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语义通信下基于强化学习的无人机通信容错协同控制

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网络与信息安全学报 2024年第2期10卷 69-80页

作者：章阳顾宏宇冯博豪王然南京航空航天大学计算机科学与技术学院江苏南京211106 武汉理工大学计算机与人工智能学院湖北武汉430070

无人机集群技术近年在各类军民应用中得到了广泛应用。为了提高无人机执行任务的成功率,无人机集群的通信与协同成为重要技术研究方向。然而,在通信不确定的环境下,无人机通信与协同可能受到主观或客观环境因素带来的通信干扰,无法正确... 详细信息

无人机集群技术近年在各类军民应用中得到了广泛应用。为了提高无人机执行任务的成功率,无人机集群的通信与协同成为重要技术研究方向。然而,在通信不确定的环境下,无人机通信与协同可能受到主观或客观环境因素带来的通信干扰,无法正确地收发信息,导致协同任务失败。为解决这一问题,针对通信受限环境下“长机-僚机”伴飞跟随的需求,提出语义通信下基于强化学习的无人机通信容错协同方法。该方法在基于强化学习的僚机跟随策略基础上,引入语义通信机制和基于近端策略优化算法的长机行为预测算法。在正常通信时,僚机会接收长机通信信息并执行相应指令操作;而在通信受限时,僚机利用历史通信信息提取语义信息,匹配自身的语义通信模型以推测长机的未来目标。同时结合对长机行为模式的学习预测模型,决策僚机自身前进方向。在无额外通信抗干扰设备负载的条件下,一定程度上能抵御通信干扰,实现对长机的不间断跟随,从而提高通信受限环境下任务协同效率。通过实验证明,相较传统方法,基于语义通信的强化学习无人机通信抗干扰方法能更好地适应复杂环境,实现更佳的僚机跟随效果,有效提升通信间断情况下的任务成功率,为无人机在通信受限环境下的协同应用提供了可行的解决方案。

关键词：无人机抗干扰通信干扰语义通信强化学习

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语义通信安全研究综述

南京信息工程大学学报 2024年

作者：施继婷曾维昊张骞允刘凯歌秦志金李树锋北京航空航天大学网络空间安全学院清华大学电子工程系中国传媒大学媒体融合与传播国家重点实验室

随着人工智能技术与无线通信领域的深度融合，作为一种新兴的通信模式，语义通信聚焦于语义层面的信息传输与交互，凭借其独特优势，显著提升了通信的精确性和可靠性。在低时延、高流通密度的通信应用场景中，语义通信技术突破了传统基... 详细信息

随着人工智能技术与无线通信领域的深度融合，作为一种新兴的通信模式，语义通信聚焦于语义层面的信息传输与交互，凭借其独特优势，显著提升了通信的精确性和可靠性。在低时延、高流通密度的通信应用场景中，语义通信技术突破了传统基于经典信息论的语法通信，为无线通信领域提供了新范式，拓宽了现代通信技术的应用范畴。目前，语义通信技术的发展尚处于起步阶段，其在应用过程中面临的安全问题尚未得到系统梳理和全面分析。为进一步推动语义通信技术的发展与应用，首先对语义通信系统中存在的各类安全威胁进行了分类阐述；然后，详细介绍了语义通信系统中模型安全和数据安全的研究现状；最后，总结了语义通信安全研究所面临的挑战，并对未来发展趋势进行了展望。

关键词：语义通信数据安全隐私保护无线通信安全

面向语义通信的信道知识库构建与信道处理研究综述

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无线电通信技术 2024年第3期50卷 519-527页

作者：陈建侨马楠许晓东张平中关村泛联移动通信技术创新应用研究院北京100876 北京邮电大学网络与交换技术全国重点实验室北京100876

语义通信基于共享语义知识库辅助,提取信源语义特征进行编码传输,实现信息的“达意”传递,被认为是应对6G愿景的使能技术之一。为了构建高效、鲁棒的语义通信系统,深入研究语义通信中涉及无线信道建模与处理的相关内容必不可少,如挖掘... 详细信息

语义通信基于共享语义知识库辅助,提取信源语义特征进行编码传输,实现信息的“达意”传递,被认为是应对6G愿景的使能技术之一。为了构建高效、鲁棒的语义通信系统,深入研究语义通信中涉及无线信道建模与处理的相关内容必不可少,如挖掘信道特征以指导语义编/译码、对抗信道衰落与噪声以抑制语义信息误解等。旨在综述面向语义通信涉及无线信道建模与处理的研究进展,在概述语义通信原理基础上,总结了语义通信中涉及无线信道建模与处理的三个方面,包括信道知识库构建、物理信道处理和语义信道处理,综述了相关方面的研究方法与进展。结合已有研究成果,探讨了信道知识库构建和信道处理存在的挑战并展望了其未来发展方向。

关键词：语义通信信道知识库物理信道处理语义信道处理

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图像语义通信技术综述与展望

电讯技术 2024年

作者：郭畅何占豪杨君刚惠军华国防科技大学信息通信学院

在万物互联的时代背景下，智能城市、智能汽车和智慧工厂等领域蓬勃发展，图像数据传输需求急剧增加，给通信网络的传输能力带来了前所未有的压力。图像语义通信作为一种创新的通信范式，旨在通过传输图像中的语义信息提高通信效率。与... 详细信息

在万物互联的时代背景下，智能城市、智能汽车和智慧工厂等领域蓬勃发展，图像数据传输需求急剧增加，给通信网络的传输能力带来了前所未有的压力。图像语义通信作为一种创新的通信范式，旨在通过传输图像中的语义信息提高通信效率。与传统通信方法相比，图像语义通信在发送端提取图像中的语义信息并发送到信道，接收端则依据语义信息重构图像或直接应用于下游智能任务，有效降低了图像传输对通信资源的需求，显著提高了通信系统的传输效率，为图像传输提供了全新的思路和技术手段。为梳理图像语义通信研究现状并分析未来的发展方向，深入总结了语义通信理论及框架，详细探讨了图像语义通信的相关工作，介绍了语义通信的基本框架以及图像语义通信的理论及实验研究现状。同时，分析了现有图像语义通信技术面临的挑战和问题，旨在为未来的研究提供有益的参考和启示。最后，提出了面向任务的图像语义通信研究思路，为图像语义通信技术的发展提供了理论指导。

关键词：语义通信信息论面向任务知识库

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面向6G卫星通信的语义通信技术展望

中兴通讯技术 2024年

作者：黄靖洪孙梦颖韩书君许晓东北京邮电大学

针对6G星地覆盖场景高动态、远距离、时变、资源有限等受限传输条件，实现基于语义通信的信息高效提取、信息可靠恢复及网络无缝覆盖扩展是有效路径。探讨了基于语义通信的卫星通信系统的链路结构，拓展了面向星地传输的语义通信的高效... 详细信息

针对6G星地覆盖场景高动态、远距离、时变、资源有限等受限传输条件，实现基于语义通信的信息高效提取、信息可靠恢复及网络无缝覆盖扩展是有效路径。探讨了基于语义通信的卫星通信系统的链路结构，拓展了面向星地传输的语义通信的高效信息提取和可靠信息恢复方案，以增强星地传输能力。探索了基于语义通信的卫星中继方案的传输性能。认为未来应积极研究语义通信基础理论及关键技术，深挖语义通信对面向6G卫星通信的支撑作用，使基于语义通信的6G卫星通信系统赋能更多应用场景。

关键词：卫星通信语义通信语义中继语义提取覆盖扩展

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水声语义通信仿真实验设计

实验技术与管理 2024年第5期41卷 99-105页

作者：任鹏张莹李炳裕中国石油大学(华东)海洋与空间信息学院山东青岛266580

水声信道面临带宽资源有限和环境噪声复杂等局限,难以保证水声通信的高效性和可靠性。语义通信的微量性和鲁棒性表明其具有提升水声通信性能的潜力。为了验证基于语义通信革新水声通信的可行性,设计了一种水声语义通信仿真实验方案。发... 详细信息

水声信道面临带宽资源有限和环境噪声复杂等局限,难以保证水声通信的高效性和可靠性。语义通信的微量性和鲁棒性表明其具有提升水声通信性能的潜力。为了验证基于语义通信革新水声通信的可行性,设计了一种水声语义通信仿真实验方案。发送端以文本为信源,提取文本的语义特征并以知识图谱表征,实现信息的微量表达,为数据的高效传输提供了有效途径;接收端借助深度学习技术将语义特征重构为文本,实现信息的鲁棒性重构,为数据的可靠传输提供了有力保障。仿真实验结果表明,与传统水声通信方案相比,水声语义通信方案具有微量表达和鲁棒传输等技术优势,形成了克服水声信道窄带宽和低信噪比等困难的全新水声通信制式。

关键词：水声通信语义通信知识图谱

智能反射面增强的多无人机辅助语义通信资源优化

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无线电通信技术 2024年第2期50卷 366-372页

作者：王浩博吴伟周福辉胡冰田峰南京邮电大学通信与信息工程学院江苏南京210003 南京航空航天大学电子信息工程学院江苏南京211106 南京邮电大学现代邮政学院江苏南京210003

无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)为无线通信系统提供了具有高成本效益的解决方案。进一步地,提出了一种新颖的智能反射面(Intelligent Reflecting Surface,IRS)增强多UAV语义通信系统。该系统包括配备IRS的UAV、移动边缘计算(Mobil... 详细信息

无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)为无线通信系统提供了具有高成本效益的解决方案。进一步地,提出了一种新颖的智能反射面(Intelligent Reflecting Surface,IRS)增强多UAV语义通信系统。该系统包括配备IRS的UAV、移动边缘计算(Mobile Edge Computing,MEC)服务器和具有数据收集与局部语义特征提取功能的UAV。通过IRS优化信号反射显著改善了UAV与MEC服务器的通信质量。所构建的问题涉及多UAV轨迹、IRS反射系数和语义符号数量联合优化,以最大限度地减少传输延迟。为解决该非凸优化问题,本文引入了深度强化学习(Deep Reinforce Learning,DRL)算法,包括对偶双深度Q网络(Dueling Double Deep Q Network,D3QN)用于解决离散动作空间问题,如UAV轨迹优化和语义符号数量优化;深度确定性策略梯度(Deep Deterministic Policy Gradient,DDPG)用于解决连续动作空间问题,如IRS反射系数优化,以实现高效决策。仿真结果表明,与各个基准方案相比,提出的智能优化方案性能均有所提升,特别是在发射功率较小的情况下,且对于功率的变化,所提出的智能优化方案展示了良好的稳定性。

关键词：无人机网络智能反射面语义通信资源分配

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语义通信模型联合训练框架中的隐私泄露

移动通信 2024年第2期48卷 111-116页

作者：罗倩雯王碧舳卞志强许晓东韩书君张静璇北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室北京100876

为了同时保障端边协同训练语义编解码模型过程中的模型训练效率与数据隐私保护,基于U型分割的语义编解码模型端边协同训练框架是一种可行的方法。然而,端边之间交互的中间特征值与特征梯度仍然可能会泄露终端设备的数据隐私。基于U型分... 详细信息

为了同时保障端边协同训练语义编解码模型过程中的模型训练效率与数据隐私保护,基于U型分割的语义编解码模型端边协同训练框架是一种可行的方法。然而,端边之间交互的中间特征值与特征梯度仍然可能会泄露终端设备的数据隐私。基于U型分割的语义编解码模型端边协同训练框架可以在一定程度上解决端边协同训练语义编解码模型过程中模型训练效率与数据隐私保护之间的矛盾。然而,该框架下端边之间的交互过程仍然可能泄露终端设备的数据隐私。针对这一问题,提出了一种面向U型分割语义编解码模型协同训练过程的特征泄露攻击算法,通过分析训练过程中终端设备与边缘服务器之间交互的中间特征值和特征梯度,对终端的私有隐私数据进行重构。仿真结果表明,当使用单回合中间特征值对终端数据进行推断时,语义编解码模型使用浅层分割点或模型训练轮次较多时,中间特征值会包含更多的数据语义信息。此外,当攻击者增加本地攻击迭代次数,并选取多回合中间特征值和特征梯度对终端数据进行推断时,重构的终端数据与真实数据的图像结构相似度可以从0.2759提升到0.4017。

关键词：语义通信端边协同训练数据重构隐私泄露模型分割

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融合知识图谱的语义通信系统

移动通信 2024年第2期48卷 11-15,62页

作者：汪丙炎李荣鹏赵志峰张宏纲浙江大学信息与电子工程学院浙江杭州310027 之江实验室浙江杭州311121

知识的理解与处理是语义通信研究的关键问题之一。针对现有语义通信系统在知识表示和知识处理方面的不足,提出了一种融合知识图谱的语义通信框架。在这一框架中,定义了统一语义表示空间的概念,知识库中的实体和接收信号被映射到该空间中... 详细信息

知识的理解与处理是语义通信研究的关键问题之一。针对现有语义通信系统在知识表示和知识处理方面的不足,提出了一种融合知识图谱的语义通信框架。在这一框架中,定义了统一语义表示空间的概念,知识库中的实体和接收信号被映射到该空间中,并通过基于对比学习的训练过程以建立关联。在通信过程中,接收端会根据接收到的信号从知识库中检索与之相关的实体,随后通过推理和预测来揭示这些实体之间的关系,从而为解码过程提供有效的辅助信息,同时实时更新知识库。此外,还探讨了基于大语言模型进行数据增强的方案。最后,进行了仿真实验,相较于未经知识增强的语义通信系统,所提系统在较低信噪比下能够取得5%左右的性能提升。结果表明所提系统能够有效地提取相关知识,从而增强语义通信系统接收端的解码能力。

关键词：语义通信深度学习知识图谱知识提取大语言模型