紫外光非直视通信研究进展

紫外光技术在军事和民用领域有着广泛的应用,如空间探测、紫外光制导、紫外干扰、电晕放电检测和军事通信等领域。文章从紫外光的单次和多次散射出发,介绍了紫外光通信的国内外进展,分析了紫外光通信中的不同链路情况,针对非直视链路紫外通信的脉冲展宽效应和大气湍流影响进行了探讨,总结了紫外光Ad Hoc网络,最后对紫外光通信的发展进行了展望。

智慧高速铁路运行控制系统发展趋势综述

在保障安全的前提下,高速铁路运行控制系统进一步结合现代感知、控制、通信以及人工智能技术实现智慧化,是未来高速铁路发展的前沿方向。分析目前高速铁路运营中仍存在异物侵限造成安全事故、突发事件导致列车延误、运力与运量不匹配等问题,提出高速铁路运行控制系统的智能化、智慧化是解决上述问题的重要手段,是保持和提升我国高速铁路技术整体竞争力的核心组成部分。新时期的智慧高速铁路运行控制系统以实现列车(群)全天候全无人自主追踪运行控制为目标,主要包括移动闭塞、列车运行净空感知、列车状态智能监测、列车自主追踪、智能调度指挥、车-地动态自组网通信等关键技术。结合新一代使能技术,研究高速铁路运行控制智能技术的应用及其发展趋势,对我国智慧高速铁路的发展具有参考价值。

车联网中格上基于身份的隐私保护协议

为了解决车载自组织网络(vehicular ad hoc network, VANET)上的通信协议可能存在的节点冒充、数据伪造、真实身份泄露等问题,同时考虑到现有隐私保护认证协议存在身份管理成本大、协议性能与用户数量呈负相关、签名长度长等不足,提出一种车联网中格上基于身份的隐私保护协议。通过数字签名实现身份认证和数据鉴别,基于环上容错学习(ring learning with errors, RLWE)困难问题对用户身份进行匿名化保护,基于小整数解(small integer solution, SIS)困难问题和拒绝采样技术对消息进行数字签名认证。理论分析证明,提出的协议具有抗量子攻击的特性,满足车联网中的安全需求,在提高计算和通信效率的同时减小了签名长度。仿真结果表明,提出的协议性能满足国内车联网通信相关指标要求。

面向任务的无人飞行器自组网OLSR协议

无人飞行器(unmanned aerial vehicle,UAV)自组网的路由研究多以性能指标出发、忽略无人飞行器网络的任务驱动性,与实际需求动态耦合弱、适用性不强。针对该问题基于无人飞行器多任务网络提出了面向任务的无人飞行器联盟组网架构,提出了无人飞行器联盟的任务自适应优化链路状态路由协议(task adaptive optimized link state routing,TA-OLSR)。基于模糊逻辑设计拓扑稳定度计算方法,利用拓扑稳定度实现TA-OLSR控制消息的自适应广播,同时结合稳定度设计新的多点中继选择策略。仿真结果表明,TA-OLSR算法能从宏观面向任务的角度出发,实现不同任务下的良好自适应性,提升数据包投递率,减少冗余信息传播,降低网络开销,有效提高整体网络性能。

“一带一路”制造业增加值贸易网络对中国企业对外直接投资的影响研究

全球价值链重构趋势下,“一带一路”贸易网络日益紧密,东道国贸易网络地位对对外直接投资(OFDI)的影响逐渐显现,成为吸引中国企业“走出去”的新区位优势。本文基于“一带一路”共建国家制造业的投入产出数据构建增加值贸易网络,结合2009—2019年A股上市公司、BvD-Zephyr以及fDi Markets数据,考察东道国贸易网络地位对中国企业OFDI的影响。研究发现:“一带一路”东道国制造业增加值贸易网络地位的提升,对中国企业OFDI具有显著的促进作用,且上述影响在发达国家、制度风险较低及开设境外园区的东道国更强,并且进一步激发了中国民营企业、初始投资企业“走出去”开展跨国并购的积极性。此外,中国企业OFDI的结构得以优化,投资行业依托贸易网络呈现阶梯状分布。机制分析表明,中间品进口激励效应、投资风险规避效应和全球价值链嵌入效应是其重要传导渠道。本文为中国企业面向“一带一路”共建国家的投资策略制定提供有益参考,对推动共建“一带一路”高质量发展具有重要现实意义。

支持虚拟车辆辅助假名更新的混合区位置隐私保护方案

在车载通信系统中,车辆的位置信息泄露会危及驾驶员的隐私安全,而基于混合区中,车辆的假名更新是实现位置隐私保护的一种有效方法。然而,现有的一些混合区方案忽略了车辆密度变化对位置隐私保护效果的影响。针对此问题,提出了一种支持虚拟车辆辅助假名更新的混合区位置隐私保护方案。该方案旨在根据周围合作车辆的密度不同来动态调整生成所需的虚拟车辆,并广播它们的踪迹,使攻击者无法区分虚拟车辆和真实车辆,从而实现车辆的位置隐私保护。仿真实验结果表明,该方案通过引入虚拟车辆信息,使攻击者无法区分虚拟车辆和真实车辆,有效降低了车辆真实位置或轨迹泄露的可能性,同时提高了交通密度较低情况下的位置隐私保护效果。

基于演化博弈的车联网分发消息激励机制

由于车联网中节点资源有限,车联网中存在不愿意传递消息的自私车辆节点,严重影响网络性能。为了改善网络性能,提出了一种基于演化博弈的车联网消息合作分发的激励机制,利用节点始终追求最大收益的有限理性的特点,根据节点传递消息的数量以及节点在固定时间内的空闲程度设计收益函数,引导自私节点努力参与到车联网中消息的传递过程,同时引入路边单元作为监管者加速车辆节点的策略更新过程。仿真结果表明自私节点比例越多,网络性能越差,而该激励机制可以有效地改善存在自私节点的车联网的网络性能。

一种基于空洞节点检测的可靠无人机自组网路由协议

针对高动态无人机自组网中节点之间链路生存时间(Link Live Time,LLT)短和节点遭遇路由空洞次数多的问题,提出了一种基于空洞节点检测的可靠无人机自组网路由协议——GPSR-HND(Greedy Perimeter Stateless Routing Based on Hollow Node Detection)。GPSR-HND协议中,转发节点通过空洞节点检测机制检测邻居节点状态,将有效邻居节点加入待选邻居节点集;然后基于层次分析法(Analytic Hierarchy Process,AHP)的多度量下一跳节点选择机制从待选邻居节点集中选择权重最大的邻居节点贪婪转发数据;如果待选邻居节点集为空,则从空洞邻居节点集中选择权重最大的空洞节点启动改进的周边转发机制,寻找可恢复贪婪转发模式的节点。与GPSR-NS协议和GPSR协议相比,GPSR-HND协议表现出了更好的性能,包括平均端到端时延和丢包率的改善,以及吞吐量的提高。

一种矿用本安型自组网基站设计

针对灾后矿井下通信链路中断,救援人员信息无法互通的问题,设计1种矿用本安型自组网基站;设备基于SDR平台,采用FPGA+ADIAD9361+本质安全电路的方案,利用无线Mesh网络技术的无线多跳、自组织和强自愈能力,在矿井下供电、通信系统都被摧毁的环境下,能够快速、方便地组建无线通信网络,同时为矿井下的手持终端、矿用布控球、矿用信息记录仪等终端设备提供无线覆盖,实现事故现场与前方指挥部的信息互通。测试结果表明:基站具有自备电源、安全系数高、体积小、质量轻、功耗小等优点,2.4 GHz和1.4 GHz双频段无线组网,多跳能力为视频6~8跳,单跳传输距离大于200 m,单跳传输时延小于7 ms,功耗小于15 W,可连续工作4.5 h,可解决矿山各种事故灾害应急救援过程中遇到的通信问题。

基于幅度和相位融合的微波两相流测量系统设计

针对油井开采过程中需要对各相含量进行精确预测以调整开采策略的实际问题,设计了一种基于微波法的油水两相流检测系统。该系统利用微波在不同介质中透射能力的差异,构建了一套包含微波信号源、功率放大器、功率分配器、检波器和STM32F103ZET6核心板的硬件电路系统,通过编写AD采集和串口通信的软件代码,来接收检波器端幅度和相位数据。在数据处理方面,分别对幅度数据、相位数据和幅度-相位融合数据采用BP神经网络的方法预测含水率。实验表明:在使用融合数据时,预测准确度可以提高至96.33%,取得了较理想的效果。

面向差异化业务保障的自适应信道预约多址接入协议

在无中心节点网络中可能存在不同类型的业务,部分高优先级业务具有严格的时延等服务质量(quality of service,QoS)需求。但当网络负载较重时,冲突概率明显提高,使得这些业务的需求难以得到保障,如何设计高效的多址接入协议以保证不同种类业务的服务质量是重要的研究方向。信道预约机制是保证QoS的重要方法,但现有信道预约机制对多种业务服务时,通常没有根据服务质量需求和网络状况精细调整预约参数。因此针对以上问题提出了一种面向差异化业务保障的信道预约MAC协议(differentiated service guarantee adaptive reservation mechanism,DSGARM),协议核心思想是针对每种业务的容忍时延需求和网络状况精细提供差异化服务,协议中通过建立的数学模型设计自适应算法,定量计算出满足时延需求的预约参数,能够根据网络状况自适应调整合适的预约参数以保障每一类业务的时延需求。仿真结果说明了提出协议的优势,具有较大的实际意义。

车载自组织网络中格基签密的可认证隐私保护方案

针对车载自组织网络(VANET)中用户的隐私泄露和信息传输过程中的安全认证问题,提出一种VANET中格基签密的可认证隐私保护方案。首先,消息发送方利用接收方的公钥对消息进行签密,只有拥有私钥的接收车辆才能解密出消息,以保证消息内容在传输过程中只对授权用户可见;其次,车辆接收方解密出消息后,利用单向安全的哈希函数计算消息的哈希值,并判断是否与签密过程中的哈希值相等,实现对消息的认证;最后,采用快速数论变换(NTT)算法降低格中环上多项式乘法的计算开销,提高方案的计算效率。在随机预言机模型下证明了所提方案在适应性选择密文攻击下具有不可区分性,在适应性选择消息攻击(IND-CCA2)下具有强不可伪造性。此外,所提方案的安全性基于格上困难问题,可以抵抗量子算法攻击。仿真实验结果表明,与同类具有消息认证功能的隐私保护方案以及基于格上困难问题的签名方案相比,所提方案的通信时延至少减少了10.01%,消息丢失率至少减小了31.79%,通信开销至少减少了31.25%。因此,所提方案更适用于资源有限的VANET环境。

基于非随机成簇的智能路锥自组网高效分簇路由协议

用于智能路锥自组网(IRCAN)的现有多跳分簇路由协议存在组网控制开销有冗余、数据分组传输平均跳数未保证最小的问题。为解决上述问题,结合网络链状拓扑特点,提出一种基于非随机后倾成簇的高效分簇路由协议RCHR(Retroverted-Clustering-based Hierarchy Routing)。首先,提出基于中心扩展的后倾成簇机制和基于泛听跨层和扩展邻接矩阵的簇首选择算法;其次,采用所提机制和算法,以sink节点为中心依次生成具有后倾特点的簇,在不借助额外条件的情况下为sink节点选择分列两端的最优簇首节点,既减少组网过程的开销和用时,又能够形成有利于降低数据分组传输平均跳数的网络拓扑。理论分析验证了所提协议的有效性,仿真实验结果表明,与现有多跳分簇路由协议基于分环多跳的分簇路由(RBMC)和改进型低功耗自适应集簇分层型协议(MOD-LEACH)相比,所提协议的组网控制开销和数据分组传输平均跳数分别至少降低了32.7%和2.6%。

飞行自组织网的全双工双向时间传递技术研究

针对飞行自组网(FANET)中节点间相对运动导致双向时间传递精度下降的问题,该文提出一种全双工双向时间传递(TWTT)方法。首先,根据全双工双向时间传递过程构造了需要求解的方程组,推导了单次时间传递的同步误差表达式;然后,分析了在无频偏和有频偏条件下,迭代进行全双工双向时间传递的收敛性;最后,通过仿真分析和实验验证比较了全双工双向时间传递方法和传统双向时间传递方法的性能。仿真和实验结果表明,全双工双向时间传递方法在节点高速机动下,时间同步精度可达到与物理层时间戳相同的精度,优于现有的运动补偿方法。

分布式高性能自组网节点技术研究

针对当前主流Mesh自组网技术节点传输带宽不足百兆,级跳数小于10的问题,提出采用多处理器构建实现分布式多跳、高带宽低时延的无线跳频的高性能自组网节点,对节点自动化组网连接、多信道选择避让、漫游切换及低时延高带宽网络多跳实现等关键技术进行研究实现。由测试结果分析可知,在20级跳内,文中节点组网带宽损失在30%以内且带宽保持在200 Mb/s以上,时延控制在100 ms内,可以满足现实应急场景下多终端智能硬件实时进行图像、视频等大数据量信息交互对高带宽低时延网络通信的需求。

基于自适应p持续的移动自组网信道接入和资源分配算法

针对基于p持续的移动自组网(MANET)信道接入和资源分配问题,提出一种具有低复杂度的自适应信道接入和资源分配算法。首先,考虑到自组网无中心分布式组网特点,以每个节点的信道利用率最大化为目标建立优化问题;其次将该问题建模为马尔可夫决策过程并定义状态、动作和奖励函数;最后基于策略梯度训练网络参数,联合优化竞争概率、优先级增长因子以及通信节点数量。仿真实验结果表明,所提算法可以显著提高p-持续载波侦听多址接入(CSMA)协议的性能,与固定竞争概率和p值预定义的方案相比,所提算法的信道利用率提高了45%和17%;此外,当节点数量小于35时,所提算法优于固定接入节点数量的方案。同时,在节点数据包到达率较高时,所提算法可以充分利用信道,减少时隙资源浪费。

面向核事故应急处置的遥操作系统设计与实验研究

针对核事故现场的物理屏蔽严重、应急处置作业条件复杂、作业对象不明确等特点,研究并设计了一款基于动态自组网的机器人遥操作系统。在自组织网络实时Mesh保持良好通讯的情况下,利用叠加在真实回传视频中的虚拟模型,提出一种基于空间梯度的人工势场力觉引导算法。操作者可通过观察视觉交互系统中模型的变化和感受施加在自研主手的引导力,提高时延条件下的操作效率和临场感。实验表明,核辐射条件下遥操作系统130 m的通讯时延在30 ms以下,可满足视频传输的带宽要求。力觉引导下的物体避障抓取实验验证了算法的可行性和遥操作系统的工程实用性。因此,本文设计的基于动态自组网的机器人遥操作系统,可使操作者以更加直观自然的方式参与到遥操作系统中,有效提高操作员完成复杂遥操作任务的安全性和操作性能。

DAGGraph:适合移动自组网的区块链

针对区块链与移动自组网结合所面临的挑战,采用有向无环图(DAG)结构适配移动性引发的网络分裂,提出一种基于DAG的系统模型DAGGraph。首先,对分簇算法进行优化,提出了簇内节点密度数量限制算法,从而有效解决了簇内节点数量不受控增加带来的吞吐量减小和能耗增加问题;其次,针对移动自组网节点快速移动引起的网络拆分与合并问题,提出了基于簇首间数据同步的区块恢复算法,通过DAG结构保留所有节点产生的合法区块,在网络合并时由原簇首交换产生的区块分支,实现了对区块分支的同步和恢复;最后,提出了一种简化的区块上链算法,在内部节点可信的前提下简化了区块的上链流程,减小了移动环境下区块传播产生的误差,缩短了区块的确认时间,提高了系统吞吐量。安全性分析表明,系统可以抵御针对区块链的常见攻击,并可以抵御针对移动自组网的拒绝服务攻击。仿真实验结果表明,DAGGraph的时延和吞吐量性能在大部分情况下优于已有的物联网区块链解决方案。

车载网中高效安全的无证书聚合签名方案

为了保障车载网系统中车辆间通信的完整性、真实性、有效性和即时性,文章提出了一种能抗合谋攻击且不需要双线性对的无证书聚合签名方案。无证书密码体制既较好地解决了基于身份的密码体制所固有的密钥托管问题,又保留了基于身份的密码体制不需要使用公钥证书的优点。文章基于椭圆曲线离散对数问题和分叉引理,在随机预言模型中严格证明了其安全性。性能及效率分析表明,该方案是有效的,在保证通讯数据完整性和真实性的同时,减少了带宽开销以及存储开销,提高了验证效率。

基于区块链的车载自组网车与基础设施快速切换认证方案

针对车载自组网(VANET)中车辆通信面临的安全风险挑战以及车辆进入新的基础设施覆盖范围时需要进行复杂的身份重新认证问题,提出基于区块链的车载自组网V2I(Vehicle-to-Infrastructure)快速切换认证方案。该方案利用区块链去中心化、分布式和防篡改的特性,实现车辆认证信息的存储与查询;使用令牌机制,减少区块链查询次数,简化路边单元(RSU)切换认证阶段的认证过程,在后续的认证过程中只需检查令牌的有效性,实现了RSU的快速切换认证;采用了批量认证方法,能有效减少认证过程中的计算开销,提高消息认证效率;另外,可以实现对恶意车辆的追溯与撤销,并及时更新车辆的匿名身份,保证车辆的匿名性。相较于匿名批量认证方案、全聚合认证方案、无证书聚合签名方案、基于区块链的认证方案,所提方案在消息认证耗时上缩短了约51.1%、77.45%、77.56%和76.01%。实验结果表明,该方案能够有效降低车载自组网中的计算开销和通信开销。