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6G智能业务网络:愿景、架构与关键技术

中国科学：信息科学 2024年第5期54卷 991-1024页

作者：廖建新戚琦王敬宇王晶庄子睿北京邮电大学网络与交换技术全国重点实验室北京100876

移动通信业务网络负责基础网络与业务应用之间的适配.5G以前的业务网络是在建好基础网络以后,通过叠加逻辑网络方式构建.6G时代,“场景驱动”将成为移动通信发展的主要演进范式,业务网络的重要性更加突出.6G业务网络应与基础网络同步规... 详细信息

移动通信业务网络负责基础网络与业务应用之间的适配.5G以前的业务网络是在建好基础网络以后,通过叠加逻辑网络方式构建.6G时代,“场景驱动”将成为移动通信发展的主要演进范式,业务网络的重要性更加突出.6G业务网络应与基础网络同步规划和建设,由6G全场景驱动设计,实现全场景全域按需服务.传统业务网络仅从独立视角设计安全认证、网络控制和能力开放等机制,难以实现细粒度、动态资源管控,无法高效适配6G全场景业务应用.为此,本文基于国家首批6G重点研发计划专项“全场景按需服务关键技术”项目成果与当前学术研究进展,梳理和总结了6G网络按需服务的挑战、6G智能业务网络的愿景和总体架构设计,设计了涵盖资源接入、能力开放与场景解析3个层次以及安全内生、智能内生和协作共享3个关键管控平面的6G智能业务网络,实现对全域资源的细粒度智能管控.最后结合大模型、元宇宙、绿色节能等技术与通信网络深度融合的趋势,展望了6G智能业务网络更加广阔的应用发展空间.

关键词：业务网络按需服务全场景智能内生协作共享大模型 6G

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网络操作系统的研究进展与展望

北京邮电大学学报 2024年第2期47卷 1-10页

作者：黄韬谈沙谢人超刘韵洁北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室北京100876 网络通信与安全紫金山实验室南京211111

网络操作系统是突破广域大规模网络可管不可控局限的关键,是提供智能、安全、柔性、可定制网络能力的网络大脑,也是推动互联网从消费型向生产型演进的核心技术。为实现网络可管可控的目标,分析了当前与网络操作系统相关的研究进展,提出... 详细信息

网络操作系统是突破广域大规模网络可管不可控局限的关键,是提供智能、安全、柔性、可定制网络能力的网络大脑,也是推动互联网从消费型向生产型演进的核心技术。为实现网络可管可控的目标,分析了当前与网络操作系统相关的研究进展,提出了其概念内涵和体系架构。将网络操作系统自底向上分为网元操作系统、大网级操作系统和云网操作系统三层,系统地探讨了数据平面-控制平面-服务平面的架构,攻克了大规模确定性传输、新型传输控制协议和超强算力网络等关键技术,揭示了网络操作系统的目标和发展趋势,并总结了潜在的应用场景。

关键词：未来网络网络操作系统云网融合服务定制

基于双层联邦学习的高动态车联网业务边缘协作计算机制

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电子学报 2024年

作者：徐思雅郭佳惠北京邮电大学网络与交换技术全国重点实验室

联邦学习作为一种新兴的分布式机器学习架构，允许车联网中多个车辆终端进行本地模型训练，并在兼顾数据隐私保护的条件下实现模型的全局聚合，从而提供可靠的车联网服务.然而，在联邦学习训练过程中，车辆终端往往因其高移动性在不同... 详细信息

联邦学习作为一种新兴的分布式机器学习架构，允许车联网中多个车辆终端进行本地模型训练，并在兼顾数据隐私保护的条件下实现模型的全局聚合，从而提供可靠的车联网服务.然而，在联邦学习训练过程中，车辆终端往往因其高移动性在不同区域间切换训练，导致全局模型精度低.此外，恶意终端频繁上传无效或错误模型数据将导致车联网服务可靠性差.因此，本文提出了一种基于双层联邦学习的高动态车联网业务边缘协作计算机制.首先，综合考虑车辆终端的移动性、计算能力和可靠性，构建了终端服务能力模型，并提出了基于深度强化学习的边缘协作计算域构建算法，通过将多个边缘节点覆盖下的车辆终端进行聚簇训练，降低了终端本地模型的切换概率，从而保证联邦学习模型训练的持续性.进而，构建了包含边缘协作计算域内聚合层和域间聚合层的双层联邦学习框架，分别采用基于自适应聚合因子的本地模型半异步聚合机制和基于数据量的区域模型异步聚合机制，提升了联邦学习系统的聚合效率.特别地，考虑终端高速移动引起的跨域问题，引入了本地模型部分条件更新机制，避免了高质量模型被低质量模型覆盖的情况，进一步提高了全局模型准确率和系统资源利用率.仿真结果表明，本文所提机制在模型精度和服务可靠性等方面均优于本地计算、同步联邦学习和异步联邦学习算法.

关键词：联邦学习边缘计算可靠性高动态车联网

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6G太赫兹通信:架构、技术与挑战

电波科学学报 2024年第3期39卷 395-412页

作者：石涵琛杨闯彭木根北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室北京100876

随着无线网络传输速率需求的日益增大,第六代移动通信系统(the sixth generation of mobile communication system,6G)将向太赫兹频段演进。亟须破解巨容量太赫兹无线通信难题,以开发太赫兹宽带频谱资源,同时实现超高传输速率、超高频... 详细信息

随着无线网络传输速率需求的日益增大,第六代移动通信系统(the sixth generation of mobile communication system,6G)将向太赫兹频段演进。亟须破解巨容量太赫兹无线通信难题,以开发太赫兹宽带频谱资源,同时实现超高传输速率、超高频谱效率、超高能量效率等6G性能目标。本文主要介绍了国内外太赫兹通信发展现状、太赫兹无线通信系统架构与分类、巨容量太赫兹无线通信技术,总结了巨容量太赫兹无线通信研究进展及瓶颈难题,包括太赫兹信号收发与通信系统架构、宽频信号的高效调制与处理、无线与光纤融合、硬件实验系统等。通过分析研究现状,展望了6G太赫兹无线通信未来发展趋势与挑战。

关键词：太赫兹电子学光子学巨容量通信感知一体化(ISAC)

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基于区块链的移动群智感知数据处理研究综述

浙江大学学报（工学版） 2024年第6期58卷 1091-1106页

作者：邵子豪霍如王志浩倪东谢人超紫金山实验室江苏南京211111 北京工业大学信息学部北京100124 北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室北京100876

针对移动群智感知(MCS)数据处理的用户广泛参与性、采集设备灵活移动性与通信环境复杂性的特点,对基于区块链的移动群智感知数据处理进行评估.回顾移动群智感知与区块链的发展历程,总结移动群智感知数据处理面临的挑战与区块链技术的特... 详细信息

针对移动群智感知(MCS)数据处理的用户广泛参与性、采集设备灵活移动性与通信环境复杂性的特点,对基于区块链的移动群智感知数据处理进行评估.回顾移动群智感知与区块链的发展历程,总结移动群智感知数据处理面临的挑战与区块链技术的特点;设计基于区块链的移动群智感知体系结构(BMCA),实现数据去中心化管理、数据安全保障、数据质量精准评估与激励可信性增强;从隐私保护、数据质量评估、激励机制3个维度,对比分析现有的数据处理关键技术研究工作;探讨基于区块链的移动群智感知数据处理研究在资源消耗控制、数据精准分析、全周期与差异化隐私保护、融合模式应用等方面存在的问题及未来可能的发展方向.

关键词：移动群智感知区块链隐私安全保护数据质量评估激励机制

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语义通信的数学理论

通信学报 2024年第6期45卷 7-59页

作者：牛凯张平北京邮电大学泛网无线通信教育部重点实验室北京100876 北京邮电大学网络与交换技术全国重点实验室北京100876

自从1948年经典信息论诞生以来,在其指导下,现代通信技术已经逼近了理论性能极限,例如信息熵H(U)、信道容量C=max_(p(x))I(X;Y)以及率失真函数R(D)=min_(p(x|x):Ed(x,x)≤D)I(X;X)。长期以来,由于经典信息论只研究语法信息,限制了通信... 详细信息

自从1948年经典信息论诞生以来,在其指导下,现代通信技术已经逼近了理论性能极限,例如信息熵H(U)、信道容量C=max_(p(x))I(X;Y)以及率失真函数R(D)=min_(p(x|x):Ed(x,x)≤D)I(X;X)。长期以来,由于经典信息论只研究语法信息,限制了通信科学的进一步发展。近年来,研究语义信息处理与传输的通信技术获得了学术界的普遍关注,语义通信开辟了未来通信技术发展的新方向,但还缺乏一般性的数学指导理论。为了解决这一难题,构建了语义信息论的理论框架,对语义信息的度量体系与语义通信的理论极限进行了系统性阐述。首先,通过深入分析各类信源的数据特征,以及各种下游任务的需求,总结归纳出语义信息的普遍属性——同义性。由此指出语义信息是语法信息的上级概念,是许多等效或相似语法信息的抽象特征,表征隐藏在数据或消息背后的含义或内容。将语义信息与语法信息之间的关系命名为同义映射,这是一种“一对多”映射,即一个语义符号可以由许多不同的语法符号表示。基于同义映射f这一核心概念,引入语义熵H_(s)(U)作为语义信息的基本度量指标,表示为信源概率分布与同义映射的泛函。在此基础上,引入上/下语义互信息I^(s)(X;Y)(I_(s)(X;Y)),语义信道容量C_(s)=max_(f_(xy))max_(p_((x)))I^(s)(X;Y)以及语义率失真函数R_(s)(D)=min_({f_(x),f_(x)})min_(p(x|x):Ed_(s)(x,x)≤D)I_(s)(X;X),从而构建了完整的语义信息度量体系。这些语义信息度量是经典信息度量的自然延伸,都由同义映射约束,如果采用“一对一”映射,则可以退化为传统的信息度量。由此可见,语义信息度量体系包含语法信息度量,前者与后者具有兼容性。其次,证明了3个重要的语义编码定理,以揭示语义通信的性能优势。基于同义映射,引入新的数学工具——语义渐近均分(AEP),详细探讨了同义典型序列的数学性质,并应用随机编码和同义典型序列译码/编码,证明了语义无失真信源编码定理、语义信道编码定理和语义限失真信源编码定理。类似于经典信息论,这些基本编码定理也都是存在性定理,但它们指出了语义通信系统的性能极限,在语义信息论中起着关键作用。由同义映射和这些基本编码定理可以推断,语义通信系统的性能优于经典通信系统,即语义熵小于信息熵H_(s)(U)≤H(U),语义信道容量大于经典信道容量C_(s)≥C,以及语义率失真函数小于经典率失真函数R_(s)(D)≤R(D)。最后,讨论了连续条件下的语义信息度量。此时,同义映射转换为连续随机变量分布区间的划分方式。相应地,划分后的子区间被命名为同义区间,其平均长度定义为同义长度S。特别是对于限带高斯信道,得到了一个新的信道容量公式C_(s)=B log[S^(4)(1+P/N_(0)B)],其中,平均同义长度S表征了信息的辨识能力。这一容量公式是经典信道容量的重要扩展,当S=1时,该公式退化为著名的香农信道容量公式。综上所述,语义信息论依据同义映射这一语义信息的本质特征,构建了语义信息的度量体系,引入新的数学工具,证明了语义编码的基本定理,论证了语义通信系统的性能极限,揭示了未来语义通信的巨大性能潜力。

关键词：同义映射语义熵上/下语义互信息语义信道容量语义失真语义率失真函数语义典型序列同义典型序列同义长度

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面向全息通信的6G智简网络架构

无线电通信技术 2024年第3期50卷 407-412页

作者：张平许长桥李康睿马丁肖寒王目北京邮电大学网络与交换技术全国重点实验室北京100876

全息通信作为一种全新的未来通信范式,通过再现真实物体细粒度画面,向用户提供三维沉浸式的交互体验,克服了传统媒体交互方式单一和场景临场感不足的问题。然而,相对于传统实时通信业务,全方位沉浸的真实全息通信对网络,特别在带宽、时... 详细信息

全息通信作为一种全新的未来通信范式,通过再现真实物体细粒度画面,向用户提供三维沉浸式的交互体验,克服了传统媒体交互方式单一和场景临场感不足的问题。然而,相对于传统实时通信业务,全方位沉浸的真实全息通信对网络,特别在带宽、时延、安全性等多方面都提出了更为苛刻的要求。如何更好地扩展6G概念与特征,实现高质量、高沉浸的全息新通信成为当前学术界面临的一大挑战。为解决上述问题,率先提出面向全息通信的6G智简网络架构,旨在通过两层网络架构和三维动作模型合理调配6G泛网资源,解决全息通信所面对的超高带宽、超低时延、超大计算等挑战,推动经济社会高质量发展。

关键词： 6G 全息通信智简网络架构

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无限对序列观测者的双边纠缠目击

中国科学：物理学、力学、天文学 2024年第6期54卷 159-165页

作者：王静郭奋卓贾燕宁北京邮电大学理学院北京100876 河南省网络密码技术重点实验室郑州450001 北京邮电大学数学与信息网络教育部重点实验室北京100876

本文研究带噪声的两量子比特纠缠态的双边序列纠缠检测问题.根据目击算子和测量策略找到了一类可以实现无限对Alice和Bob共享纠缠的态.本文给出了这类态能够实现无限对Alice和Bob共享纠缠的具体证明过程,并对作为这类态的特例的两量子... 详细信息

本文研究带噪声的两量子比特纠缠态的双边序列纠缠检测问题.根据目击算子和测量策略找到了一类可以实现无限对Alice和Bob共享纠缠的态.本文给出了这类态能够实现无限对Alice和Bob共享纠缠的具体证明过程,并对作为这类态的特例的两量子比特最大纠缠态、一般纠缠纯态以及Werner态进行了具体的图例分析.实现带噪声的两体系统纠缠态族的任意对观测者的双边纠缠共享在多用户场景和量子网络中有重要意义.

关键词：量子密码纠缠共享序列测纠缠目击

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通算存智一体协同的未来网络模型

通信学报 2024年第5期45卷 12-28页

作者：胡玉姣黄韬贾庆民谢人超刘韵洁紫金山实验室未来网络研究中心江苏南京211111 北京邮电大学网络与交换国家重点实验室北京100876

针对智能时代多样化多形态业务对未来网络按需、精准、高效服务的诉求,提出了一种通算存智一体协同的网络模型(3CI-CoNet)。首先以通信技术连接计算设备与存储设备,构建网内计算和网内存储的硬件底座,然后在底座上部署智能网络模型及算... 详细信息

针对智能时代多样化多形态业务对未来网络按需、精准、高效服务的诉求,提出了一种通算存智一体协同的网络模型(3CI-CoNet)。首先以通信技术连接计算设备与存储设备,构建网内计算和网内存储的硬件底座,然后在底座上部署智能网络模型及算法,为网内业务构建智能的网络环境,同时链接与行业/应用相关的智能设备、平台及算法,为新兴应用提供智能的网络服务,保障各业务的有序高效运行。设计了3CI-CoNet的层次化功能架构,包含基础资源层、智能接入层、按需服务层和业务表达层,各层次间相辅相成,协同构建了智能的网络环境和网络服务。进一步,结合自动驾驶和智能制造中的典型场景,论述了3CI-CoNet及其功能架构、运营机制对多形态业务高效运行的支撑作用,阐述了3CI-CoNet在智能时代的推广和应用价值。以智能制造中多AGV按需调度业务场景为原型,通过将3CI-CoNet与其他网络模型相对比,定性定量论证了3CI-CoNet对提升业务效能具有积极作用。最后,总结了3CI-CoNet的未来发展趋势和面临的技术挑战。

关键词：通算存智一体协同网络未来网络智能应用新型架构