节点映射结果。在虚拟链路部署阶段,采用最短路径算法求出链路映射结果。仿真结果表明,所提方法有效降低了其他网络切片实例对自身的服务性能影响。

一种侧信道风险感知的虚拟节点迁移方法

为防御网络切片(NS)中的侧信道攻击(SCA),现有的基于动态迁移的防御方法存在不同虚拟节点共享物理资源的条件过于松弛的问题。该文提出一种侧信道风险感知的虚拟节点迁移方法。根据侧信道攻击的实施特点,结合熵值法对虚拟节点的侧信道风险进行评估,并将服务器上偏离平均风险程度大的虚拟节点进行迁移;采用马尔科夫决策过程描述网络切片虚拟节点的迁移问题,并使用Sarsa学习算法求解出最终的迁移结果。仿真结果表明,该方法将恶意网络切片实例与其他网络切片实例隔离开,达到防御侧信道攻击的目的。

基于多随机信号流的密钥生成方案

基于随机信号流的密钥生成方案会在合法发送方发送随机信号时泄露部分共享随机源信息导致密钥安全性和可达密钥速率较低。针对此问题,该文提出一种基于多随机信号流的密钥生成方案。首先,发送方利用信道互易性和上行导频估计下行信道,然后发送方在各天线上发送相互独立的随机信号流。由于窃听者难以准确估计所有随机信号流,因此难以窃取接收方每根天线接收到的叠加随机信号,而发送方则可根据估计的下行信道和自身发送的随机信号流计算出接收方各天线的接收信号。因此,可以将接收天线上的叠加随机信号作为共享随机源提取密钥。进一步地,该文还推导了该方案的可达密钥速率和共享随机源的互信息量表达式,并分析了两者间的关系以及对密钥安全性的影响。最后,通过仿真验证了该方案的有效性,仿真结果表明该方案能够有效降低窃听者观察到的共享随机源互信息,从而提升可达密钥速率及密钥安全性。

物联网中一种抗大规模天线阵列窃听者的噪声注入方案

物联网中无线传输的安全难题是制约其发展的重要瓶颈,物联网终端受限的计算能力与硬件配置以及配备大规模天线阵列的窃听者给物理层安全技术带来了新的挑战。针对该问题,该文提出一种可对抗大规模天线阵列窃听者的轻量级噪声注入策略。首先,对所提出的噪声注入策略进行介绍,并分析了该策略的安全性;然后,基于该策略得到了系统吞吐量的闭式表达式,并对时隙分配系数和功率分配系数进行优化设计。理论和仿真结果表明,通过对物联网系统参数进行设计,所提出的噪声注入策略能够实现私密信息的安全传输。

毫米波下行多用户系统安全混合波束成形算法

毫米波混合波束成形结构受到日益广泛的认可,但缺乏以安全性为着眼点的混合波束成形算法研究,特别是当窃听者具有多用户译码能力时,系统安全性能无法得到保障。针对上述问题,该文基于人工噪声辅助的思想提出一种毫米波下行多用户系统安全混合波束成形算法。首先,将混合波束成形矩阵的模拟部分和数字部分解耦合独立求解,在充分考虑信道特性的基础上,通过最大化用户接收信号能量和迫零思想分别设计有用信号的模拟和数字波束成形矩阵;然后,通过SVD分解设计人工噪声的基带数字预编码矩阵,将人工噪声置于合法用户零空间。仿真结果表明,人工噪声辅助的安全混合波束成形算法有效解决了存在具有多用户译码能力窃听者时系统的安全问题。

圆形支承面上不倒翁的力学特性分析

为方便不倒翁类玩具或类似工业产品在设计时对其力学特性的分析,文章进一步优化了不倒翁的动力学微分方程和滑动临界曲线以及翻转临界曲线,较详细地给出了各力学参数的计算公式,分析了不倒翁各力学参数与支承面的凸凹性的关系。主要结论是:(1)在凸面上,角速度、周期、角加速度、临界滑动初始摆角和临界翻转初始摆角随凸面的半径增大而增大,但始终比在凹面上的小;切向反力和临界滑动所需静摩擦因数随凸面的半径增大而减小,但一般比在凹面上的大。(2)在凹面上,角速度、周期、角加速度和临界滑动初始摆角随凹面的半径增大而减小;切向反力随凹面的半径增大而增大。(3)法向反力随支承面的凸凹性的增减关系还与摆角有关。

均布自重下椭圆环的内力和位移分析

借助重心公式,由能量法推导出均布自重下闭口和顶部开口椭圆环的内力和位移计算公式。以水平轴与铅垂轴之比为2的椭圆环为例,绘制无量纲化的内力图和位移图。分析内力和位移的零点、极值点和极值。分析认为:和开环相比,闭环的弯矩极值较小,但轴力极值较大,二者在底部可取得相同的剪力极值;在水平轴上,二者的弯矩相同,轴力也相同。同时,闭环的3个位移极值均小于开环;沿铅垂轴,闭环和开环顶部相同,且闭环在该处取得极值,开环在水平轴上取得极值;沿水平轴,开环在顶部取得极值;角位移方面,二者在顶部的转角均为零。

概率译码转发中继系统中的安全极化编码方法

该文针对中继节点依概率辅助译码转发的通信场景,提出一种中继辅助的安全极化编码方法,保证私密信息可靠传输的同时,达到提高安全传输速率的目的。首先,发送端分别进行两层极化编码——中继概率转发行为构成的虚拟二进制删除信道下的极化编码和实际传输信道下的极化编码,并将私密信息分别隐藏在两层码字中,分时隙广播出去。然后,中继依概率译码后提取出合法用户无法直接接收的固定信息再次进行安全极化编码并转发。最后,接收端利用收到的中继转发码字和发端码字依次分层进行译码。理论和仿真分析证明,所提方法下合法用户能够可靠接收私密信息,而窃听者无法获取任何私密信息信息量;安全传输速率随着码长和中继转发概率的增加而增大,且高于一般的安全极化编码方法。

均布静水压力下椭圆环的内力和位移分析

分析均布静水压力下椭圆环的内力和位移,对椭圆环结构的机电产品和土建结构等的设计制造、安装调试和维护保养等具有一定的工程意义。用能量法导出均布静水压力下椭圆环的内力和位移的计算公式。以水平轴与铅垂轴长度之比k为2的椭圆环为例,绘制了无量纲化的内力图和位移图,分析了内力和位移的零点、极值点和极值:弯矩方面,极值点在两条轴上,最大弯矩在长轴上,零点不在两条轴上;轴力方面,极值点在两条轴上,最大轴力在长轴上,轴力始终为压向;剪力方面,极值点不在两条轴上,零点在两条轴上。沿短轴的位移方面,极值点在短轴上,零点在长轴上;沿长轴的位移方面,极值点在长轴上,零点在短轴上;角位移方面,极值点不在两条轴上,零点在两条轴上。

导频序列长度对多用户大规模MIMO FDD系统速率的性能影响及优化

针对多用户大规模MIMO FDD下行链路系统,分析了导频序列长度随基站天线数变化时对系统下行遍历速率的渐进性能影响。利用确定性等价原理,推导出遍历速率的解析表达式,基于此分析得出:归一化导频开销(导频序列长度与天线数之比)趋近于0时,仍可满足传输速率随基站天线数增加而无限增加;固定导频序列长度而只增加基站天线数,系统传输速率将出现饱和效应。进一步地,在有限的信道相干时间内,以系统和速率最大化为目标来优化导频序列长度,并在特殊相关信道模型下,借助于Lambert W函数,推导最优导频序列长度的闭式解。仿真结果验证了理论分析的正确性和最优导频序列闭合解的有效性。

面向物联网多跳中继系统的协作密钥生成方法

针对物联网多跳中继系统中密钥生成方法速率低的问题,提出一种基于网络编码的协作密钥生成方法。在各节点完成信道估计后,中继节点采用安全网络编码技术辅助通信双方获取相同信道的估计值,同时辅助信息不泄露该信道的任何信息,最后通信双方直接在公共信道上协商得到相同的密钥。理论分析和仿真结果表明,该方法可以有效地提高可达密钥速率,同时增加传输路径,选取跳数少、信道变化大的传输路径,可以进一步提高可达密钥速率。

MIMO异构网络中一种基于人工噪声的抗主动窃听者的鲁棒安全传输方案

为保证MIMO异构网络面临多天线主动窃听时的安全性,该文提出一种基于人工噪声的抗主动窃听者的鲁棒安全传输方案。首先,考虑窃听者发送上行导频干扰的情形,研究了其发送的上行导频干扰对合法用户信道估计的影响。随后,基于信道估计结果对宏基站、微基站的下行数据与噪声信号的预编码矩阵进行设计,并推导了此种情形下系统安全速率的表达式。然后,以系统安全速率最大化为目标对基站的下行数据与噪声信号的发送功率进行优化设计,并提出一种基于1维线性搜索的求解方法。进一步地,考虑窃听者在发送上行导频干扰后,继而发送噪声干扰用户下行通信的情形,提出一种基于离散零和博弈方法来获取最优的发送功率设计。仿真结果验证了所提方案的安全性和鲁棒性。

5G安全技术研究综述

5G对安全提出了不同于以往的更高要求,国际标准组织、运营商和设备制造商等都对5G安全技术给予了极大关注。系统梳理了5G业务应用、网络架构、空中接口以及用户隐私方面的安全需求,总结了5G安全总体架构的发展趋势,重点介绍了代表5G安全发展新潮流的内生防御架构以及若干增量型支撑技术,包括物理层安全、轻量级加密、网络切片安全、用户隐私保护以及区块链技术在5G中的应用等。

基于隔离等级的网络切片部署方法

为了兼顾网络切片的性能隔离需求和安全隔离需求,提出了一种基于隔离等级的网络切片部署方法。该方法首先从性能隔离和安全隔离两方面确定了网络切片实例的隔离等级,在选择合适的位置部署虚拟节点时,不但保证所有网络切片实例均能达到各自的性能水平和安全水平,而且从隔离等级差值入手对虚拟节点共存的条件进行限制;然后利用整数线性规划方法对该问题进行建模,把部署成本最小化作为目标函数;最后使用基于遗传算法改进的粒子群算法求出最终的部署结果。仿真结果表明,该方法具有较低的部署成本和较高的收益开销比,并且能够同时保证性能和安全两方面的需求。