基于编码调制的无人机安全通信技术研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61871032
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0101.信息论
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Unmanned Aerial Vehicle (UAV) communication is being a powerful complement to the terrestrial radio access network due to its high degree of flexibility, which is an important network topology for 5G wireless communication system and has a wide range of application prospects. Because of the complicated operating situations, information security is a critical issue faced by UAV communication that should be solved. Secrecy coding combines the error correcting properties of channel coding and the wireless channel characteristics, and guarantees the secure and reliable communication efficiently. However, existing secrecy coding schemes cannot deal with the new requirements brought by the features of UAV communication, such as high mobility and limited energy consumption. Therefore, this research project intends to study the channel coding and the modulation technologies in physical layer and the network transmission coding methods for typical scenarios in UAV communication. We first derive the security capacity and the maximum reachable safety transmission rate. Subsequently, we propose coding and modulation methods for UAV communication with high security and low complexity, by using density evolution algorithm and coset selection method. The proposed methods are expected to ensure the completeness and the confidentiality of information, as well as provide high security communication for UAVs. The main research contents include: 1) Decentralized fountain codes that protect information completeness. 2) Control message protection methods based on parallel polar codes and frequency hopping. 3) Asynchronous physical layer network coding method for UAVs with high security and low complexity. 4) Combined optimization strategy of flight path and constellation under the constraint of confidentiality. 5) Polar codes design that achieves secure capacity and applies to the high mobility of UAVs.
无人机通信因其灵活机动性成为地面无线接入网的有力补充,是5G系统的重要组成部分,有广泛的应用前景。但由于无人机工作环境复杂,其通信安全问题亟待解决。安全编码技术有机结合编码的纠错特性与无线信道特征,能有效保证安全可靠传输,但传统安全编码方案不能满足无人机通信高移动性、能量受限等特点带来的新需求。本课题拟针对无人机通信中的典型场景,利用信道编码、调制和网络传输编码技术,分析最大可达安全速率,使用密度演进和陪集优选等方法,提出适应无人机通信特点的高安全性编码调制方法,从信息完整性和信息保密性两个角度保证无人机通信安全。具体研究内容包括:1、基于去中心化喷泉码的无人机信息完整性保护方法;2、基于跳频信道并行极化码的无人机控制信息完整性保护方法;3、高安全性低复杂度的无人机异步物理层网络编码方法;4、保密约束下的飞行轨迹和调制星座图联合优化策略;5、适应无人机高移动性的安全容量可达极化编码技术。

结项摘要

由于无线信道固有的开放特性、无线电信号的广播特性以及无人机通信网络拓扑的动态性,使得处在信号接收范围内的用户都可以对信号进行接收并处理,因此无人机通信特别容易遭受外界恶意窃听,如何保障无人机通信中数据的安全性显得尤为重要。本课题针对无人机群通信系统下如何有效地设计物理层安全调制编码技术以保障无人机安全运行及数据信息安全传输进行了深入的研究,取得的主要研究进展和成果包括:1、研究了基于去中心化喷泉码的无人机信息完整性保护方法;2、研究了基于并行极化码的无人机控制信息完整性保护方法;3、研究了高安全性低复杂度的无人机物理层网络编码方法;4、研究了保密约束下无人机飞行轨迹与计算卸载决策联合优化策略;5、研究了适应无人机高移动性的安全容量可达极化编码技术;6、研究了无人机窃听场景中的安全传输方案设计,例如:通信雷达同频共存的安全传输方案设计、通信感知融合的鲁棒安全传输方案设计、无人机窃听的感知辅助安全通信技术。. 经过项目组的努力,已在IEEE Transactions on Vehicular Technology,IEEE Transactions on Communications等国际著名期刊和WCNC等著名国际会议上共发表论文26篇,申请专利11项,超额完成原定计划。本项目取得的研究成果可有效地保障无人机通信中数据传输的安全性。

项目成果

期刊论文数量(23)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(2)
专利数量(11)
Outage Constrained Robust Secure Beamforming in Integrated Sensing and Communication Systems
集成传感和通信系统中的断电约束鲁棒安全波束形成
  • DOI:
    10.1109/lwc.2022.3198683
  • 发表时间:
    2022-11
  • 期刊:
    IEEE Wireless Communications Letters
  • 影响因子:
    6.3
  • 作者:
    Peng Liu;Zesong Fei;Xinyi Wang;Bin Li;Yuzhen Huang;Zhi Zhang
  • 通讯作者:
    Zhi Zhang
Low Complexity Polar Decoder for 5G Embb Control Channel
用于 5G Embb 控制通道的低复杂度 Polar 解码器
  • DOI:
    10.1109/access.2019.2910535
  • 发表时间:
    2019-04
  • 期刊:
    IEEE Access
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Ce Sun;Zesong Fei;Congzhe Cao;Xinyi Wang;Dai Jia
  • 通讯作者:
    Dai Jia
Multiple-Block Combined Decoding for Cell Search With Polar Codes
使用 Polar 码进行小区搜索的多块组合解码
  • DOI:
    10.1109/access.2019.2919502
  • 发表时间:
    2019-05
  • 期刊:
    IEEE Access
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Wang Xinyi;Cao Congzhe;Sun Ce;Jia Dai;Fei Zesong
  • 通讯作者:
    Fei Zesong
Design and Analysis of Online Fountain Codes for Intermediate Performance
中级表演在线喷泉代码的设计与分析
  • DOI:
    10.1109/tcomm.2020.2997400
  • 发表时间:
    2020-01
  • 期刊:
    IEEE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS
  • 影响因子:
    8.3
  • 作者:
    Huang Jingxuan;Fei Zesong;Cao Congzhe;Xiao Ming
  • 通讯作者:
    Xiao Ming
Secure Online Fountain Codes With Low Complexity
复杂性低的安全在线喷泉代码
  • DOI:
    10.1109/lcomm.2022.3167716
  • 发表时间:
    2022-07-01
  • 期刊:
    IEEE COMMUNICATIONS LETTERS
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Qin, Zijun;Fei, Zesong;Xiao, Ming
  • 通讯作者:
    Xiao, Ming

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其他文献

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空基约束环境下的探测通信融合及智能共用理论与方法
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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

        graph TD
          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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