基于用户位置信息的密钥生成安全性

随着无线与移动通信个人业务的快速发展,利用无线信道的特性生成密钥的方法成为新的研究热点,但这种方法并非绝对安全。当窃听者获得足够的散射环境信息和用户位置信息,就可能重构出合法用户之间的信道信息,影响密钥的安全性。其中用户和窃听者共同的散射环境难以做到对窃听者保密,但用户位置信息由于用户移动和窃听者有限的观测能力具备不确定性,能够为密钥生成提供安全保障。该文以密钥生成速率为安全性的衡量,研究了基于合法用户位置信息的密钥生成速率。首先推导了窃听者对不同场景(视距、非视距和不同散射物数量)中的用户位置推测误差表达式;然后通过仿真,分析了窃听者对距离和角度不同观测误差、同一密钥生成周期内不同的信道观测次数对密钥生成速率的影响;基于仿真和分析结果,证明了利用用户位置不确定度能够保障一定的密钥生成速率,从而确保了密钥的安全。     

基于信道状态信息的船舶敏感区域入侵检测方法

特殊的船舶结构和船体震动对信号造成的严重多径和噪声干扰使现有入侵检测方法在船载环境使用存在较大局限性.通过对船载环境中的信号传播特性进行研究分析,提出基于信道状态信息的非接触式入侵检测方法,充分利用WIFI信号的幅值和相位信息,同时,基于子载波敏感度的差异性现象提出敏感子载波的评价模型,通过筛选对环境更加敏感的子载波对环境进行更加精细地感知.实船测试结果表明,入侵检测精确度可达95%以上,验证了入侵检测系统的鲁棒性和可靠性.     

基于部分信道状态信息的Tomlinson-Harashima预编码设计

TH预编码(Tomlinson-Harashima precoding,THP)的性能受到信道状态信息(channel state information,CSI)的影响.对于实际的多输入多输出(multi-input multi-output,MIMO)时变信道,收端的信道估计误差和反馈信息的传输时延,使得收、发端只能得到部分信道状态信息(imperfect CSI).在收、发端空间相关的条件下,利用迫零(zero-forcing,ZF)THP准则,并结合贝叶斯(Bayes)估计理论,提出了一种THP设计方法.仿真结果表明,该方法能有效地改善空间相关、信道估计误差、反馈时延以及信道时变带来的不利影响,具有更好的误码率(bit error rate,BER)性能.     

基于状态密钥树的安全群组密钥分发协议

为了减少群组密钥分发协议的存储代价,提出了一种基于状态密钥树的群组密钥分发协议.给出了状态密钥树的构造方法.分别给出了当组员加入/离开通信组时的群组密钥分发协议的过程.分析了协议的安全性和性能.状态密钥树将组控制者密钥服务器的存储代价从O(n)减少到O(logdn).     

联合信道状态编码的基函数生成算法

针对远距离情况下基函数频谱失配导致的TDCS性能下降的问题,提出一种联合信道状态编码的远距离TDCS基函数生成算法。该算法通过对远距离收发两端的信道状态进行四进制合成编码,将联合信道划分为4种状态,根据频谱失配程度选择信道状态好的频点进行数据传输,并在解调前对接收信号进行滤波。理论分析表明,在相同情况下,使用联合信道状态编码机制的频谱利用率高于频谱交换机制的频谱利用率,从而有效避免收发两端放弃通信,更加接近TDCS的实际应用。仿真结果表明:该算法的抗干扰性能优于频谱交换机制,能够有效提高系统的频谱利用率,降低频谱失配对抗干扰性能的影响,扩展TDCS的应用范围。     

基于PID控制的自适应密钥生成

在无线安全通信中,生成密钥并保证其稳定是至关重要的。目前绝大多数密钥生成方案都是以恒定的速率探测信道,没有考虑实际环境中由于信道状态的改变而导致信道探测效率和KGR(Key Generation Rate)不稳定的问题。为了使合法通信端的信道探测效率和KGR保持稳定,提出一种基于PID(Proportional Integral Derivative)控制的自适应密钥生成方案。该方案将实际信道探测效率与目标信道探测效率作比较,自适应引入AR(Artificial Randomness),从而保持信道探测效率的稳定;根据反馈的KGR与目标KGR比较,自适应调整信道探测速率,从而保持KGR稳定。仿真结果表明,不论信道环境变化得快与慢,自适应控制器都能将信道探测效率和KGR稳定在相应的目标值附近。     

基于OFDM的数字电视地面广播的信道模型及信道状态信息的提取

优化设计数字电视地面广播系统，必须对数字电视地面广播信道有一个充分的认识。基于OFDM，建立了数字电视地面广播的一种信道模型，同时，基于OFDM系统中信道估计与均衡的结果。给出了提取信道状态信息的一种方法。     

基于信道质量信息的机会频谱接入策略

机会频谱接入被认为是一种实现异构无线网络间频谱资源共享的有效途径之一。之前的相关研究很少考虑信道质量信息对于机会频谱接入性能的影响。针对这一问题,该文综合考虑主用户信道占用信息和次用户的信道质量信息来设计机会频谱接入策略,并通过求解凸优化问题获得了一种基于信道质量门限的策略。该策略能够最大化次用户获得的有效吞吐率,同时满足主用户对传输质量的要求,且在单信道场景下具有最优性。仿真结果表明:该策略能够显著提高次用户的有效吞吐率。     

基于K-L变换的无线信道密钥提取方法

为了解决基于无线信道特征的密钥生成方案中信道特征测量值不互易且高度冗余的问题,提出了一种基于K-L变换的无线信道密钥提取方法.首先,将K-L变换划分为信号分组、变换矩阵计算和信号变换3个部分,并对各个部分进行数学建模,分别阐明了有交互和无交互2种K-L变换的特点.然后,计算了交互协方差矩阵或变换矩阵引起的信息泄露率,并分析了2种变换的计算复杂度.结果表明,有交互的K-L变换可以提高密钥的一致性,降低计算复杂度,泄露信息足以忽略,更加适用于无线信道密钥生成.     

基于密钥的信息隐藏技术个性化密钥交换

为了实现密钥的安全传输,利用已有的信息隐藏系统,设计了个性化密密钥交换算法,并提出了具体的实现步骤。该方法增加了密钥系统的安全性,提高了信息隐藏系统的不可破译性。     

基于无线信道状态信息的缓存膨胀问题求解方案

缓存膨胀问题是指超出链路容量的分组阻塞在缓存中造成网络传输延时增加的现象,蜂窝网络中为提高数据传输的可靠性而在基站上配置的大缓存会进一步加剧缓存膨胀问题。针对这一现状,该文提出了一种基于无线信道状态信息的接收窗口调节方案。该方案直接在接收端利用无线信道的状态信息估算出网络的可用带宽;为削弱信道噪声和传输控制协议的确认分组自时钟机制的影响,采用Kalman滤波算法对可用带宽做进一步的预测;然后利用该预测值动态地计算接收窗口并调节发送窗口的大小。基于网络仿真平台的实验结果表明:相比已有的解决方案,该方案在保持吞吐量不变的情况下,能有效地减小基站大缓存中的队列长度,减少网络延时。     

一种基于WiFi信道状态信息的人体感知算法

针对现有的基于WiFi的动作识别系统不能同时识别人物身份的问题,提出一种基于WiFi信号的人体手势和身份识别算法(Wi-GAH). Wi-GAH采用神经网络方法进行设计,将信道状态信息的幅度特征转换成一个三维矩阵结构,以最大程度地保留单个样本数据所携带的空间、时间及频率相关性;然后采用二维卷积从三维矩阵中提取特征,并使用随机丢弃神经元和批归一化减小过拟合;最后利用多任务学习实现人体手势和身份的并行识别.实验结果表明, Wi-GAH对150个手势的识别准确率为95.67%,对4个人的身份识别率达到87.33%;当只需要区分人体的权限类别时,其识别准确率能达到92.05%.     

基于部分信道状态信息的双向中继系统性能分析

在两信源均配置多天线的双向放大转发中继通信系统中,两个信源分别采用存在反馈延迟的部分信道状态信息(CSI)设计发射波束形成向量,分析了反馈延迟对系统性能产生的影响,在瑞利衰落信道下推导了系统中断概率和平均误符号率的解析表达式.仿真结果表明,天线数的增加会改善系统性能,但反馈延迟的增大会使系统性能恶化,且无反馈延迟时系统分集阶数大于存在反馈延迟时的分集阶数.数值仿真结果与解析曲线吻合验证了分析结论的正确性.     

基于部分信道状态信息的多模式天线选择算法

分析了基于部分信道状态信息的天线选择的必要性,并对相关信道情况下角度扩散、信噪比和发送端天线配置方式对信道容量的影响进行了研究.提出根据信道状态动态确定发送天线子阵中的天线数目,从而确定反馈信息的数量.然后利用反馈向量在发送天线端进行波束形成,使得具有较高信道增益的子信道被选择用来进行数据传输.仿真结果表明,采用天线选择后系统可以根据信道状态确定参与传输的发送天线的数目,减小了系统配置的复杂度,降低了成本,并且在信道存在严重相关的场合下算法仍适用.     

基于信道特征生成对抗网络的信道建模方法

基于生成对抗网络(generative adversarial networks, GAN)的数据生成特性,提出一种用于信道特征生成的GAN改进模型,即信道特征生成对抗网络(channel feature generative adversarial networks, CFGAN)。采用完全无监督学习信道特征方式,利用线性编码向量与生成信道之间的互信息关系和变分互信息最大化原理,实现编码向量与信道特征对应;采用实测室内电力线信道数据集训练CFGAN模型,训练完成的CFGAN能够学习到不同信道特征分布。仿真表明,在-80～-10 dB大动态衰减范围内,CFGAN可根据学习到的信道特征生成具有明显区别的4类信道模型,并且生成信道和实测信道的信道特征差异小于2%。     

基于用户位置变化的密钥生成速率

在传播环境不发生改变时,唯一能带来不确定性的因素是用户位置的不断变化。该文研究了用户位置移动范围与无线密钥生成速率上界的关系。针对两种极端的静态环境场景,分析了其密钥生成速率上界。结果表明:在简单的信道环境中,信道状态分布并不是Gauss分布,此时的密钥生成速率上界仅受到用户位置改变的影响。该文分析了在简单的单反射面场景下密钥生成速率上界与信道的估计误差之间的关系。通过数值仿真得到了多散射点场景下不同信道估计误差下的密钥生成速率上界,结果表明在合法用户具有较高信噪比情况下,用户位置移动范围在1个波长左右即可获得较高的密钥生成速率上界。     

频谱共享系统中基于大尺度信道状态信息的资源优化

在基于分布式天线的频谱共享系统(DSSS)中,信道分配和天线选择优化是提升系统性能的重要手段。为了有效控制资源优化的系统开销,研究基于大尺度信道状态信息的联合信道分配和天线选择方法。以次用户的和速率为优化目标建立了优化问题模型,通过变量松弛将整数规划问题转化为线性规划问题求解,降低了复杂度。仿真结果表明:仅仅依靠大尺度信道状态信息仍能够显著提升系统的和速率性能。在实际应用中,系统开销严格受限,该方法为折中系统开销与性能增益提供了有效途径。     

基于统计信道状态信息的多小区下行协作调度算法

小区间干扰是制约无线蜂窝网络边缘区域容量的主要因素.为了提高小区边缘吞吐量,传统的预编码矩阵指示(precoding matrix indicator,PMI)协作调度方案能够有效抑制小区间干扰,但该方案需要较多的信道反馈信息.为了有效减少信道反馈开销,提出一种利用统计信道状态信息(statistical channel state information,SCSI)的多小区下行协作调度算法,该算法利用SCSI提取特征方向确定最佳的PMI或PMI集合.仿真结果表明,在强相关信道场景下,基于SCSI的协作调度算法可以使边缘用户保持较为理想的性能,并且对反馈时延和多普勒扩展导致的非理想信道信息具有较强的鲁棒性.     

基于事件-状态关联关系的GUI测试评判信息生成

GUI研究中关于测试评判信息的生成均依靠测试人员手工完成,这将严重影响整个测试效率和开销.通过详细分析GUI系统中事件与系统状态的关联关系,定义了事件-状态关联关系的形式化描述,提出了根据该关联关系自动生成与测试用例相匹配的测试评判信息的算法.实验表明,基于事件-状态关联关系的GUI测试评判信息生成方法具有可用性,并能有效解决GUI测试评判信息生成过程中开销过大的问题.