空地融合网络协同无线接入理论研究

Focusing on the theory and key technology of Space-Air-Ground integrated information network and accommodating the rapid deployment of wireless coverage and communication networks in emergency or disaster relief applications. We investigate the techniques and theories of collaborative radio access in air-ground integrated network (AGIN) in this project by leveraging multi-dimensional collaboration, including air- and ground- access point (AP) collaboration, AP and mobile terminal collaboration, and space-time collaboration, etc. Considering the challenges of high-dynamic network topology, non-uniform spatial and temporal network capability, and large-scale cross-space networking security in AGIN, this project studies the techniques and theories of (1) collaborative access and handover, (2) collaborative access and offloading, and (3) physical layer security based collaborative secure access and transmission. The purpose of this project is to realize robust, high-efficient, and secure wireless connectivity in AGIN by coordinating the cross-domain resources in the air and ground networks, and thus providing theoretical insights and technical supports for the collaborative communication in AGIN.

围绕空天地一体化信息网络基础理论与关键技术、灾备救援紧急无线通信与覆盖等重大发展需求，为探索空地融合网络（AGIN）的协作无线接入理论和方法，针对AGIN高动态网络拓扑、空/时非均匀网络负载、大尺度跨域组网安全等挑战，以跨空中-地面网络水平协作、跨网络-终端垂直协作、跨空间-时间协作等多维协作为支撑，本项目研究（1）面向AGIN高动态变化网络拓扑的协作接入与切换机理，（2）面向AGIN非均匀空/时网络负载的协作接入与卸载机理，和（3）面向AGIN大尺度跨域无线安全的协作物理层安全接入与传输机理。以协调空中、地面跨域网络资源，解决空地无线通信的稳健、高效、安全无线连接问题，为AGIN的协作通信提供理论基础和技术支撑。

本项目围绕AGIN高动态网络拓扑、空/时非均匀网络负载、大尺度跨域组网安全等挑战，开展空地融合网络的协作无线接入理论与方法研究，协调空中、地面跨域网络资源，解决空地无线通信的稳健、高效、安全无线连接问题。项目主要研究思路是：建立考虑无人机平台飞行姿态特征的空地协作接入模型，分析空地协作组网覆盖与容量性能，提出基于无人机的三维空间频谱占用测量方案以进一步提升空地协作覆盖与容量性能；构建基于无人机基站的空地协作模型与覆盖/容量分析框架，提出面向非均匀异构蜂窝网络小区边缘用户的空地切换与协作卸载方法；研究空地融合网络下的协作无线安全，提出实现空地融合网络的无线接入安全与鲁棒安全传输的协作方案，建立基于博弈论的空地安全对抗博弈模型，分析博弈均衡下的无线接入安全性能极限。本项目执行期为2020年01月--2022年12月。本项目的预期成果是研究报告（结题报告）一份、协助培养研究生4名、发表JCR Q2以上IEEE期刊论文3-4篇、IEEE会议论文2-3篇、申请发明专利2项。在执行期内，项目组充分研究了三个研究内容，超额完成了项目预期成果。发表SCI 检索/刊源论文18篇，其中包括IEEE TWC, IEEE IoTJ, IEEE TCOM, IEEE TVT等2区以上论文11篇，发表EI 检索论文5篇（IEEE 会议论文），获得授权专利2项，出版专著1部。依托本项目协助培养了张嘉真、李猛、王好伟、李涵洁、文阳、高秋悦、张云飞等7名博士/硕士生。基于项目研究成果，项目负责人2021年入选第六届中国科协青年人才托举工程，2020年获得北京市自然科学基金面上项目资助（项目名称：面向5G/B5G的异构无线接入网安全对抗博弈研究）。项目组圆满完成了项目任务。

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