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短包隐蔽通信下抗检测-干扰式攻击策略

陆军工程大学学报 2024年第1期3卷 36-42页

作者：张凌瑄鲁兴波隋元松卢辉 32369部队北京100043 军事科学院北京100091 陆军工程大学野战工程学院江苏南京210007

为应对潜在的检测-干扰式恶意攻击,提出了一种基于短包隐蔽通信的抗检测-干扰攻击策略,通过隐藏无线传输行为的存在来实现抗干扰。考虑到干扰机采用Shewhart变点检测实时判断源节点的传输行为,当判决源节点正在传输数据包后启动人工干... 详细信息

为应对潜在的检测-干扰式恶意攻击,提出了一种基于短包隐蔽通信的抗检测-干扰攻击策略,通过隐藏无线传输行为的存在来实现抗干扰。考虑到干扰机采用Shewhart变点检测实时判断源节点的传输行为,当判决源节点正在传输数据包后启动人工干扰。为隐藏无线传输行为,源节点随机选择一个起始时刻以低功率、低速率传输有限长编码数据包。数据包发送功率越小、编码长度越短,隐蔽性越强,抗检测-干扰式攻击性能越好,但发送功率小和编码长度短使得接收端数据包译码错误概率较大。以有效传输速率最大为目标对数据包发送功率和编码长度进行优化设计。结果表明,存在最优的发送功率和编码长度使系统在传输隐蔽性和可靠性之间取得最优折衷。数值仿真结果验证了理论分析,证明了所提方案的有效性以及优化数据包编码长度和发送功率的必要性。

关键词：短包通信隐蔽通信检测-干扰攻击 Shewhart变点检测最优包长

基于IRS-NOMA辅助的短包通信系统性能分析

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扬州大学学报(自然科学版) 2024年第3期 29-36页

作者：赵丽玲杨睛丁杰高锐扬州大学信息工程学院江苏科技大学计算机学院

为了揭示短包数据在智能反射面(intelligent reflecting surface, IRS)和非正交多址接入(non-orthgonal multiple access, NOMA)技术辅助的通信系统中的传输性能，对短包通信系统性能进行深入研究.针对IRS具有理想相移和存在1 bit相位... 详细信息

为了揭示短包数据在智能反射面(intelligent reflecting surface, IRS)和非正交多址接入(non-orthgonal multiple access, NOMA)技术辅助的通信系统中的传输性能，对短包通信系统性能进行深入研究.针对IRS具有理想相移和存在1 bit相位误差两种情况，借助短包通信相关理论和一阶黎曼积分法，获得近用户和远用户处平均误块率(block error rate, BLER)的解析结果；基于BLER的表达式，进一步分析系统吞吐量性能；利用蒙特卡洛仿真实验验证理论分析的正确性.结果表明：增加反射单元数目或增大信噪比都可显著改善短包传输的可靠性；相位误差对BLER和吞吐量的影响不容忽视.

关键词：智能反射面非正交多址接入短包通信误块率吞吐量

硬件损伤下IRS辅助下行NOMA短包通信性能分析

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通信学报 2023年第11期44卷 237-248页

作者：袁磊徐婧莫名秀雷妍兰州大学信息科学与工程学院甘肃兰州730000

分析了莱斯信道下硬件损伤对采用非正交多址接入的智能反射表面(IRS)辅助下行两用户短包通信(SPC)系统性能的影响。IRS利用统计信道状态信息进行相位调整。首先,利用中心极限定理、矩匹配方法、SPC相关理论及高斯−切比雪夫正交积分法推... 详细信息

分析了莱斯信道下硬件损伤对采用非正交多址接入的智能反射表面(IRS)辅助下行两用户短包通信(SPC)系统性能的影响。IRS利用统计信道状态信息进行相位调整。首先,利用中心极限定理、矩匹配方法、SPC相关理论及高斯−切比雪夫正交积分法推导了两用户平均块错误率的解析表达式;其次,在用户可靠性约束下利用二分法和一维搜索算法给出了最优功率分配方案来最小化系统传输时延;最后,仿真结果验证了理论分析的正确性并显示硬件损伤对SPC的影响比长包通信更加显著。

关键词：硬件损伤智能反射表面非正交多址接入短包通信统计信道状态信息

认知物联网短包通信中双向中继系统的信息年龄分析

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电子与信息学报 2023年第12期45卷 4254-4261页

作者：陈泳蔡跃明王萌陆军工程大学通信工程学院南京210007

未来认知物联网(IoT)将存在大量用于监控的时间敏感类短包信息。针对认知物联网短包通信场景,该文分析了认知次用户对在双向中继短包通信系统中的信息新鲜度。该文采用信息年龄(AoI)作为衡量信息新鲜度的性能指标。根据短包通信理论,该... 详细信息

未来认知物联网(IoT)将存在大量用于监控的时间敏感类短包信息。针对认知物联网短包通信场景,该文分析了认知次用户对在双向中继短包通信系统中的信息新鲜度。该文采用信息年龄(AoI)作为衡量信息新鲜度的性能指标。根据短包通信理论,该文推导出系统的误包率和平均峰值AoI(PAoI)表达式,并得出了系统在高信噪比情况下的表达式。在此基础上,考虑认知物联网短包通信中频谱检测性能的非理想,采用交替迭代优化算法对感知包长和传输包长进行联合优化以最小化PAoI加权和。仿真结果验证了理论分析的正确性。该研究发现,对于双向中继系统次用户对的PAoI加权和,感知包长和传输包长存在折中关系,该文所采用的交替迭代优化算法能够有效提升系统PAoI性能。

关键词：认知物联网短包通信双向中继信息年龄

RIS辅助的短包通信系统时延与安全性能分析

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北京邮电大学学报 2022年第6期45卷 68-74页

作者：韩书君吕素玉许晓东陶小峰韩伯骁北京邮电大学网络空间安全学院北京100876 北京邮电大学信息与通信工程学院北京100876 中国移动通信研究院未来移动通信技术研究所北京100053

由于限定误差编码条件下的香农定理不再适用于短包通信系统,现有基于香农定理的无线通信系统性能分析结果不能准确描述短包通信系统的性能。对此,提出一种可重构智能反射面(RIS)辅助的短包通信系统,利用有限长编码理论描述其网络性能。... 详细信息

由于限定误差编码条件下的香农定理不再适用于短包通信系统,现有基于香农定理的无线通信系统性能分析结果不能准确描述短包通信系统的性能。对此,提出一种可重构智能反射面(RIS)辅助的短包通信系统,利用有限长编码理论描述其网络性能。基于排队论、有效容量理论和物理层安全理论,分析了RIS辅助的短包通信系统统计时延违反概率和遍历保密传输速率,并得到了闭合表达式。通过蒙特卡洛仿真实验验证了理论分析结果的有效性;通过增加智能反射单元数量,将RIS部署在靠近发送端或接收端的位置,可有效降低短包通信系统统计时延违反概率,提升遍历保密传输速率。

关键词：可重构智能表面短包通信统计时延违反概率遍历保密传输速率

无人机通信中基于短包传输的能/谱效折中优化

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系统工程与电子技术 2023年第9期45卷 2956-2964页

作者：韩蕙竹黄仰超胡航安琪刘世豪空军工程大学信息与导航学院陕西西安710077

在基于认知物联网的无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)辅助通信中,频谱效率(spectral efficiency,SE)和能量效率(energy efficiency,EE)的优化问题备受关注。针对低延迟高可靠性的通信需求,分析认知UAV通信中的短包传输问题。与传统... 详细信息

在基于认知物联网的无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)辅助通信中,频谱效率(spectral efficiency,SE)和能量效率(energy efficiency,EE)的优化问题备受关注。针对低延迟高可靠性的通信需求,分析认知UAV通信中的短包传输问题。与传统认知网络相比,基于短包传输的通信存在不可忽视的包错误率。通过研究包错误率、感知时间和UAV发射功率对SE和EE的影响,证明了SE和EE关于感知时间和发射功率的最大值无法同时获得。在此基础上,提出高效的联合优化算法实现了SE/EE的折中优化。数值和仿真结果证明了理论分析的正确性,并验证了所提算法的有效性。

关键词：无人机认知短包通信频谱效率能量效率

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无人机网络中人工噪声增强的短包隐蔽通信

信号处理 2022年第8期38卷 1601-1609页

作者：周小波彭旭于辉赵发勇武庆庆安徽农业大学信息与计算机学院安徽合肥230036 阜阳师范大学物理与电子工程学院安徽阜阳236041 澳门大学智慧城市物联网国家重点实验室中国澳门999078

考虑无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)网络中人工噪声(Artificial Noise,AN)增强的隐蔽无线通信,其中UAV工作在全双工状态,不仅接收Alice发送的隐蔽信息,而且产生AN恶化Willie的探测性能。构建了UAV的三维位置部署和AN发射功率以及A... 详细信息

考虑无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)网络中人工噪声(Artificial Noise,AN)增强的隐蔽无线通信,其中UAV工作在全双工状态,不仅接收Alice发送的隐蔽信息,而且产生AN恶化Willie的探测性能。构建了UAV的三维位置部署和AN发射功率以及Alice发射功率设计的联合优化问题。所构建的优化问题是非凸的且其优化变量相互耦合,这导致该优化问题很难直接求解。为了求解该优化问题,首先根据优化问题隐含的特性,将其等价地转换为更易处理的形式。随后,推导了Alice发射功率和AN发射功率的最优解析表达式。随后证明了UAV的最优水平位置一定位于Alice和Willie的连线上。在此基础上,推导了UAV的最优三维放置位置。仿真结果表明,与无AN方案相比,所提方案可以显著的提高系统的隐蔽传输性能。

关键词：隐蔽通信人工噪声三维无人机放置短包通信

无人机短包通信中基于NOMA传输的安全性能分析

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信号处理 2022年第12期38卷 2582-2593页

作者：韩蕙竹黄仰超胡航潘钰安琪赵森豪空军工程大学研究生院陕西西安710077 空军工程大学信息与导航学院陕西西安710077

针对物联网(IoT)通信的低延时需求,为了保证数据传输的灵活性,本文构建一种基于短包传输的无人机(UAV)通信网络。由于非正交多址接入(NOMA)技术能够增加可服务的地面用户数量,故将该技术应用到无人机短包通信(UAV-SPC)系统中可以解决多... 详细信息

针对物联网(IoT)通信的低延时需求,为了保证数据传输的灵活性,本文构建一种基于短包传输的无人机(UAV)通信网络。由于非正交多址接入(NOMA)技术能够增加可服务的地面用户数量,故将该技术应用到无人机短包通信(UAV-SPC)系统中可以解决多用户的安全传输问题。与正交多址(OMA)技术相比,NOMA可有效提高用户接入公平性和频谱利用率,因此被广泛用于下行链路的通信传输。为解决复杂的安全传输问题,首先证明在功率和译码错误率约束的条件下,分别存在最优的功率分配,数据传输包长和系统传输比特数使目标用户的平均安全吞吐量最大。在此基础上,通过本文所提算法得到安全传输问题的优化解。实验结果验证了该算法的稳定性和可行性。此外,与基准方案相比,本文所提方案可有效降低短包传输的通信时延,提高系统中目标用户的平均安全吞吐量。

关键词：短包通信无人机非正交多址接入安全吞吐量多用户功率分配

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面向短包通信的稀疏向量码构造与译码研究

面向短包通信的稀疏向量码构造与译码研究

作者：董雪纯华中科技大学

学位级别：硕士

随着任务关键型机器类通信需求的激增,实现时延敏感型机器设备的状态信息、控制信号等短包数据的高可靠传输引发了广泛关注。稀疏向量码作为短包通信中一种有效的编译码方法,具有实现简单、可靠性高等优点。构造低互相关性的扩展矩阵、... 详细信息

随着任务关键型机器类通信需求的激增,实现时延敏感型机器设备的状态信息、控制信号等短包数据的高可靠传输引发了广泛关注。稀疏向量码作为短包通信中一种有效的编译码方法,具有实现简单、可靠性高等优点。构造低互相关性的扩展矩阵、提升匹配追踪译码算法准确度是提高稀疏向量码译码正确率的关键。然而,现有通过缩小扩展矩阵维度来降低扩展矩阵互相关性的方法,需要非零元素也携带信息,导致了额外译码步骤。此外,现有基于候选集提升匹配追踪算法准确度的方法,需要对每个候选集进行残差计算,增加了计算复杂度。为了解决上述问题,本文针对稀疏向量码扩展矩阵构造方法与匹配追踪译码算法进行研究,旨在提升短包通信的译码正确率,并通过实测实验验证了所提方案的性能优势。主要工作内容如下:1、不缩小扩展矩阵维度的前提下,提出基于哈达玛矩阵逐列补齐的双极性扩展矩阵构造方法,降低了扩展矩阵互相关性,从而提升了译码正确率。该方法从哈达玛矩阵中截取与目标矩阵行数相同的方阵作为初始矩阵,此后采用整数规划方法,以最小化矩阵互相关性为目标,每次迭代生成一列向量并入初始矩阵,直至得到目标维度的矩阵。仿真结果表明,当稀疏向量长度为32比特,传输信号长度为16比特,非零元素数量为4以及信噪比为0 d B到10 d B时,与随机伯努利矩阵相比,本文所提矩阵使得稀疏向量码译码正确率平均提升18.69%。2、不使用候选集的情况下,提出基于冻结索引的正交匹配追踪译码算法,提升了译码正确率。该方法选择性删除发送集内的冗余组合,冻结特定索引,接收端在计算扩展矩阵列向量与残差的互相关值时,通过对冻结索引处的互相关值赋零,避免解出被冻结的索引。仿真结果表明,当稀疏向量长度为16比特,传输信号长度为12比特,非零元素数量为2以及信噪比为-10 d B到-8 d B时,与传统正交匹配追踪算法相比,所提算法在不增加计算复杂度的情况下使得译码正确率平均提升3.12%。

关键词：短包通信稀疏向量码双极性扩展矩阵匹配追踪译码算法