信源在中继信道中安全传输的容量问题研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61501171
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    19.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0101.信息论
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2018-12-31

项目摘要

Characterizing the information theoretical limit of the secrecy capacity for secure source transmission is of theoretical value to design secure transmission schemes with high performance in wireless networks. Secure transmission systems of correlated sources over relay channels cover many issues of wireless communications, such as distributed source-channel coding, cooperative communication and physical-layer security, et cetera. However, exact capacity-equivocation region for secure source transmission is very difficult to be characterized, since uniform source-channel coding and relaying schemes are hard to be constructed in general due to various secrecy requirements of the source information and differences in statistical properties of the side information and channel characteristics. In this project, the secrecy capacity problems for secure transmission of correlated sources over relay channels will be studied from the view of information theory considering different secrecy requirements of the source information. The impacts of the statistical properties of the side information at each node, the correlations of the sources and the channel characteristics on source compression rates and secrecy rates will be studied firstly. Source-channel coding schemes, as well as corresponding relaying strategies will be designed to derive the achievable rate-equivocation regions for the transmission models respectively. Consequently, general inner and outer bounds on the capacity-equivocation regions will be characterized. We will specialize these bounds on the capacity-equivocation regions to the transmission models when the statistical properties of the side information and the channel characteristics meet some certain conditions under which the capacity-equivocation regions are expected to be characterized exactly. With the research on this project, we will try to understand the unique value of distributed source-channel coding and the particular role of cooperation in wireless networks with secrecy constraints, which will be significant in designing secure transmission strategies for secure source transmission over wireless networks.
从信息论角度刻画信源安全传输的容量极限,是无线网络信息安全传输效能得以充分发挥的关键。信源在中继信道中安全传输的通信模型,完美地表征了无线网络中分布式信源-信道编码、协作通信和物理层安全等特征。然而,因信源信息对各类节点的保密性需求不同、节点边信息统计特性和信道传输特性的差异,难以构造统一的信源-信道编码方案和中继协作策略,致使刻画确切的容量-疑义度区域非常困难。为此,本项目以相关信源在中继信道中的安全传输为背景,针对三种典型的传输模型,从信息论角度研究节点边信息的统计特性、信源间的相关性、信道传输的随机性等因素对信源压缩码率和安全速率的影响,构建信源-信道编码方案和中继协作策略,建立容量-疑义度区域外界的求解方法,刻画容量-疑义度区域的一般性内界和外界,并试图得到节点边信息和信道特性满足特定条件时容量-疑义度区域的确切表示。本项研究可为无线网络中设计安全的传输方案提供理论依据和参考。

结项摘要

从信息论角度刻画信道安全传输的容量极限从理论上证明了无线信道安全传输性能的极限,针对无线信道特征和不同通信场景优化收发器的设计是实际通信系统能够达到或接近信息安全传输极限重要措施之一。为此,本项目首先研究了双向脏纸中继信道的容量区域,针对信道中节点具有不同的边信息的三种不同情况,基于晶格码和计算-转发中继策略,分刻画了容量区域的内界,并证明了所得到的容量区域内界与割集外界间的间隙为一常数。其次,研究了无线携能安全通信最优收发器的设计,针对外部窃听节点被动窃听信息和主动攻击两种情况,建立了能量波束成形向量、信息波束向量等参数在内的联合优化模型,通过半定松弛等方法将非凸的优化问题转换为凸优化问题进行求解,并设计了相应的优化算法,给出了收发器最优设计方案,通过数值仿真验证了优化方案的有效性。同时,将机器学习方法应用到无线安全通信物理层优化设计中。针对中继-窃听信道中如何选择最优中继节点以保证最大的信息安全传输速率,将中继选择问题建模为多分类问题,提出了一种基于深度神经网络的中继选择方案,该方案能够得到传统最优中继选择方案接近的性能,但与传统中继选择方案相比,其仅需一半的通信反馈开销。最后,针对多用户干扰信道发送节点的功率分配问题,提出了一种基于递归神经网络的功率分配方法,该方案不仅以相当低的复杂度实现了与传统的基于加权最小均方误差算法的功率分配方案几乎相近的加权和速率,并且以较少模型参数开销获得了比基于深度神经网络的功率分配方案更高的系统和速率。本项目的研究成果可以为无线网络设计最优的传输方案提供一定的理论参考和应用借鉴。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(6)
专利数量(0)
Combined pre-detection and sleeping for energy-efficient spectrum sensing in cognitive radio networks
结合预检测和睡眠,实现认知无线电网络中的节能频谱感知
  • DOI:
    10.1016/j.jpdc.2017.12.013
  • 发表时间:
    2018-04
  • 期刊:
    Journal of Parallel and Distributed Computing
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Yuan Gao;Zhixiang Deng;Dongmin Choi;Chang Choi
  • 通讯作者:
    Chang Choi
WSAN中基于改进分布式竞拍的执行器任务分配算法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    计算机与现代化
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    齐本胜;苗雪娇;苗红霞;邓志祥
  • 通讯作者:
    邓志祥
Secure Beamforming for Full-Duplex Wireless Powered Communication Systems With Self-Energy Recycling
具有自能量回收功能的全双工无线供电通信系统的安全波束成形
  • DOI:
    10.1109/lwc.2016.2642954
  • 发表时间:
    2017-04
  • 期刊:
    IEEE WIRELESS COMMUNICATIONS LETTERS
  • 影响因子:
    6.3
  • 作者:
    Wei Wu;Baoyun Wang;Zhixiang Deng;Haiyang Zhang
  • 通讯作者:
    Haiyang Zhang
Tasks Scheduling of Actuators Algorithm Based on PSO-ACO for WSAN
基于PSO-ACO的WSAN执行器任务调度算法
  • DOI:
    10.12720/jcm.11.12.1066-1072
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Journal of Communications
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Bensheng Qi;Xuejiao Miao;Hongxia Miao;Zhixiang Deng
  • 通讯作者:
    Zhixiang Deng
Cognitive Radio Network With Energy-Harvesting Based on Primary and Secondary User Signals
基于主要和次要用户信号的能量收集认知无线电网络
  • DOI:
    10.1109/access.2018.2797263
  • 发表时间:
    2018-01
  • 期刊:
    IEEE Access
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Yuan Gao;Haixia He;Zhixiang Deng;Xuewu Zhang
  • 通讯作者:
    Xuewu Zhang

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其他文献

带有广义反馈的多址接入中继信道的可达速率区域的研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    信号处理
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郎非;王保云;邓志祥
  • 通讯作者:
    邓志祥
On the capacity of the multiple-hop relay channel with linear relaying
线性中继多跳中继通道的容量研究
  • DOI:
    10.1016/j.phycom.2013.07.001
  • 发表时间:
    2013-12
  • 期刊:
    Physical Communication
  • 影响因子:
    2.2
  • 作者:
    邓志祥;王保云
  • 通讯作者:
    王保云
存在辅助节点的MIMO窃听信道安全性能研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    信号处理
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张海洋;王保云;邓志祥
  • 通讯作者:
    邓志祥
正交中继-窃听信道的最优中继函数及其可达安全速率
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    应用科学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈驰阳;邓志祥;王保云
  • 通讯作者:
    王保云
一类有信道状态的半确定性正交中继信道的容量
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    电子与信息学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    邓志祥;王保云;郎非
  • 通讯作者:
    郎非

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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