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2025年第9卷第1期
- 摘要：随着卫星互联网在通信与组网方面的快速发展，跨域异构卫星相互建立链路并提供多样化数据服务，给卫星互联网安全带来了信任评估不准与卫星跨域不互信的挑战，因此，构建信任体系对卫星进行信任评估显得尤为重要。针对如何基于跨域网联态势与多维度信任观点动态评估卫星可信度，提出了一项基于跨域网联态势的多星座信任管理方案。该方案针对多星座场景，考虑多维度信任观点，设计分位图信任过滤机制，利用权重和方法聚合信任观点与信任阈值，最终判别卫星的可信度。实验结果表明，该方案的准确率、精确率、召回率与F值均优于其他基准算法。关键词：卫星互联网;卫星星座;信任管理303|271|0更新时间：2025-04-21
- 摘要：日益增长的物联网终端设备数量对地面网络的服务能力提出了巨大挑战。超密集低地球轨道卫星星座成为弥补地面网络覆盖区域有限以及用户终端计算能力不足的技术手段。通过建立卫星与地面连接模型，分析用户可获得的平均算力和回程容量，构建了多目标优化问题，旨在最小化所需卫星数量，同时满足用户任务卸载的差异化服务质量（QoS, quality of service）需求。提出了一种两阶段星座设计算法，首先优化算力卫星的资源分配策略，随后确定最优QoS下的星座参数。仿真结果验证了模型的准确性，并探讨了轨道高度、任务量和覆盖率对星座设计的影响。与Kuiper、OneWeb和SpaceX星座相比，该算法设计的星座在相同卫星数量下，平均覆盖率分别提高了29.52%、48.73%和34.82%。关键词：卫星物联网;低轨卫星星座;算力卫星网络;多目标优化472|427|0更新时间：2025-04-21
- 摘要：基于多波束技术的卫星通信系统能够为5G的海量物联网通信应用场景、海量物联设备接入和传输、泛在通信等下一代通信愿景提供更强大的支撑。在卫星物联网（IoT, Internet of things）面向的海量终端应用场景中，物联网终端的流量分布是非均匀的。进一步提高多波束卫星系统的通信资源利用效率成为重要的研究方向。多波束调度和无线资源的分配是提高系统资源利用率和公平性的关键问题。首先，分析了波束调度和无线资源分配之间的耦合性，随后，提出了一种柔性波束调度和资源分配的联合优化策略。提出了分离式群优化算法（SSO-BSA, beam scheduling algorithm based on separated swarm optimization）来求解灵活波束指向坐标，并设计了基于服务价值度的按需资源分配算法（ORAA-SVD, on-demand resource allocation algorithm based on service value degree），为波束和物联网终端提供灵活的资源分配。仿真验证了在不同流量强度下所提算法与基准算法的各项指标性能。仿真结果表明，相比于基准算法，所提算法在公平性和资源利用率方面有着更优的性能表现。关键词：卫星物联网;多波束卫星;柔性波束调度;资源分配;群优化370|348|0更新时间：2025-04-21
- 摘要：随着人工智能和自动化技术的不断发展，越来越多的机器被应用于环境恶劣或危险系数高的应急救灾活动。利用地面基站、卫星、无人机（UAV, unmanned aerial vehicle）等设施构建天地一体广域快响通信网络、为救援机器搭建“神经系统”面临着迫切的需求。机器救援通常依赖现场感知、通信、态势计算和控制4个环节，通常以类似反射弧的“感传算控”（SC3, sensing-communication-computing-control）闭环形式开展作业。因此，提出了面向“感传算控”闭环结构的广域快响通信设计新思路。首先，综合考虑“感传算控”闭环中各个环节的耦合关系，提出基于环路负熵的“熵匹配”模型，优化闭环控制性能指标。在此基础上，进一步研究多闭环并行作业以及复杂耦合时通信系统的设计准则。典型参数下的仿真结果表明，所提的系统设计方法以闭环结构为基本单元，可有效地兼顾异构环节，并更直接地优化了机器救援效果，相比传统的面向链路的通信系统设计模式，显著地提升了网络效能。关键词：应急救灾;机器;天地一体;广域快响通信;“熵匹配”模型;系统设计223|281|0更新时间：2025-04-21
- 摘要：空天地一体化网络作为一种新型网络架构，能够有效提高网络覆盖范围和服务质量，是未来6G实现万物互联的关键支撑。针对空天地一体化网络中计算资源分配不合理和无人机利用不充分的问题，提出了一种空天地一体化网络中的联合轨迹优化与计算卸载策略。首先，分析了无人机的盘旋模型和地面终端的关联关系。其次，联合考虑了无人机轨迹、无人机与地面终端的匹配因子、任务卸载比例和计算资源分配，建立了一个系统能耗最小化问题。最后，采用结合了遗传算法算子的粒子群优化算法联合优化了无人机轨迹与计算卸载方案。仿真结果表明，所提算法具有良好的收敛性，可以使系统能耗降低约33.5%，具有较好的性能。关键词：空天地一体化网络;无人机轨迹优化;计算任务卸载;移动边缘计算382|206|0更新时间：2025-04-21
- 摘要：天基网络作为空天地一体化网络重要组成部分，具备覆盖范围广、吞吐量高以及抗灾能力强等优势，被广泛应用于应急通信等领域。在应急救援场景下，灾区短时间生成海量、高时间敏感性业务数据，亟须通过天基网络快速回传，以减少损失。然而，天基网络的网络资源受限且数据传输遵循时间窗等约束，导致数据传输时延高，大大降低了天基网络的应急能力。为此，提出了一种面向天基网络的紧急任务调度机制，实现了应急场景下紧急任务与网络资源精准匹配以最小化紧急任务最大传输时延。首先，将紧急任务调度问题建模为整数规划问题；其次，提出了一种新的高效编码方式，压缩解空间，为高效求解提供保障；最后，采用全局搜索和局部搜索相结合的思路提出了一种高效调度策略，即在遗传算法的架构中融入鲸鱼优化算法进行局部搜索，降低紧急任务最大传输时延。仿真结果表明，所提算法有良好的收敛性，并能有效降低紧急任务最大传输时延，提升天基网络的应急能力。关键词：空天地一体化网络;遗传算法;鲸鱼优化算法;资源分配;数据传输247|431|0更新时间：2025-04-21
- 摘要：卫星物联网是6G实现万物智联的关键所在，而其频谱资源和星上载荷的双重受限性，给海量用户的接入效能提升带来严峻挑战。针对稀疏码多址接入（SCMA, sparse code multiple access）星载接收机多用户检测效率低下问题，考虑迭代过程中码字发送概率的差异性，提出一种基于状态位置信息的对数域消息传递算法（SPI-Log-MPA, state position information based log message passing algorithm）。该算法根据用户码字状态位置的变化情况，在迭代检测过程中通过减少不可靠码字、提前对稳定用户进行解码、设立奖惩机制对非稳定用户进行解码等措施，显著提升了检测效率。在此基础上，对阶段设置与状态位置信息矩阵两方面进行优化，提出两阶段的改进算法，进一步加快了收敛速度。复杂度分析与仿真结果表明，所提算法在保证误码率性能的前提下具有更低的计算复杂度。关键词：卫星物联网;稀疏码多址接入;多用户检测;消息传递算法;状态位置信息211|271|0更新时间：2025-04-21
- 摘要：星地融合网络中，卫星与地面异构网络采用频谱共享技术可以提升系统资源利用率。然而，这导致卫星与地面异构通信链路之间互相受到同频干扰，恶化了通信性能。星地异构共生安全通信可以将不利于通信的干扰变废为宝，使星地异构链路的安全传输形成互惠共生关系。对于窃听威胁场景下的星地安全传输需求，理论分析了星地共生安全通信的保密速率和保密中断概率，给出了保密速率的理论下界，且仿真结果验证了理论分析的正确性。研究结果表明，无需消耗额外资源，卫星和地面链路能够利用互惠干扰以共生的形式分别实现安全传输。关键词：星地异构融合网络;共生安全;安全传输;保密性能分析191|228|0更新时间：2025-04-21
- 摘要：海洋气象传感器网络（MMSN, maritime meteorological sensor network）有别于传统陆地组网，入侵检测任务在海洋气象传感器网络场景下面临着新的挑战。利用卫星通信技术设计一种海洋气象传感器网络卫星检测方法，分析海洋气象传感器网络的网络结构和特点。从算法和损失函数的角度入手，对提高入侵检测系统（IDS, intrusion detection system）检测性能的方法展开研究，提出了一种基于深度强化学习模型融合的海洋气象传感器网络入侵检测方法。首先，建立改进损失函数的轻量梯度提升机（LightGBM, light gradient boosting machine）、一维卷积神经网络（1D-CNN, 1D conventional neural network）和二维卷积神经网络（2D-CNN, 2D conventional neural network）分类器，综合提取海洋气象传感器网络入侵检测数据的时序特征和空间特征。其次，根据模型融合技术中的堆叠和平均原理，设计一个基于以上基分类器的模型融合方法，采纳基学习器的优势而规避其劣势，从而提高系统整体检测性能。最后，仿真实验结果表明，所提的入侵检测方法能够有效地提高入侵检测系统对少数类攻击数据的检测性能，并提高系统的稳健性。关键词：海洋气象传感器网络;入侵检测系统;模型融合;焦点损失函数168|148|0更新时间：2025-04-21
专题：卫星物联网
- 摘要：边缘计算和云计算中心的大规模部署，为实现绿色低碳的工业互联网（IIoT, industrial Internet of things）带来了机遇与挑战。针对时间敏感型工业互联网业务，提出了一种基于云边协同的碳排放量优化方法。首先，对云边协同架构下工业互联网中时间敏感型业务的碳排放进行了深入分析，并建立了包含云计算中心、边缘节点和骨干网数据传输的综合碳排放模型。在此基础上，考虑低时延约束，设计了一种基于交替方向乘子法（ADMM, alternative direction method of multipliers）的任务卸载优化算法，旨在最小化工业互联网的整体碳排放。为了验证所提方法的有效性，利用美国不同地区的真实碳强度数据，进行了仿真实验。仿真实验结果表明，该方法能够在保证业务低时延的前提下，显著地降低工业互联网的碳排放量，实现云边协同的优势互补。关键词：碳排放;时间敏感;工业互联网;云边协同203|141|0更新时间：2025-04-21
- 摘要：传感器可以通过能量收集技术从周围环境中采集能量，但自然环境中的能源供给通常具有不稳定性。为实现有效的功率控制，使传感器长期运行的同时提升数据吞吐量等性能指标，设计了基于强化学习的功率控制策略。考虑一个端到端通信系统，发送节点采集能量存储到电池中以用于数据传输，同时持续缓存待发送数据。实际应用中，通常无法完整地预知能量和数据到达的过程。该研究中发送节点仅能获取已收集能量、电池电量、已采集数据、数据缓存量、信道增益等当前状态信息，并基于此进行决策。采用了柔性演员-评论家（SAC, soft actor-critic）算法控制传输功率，并设计了合适的奖励函数和动作剪裁方法。仿真实验结果表明，该算法在性能上优于基线策略，并在部分场景中接近理论最优解。关键词：柔性演员-评论家;无线传感器网络;能量采集;强化学习;功率控制241|359|0更新时间：2025-04-21
- 摘要：智能反射面（IRS, intelligent reflecting surface）是一种能够提升毫米波通信性能并应对传输挑战的技术。然而，传统方法在联合优化预编码和IRS相移时需要准确的信道状态信息，导频消耗随着基站天线数和IRS元件数的增加而增大。为降低导频，提出了一种基于多臂赌博机（MAB, multi-armed bandit）的传输设计方案。具体而言，在IRS辅助单天线用户下行通信系统中，通过双时间尺度的方法，将IRS相移和预编码波束成形问题解耦。利用强化学习中的上下文MAB算法，在每个相干时间块内根据上下文信息和奖励反馈来设计IRS相移矩阵。接着，采用迫零方法设计预编码，并引入贪婪法来选择每一时刻的动作，以避免陷入局部最优。仿真结果表明，与现有的算法相比，所提算法能够实现更高的有效频谱效率。关键词：毫米波;智能反射面;多输入单输出;上下文多臂赌博机176|176|0更新时间：2025-04-21
- 摘要：南海地区的贝类资源十分丰富，但目前关于这些资源的信息分散在各种书籍和网站中。利用自行训练的深度学习模型进行知识关系的自动抽取可以减少人工整合信息的烦琐工作，但这一过程往往需要大量的数据标注和专家评估，且文本抽取效果的泛化性欠佳。利用ChatGPT构建中国南海贝类的知识服务体系，为上述问题提供了解决方案。通过将ChatGPT与贝类知识提问模板相结合，可以减少对数据集的依赖抽取文本，且效果较为理想；在此基础上，完成了贝类知识图谱的构建及可视化，并利用哈尔滨工业大学语言技术平台（LTP, language technology platform）4.0技术开发了智能问答系统。该应用体系也为人工智能大模型在其他信息搜集和处理方面的应用提供了思路。关键词：中国南海贝类;知识图谱;ChatGPT;智能问答180|201|0更新时间：2025-04-21
- 摘要：面向卫星和地面网络有机结合的星地融合网络（STIN, satellite-terrestrial integrated network），提出了一种基于窃听者非完美信道状态信息的鲁棒安全波束成形（BF, beamforming）算法，以提升系统的安全性能。首先，在卫星和基站采用波束成形技术服务地球站（ES, Earth station）和地面用户，且在它们之间共享频谱资源的情况下，建立以地球站可达安全速率门限最大化为目标函数，用户服务质量（QoS, quality of service）、地球站安全中断概率和系统发射功率满足需求为约束的联合优化问题。然后，为求解该复杂问题，采用迫零准则降低问题复杂度，进一步提出一种利用伯恩斯坦不等式和Dinkelbach的迭代算法，以实现星地融合网络的安全可靠传输。最后，通过计算机仿真验证了本文所提算法能以较快的收敛速度获得较好的性能，可以在安全性能与复杂度之间获得较好的折中。关键词：星地融合网络;波束成形;物理层安全;非完美信道状态信息193|402|0更新时间：2025-04-21
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