认知无线可充电传感网的安全资源分配研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61803368
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    27.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0306.自动化检测技术与装置
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

To solve the problems of spectrum scarcity and energy constraint in wireless sensor networks, this project employs cognitive radio and energy self-supply (energy harvesting/wireless energy transfer) techniques to formulate cognitive wireless rechargeable sensor network (CWRSN). However, to realize the green and secure communication of CWRSN in licensed channels, we are facing the following key problems: inaccuracy for modeling resources due to their dynamics and variability, unsuitability for complex encryption and decryption algorithms due to serious resource constraints, and unavailability for allocating resources due to their coupling. To solve these problems, this project first establishes multi-dimensional models for temporal, spatial and spectrum resources; then, employs physical layer security techniques including collaborative relay and cooperative jamming to design light-weight secure communication mechanism; finally, adopts cross-layer design and joint optimization methods to allocate resources coupled in different protocol layers, and proposes secure resource allocation algorithms. Furthermore, a prototype is developed, with which simulations and experiments are implemented to verify the validity of the proposed methods. The success of this project will enhance spectrum efficiency, energy efficiency and communication security simultaneously, and can serve as a solid theoretical foundation for establishing high reliability, high energy efficiency and high security CWRSN.
为解决无线传感网面临的频谱稀缺和能量受限问题,本项目应用认知无线电和能量自供给技术(能量收集/无线充电)建立了认知无线可充电传感网。然而,实现其在授权信道的绿色和安全通信还面临以下关键问题:资源动态多变难以准确建模,资源严重受限难以支持复杂加密解密算法,以及资源复杂耦合难以有效分配。为解决上述问题,本项目首先对多维时空频资源进行建模;然后,采用合作中继传输和协作干扰监听等物理层安全技术设计轻量级安全通信机制;最后,采用跨层设计与联合优化的方法对复杂耦合在不同协议层的资源进行联合分配,设计安全资源分配算法。在此基础上,设计并开发原型系统,通过物理实验和仿真分析相结合的方式验证所提方法的有效性。本项目的成功开展将同时提高频谱效率、能量效率和通信安全性,为设计高可靠、高能效和高安全的认知无线可充电传感网提供坚实的理论基础。

结项摘要

认知无线电和无线充电技术的快速发展为解决无线传感网的频谱稀缺和能量受限问题提供了全新的解决途径。本项目通过构建认知无线可充电传感网,并从频谱认知、资源分配、传输调度、安全机制等方面开展深入研究,构建了认知无线传感网资源分配的理论方法体系。在频谱感知方面,提出了异构认知无线传感网的多频带协作频谱感知方法,发明了基于机器学习的高效快速频谱认知方法,实现了高能效的频谱认知;在资源分配方面,基于深度强化学习(DRL)方法,提出了基于单智能体DRL的通信资源分配方法、基于多智能体DRL的通信与计算资源联合分配方法,实现了大规模异构任务的高并发通信;在传输调度方面,推导并得到了多跳认知无线可充电传感网的端到端中断概率的准确表达式和近似表达式,提出了基于粒子群优化算法的动态资源分配方法,实现了传输时间和发射功率的近似最优分配,确保中断概率的最小化;在安全机制方面,制定了国家军用标准。为验证项目成果的有效性,基于软件无线电USRP,搭建了大规模MIMO天线阵列系统,有效支持了本项目的频谱感知、资源分配与调度、协议设计等工作。基于上述成果,项目组提出并建立了面向工业现场控制的工业5G网络体系WIA-NR。.项目组累计发表或录用学术论文15篇,其中SCI检索9篇,EI检索12篇;申请国际PCT专利1项,国家发明专利9项,已授权1项;形成《无线同步自组织传感网》系列国家军用标准GJB 9605-2019,4项,已发布实施。部分成果得到《中国科学报》《中科院之声》等媒体报道。

项目成果

期刊论文数量(13)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(2)
专利数量(10)
Industrial Wireless Control Networks: From WIA to the Future Comment
工业无线控制网络:从 WIA 到未来
  • DOI:
    10.1016/j.eng.2021.06.024
  • 发表时间:
    2022-01-01
  • 期刊:
    ENGINEERING
  • 影响因子:
    12.8
  • 作者:
    Yu, Haibin;Zeng, Peng;Xu, Chi
  • 通讯作者:
    Xu, Chi
工业5G的D2D多跳中继辅助传输方法及中断性能分析
  • DOI:
    10.19734/j.issn.1001-3695.2021.10.0454
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    计算机应用研究
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王准;许驰;王倚天;徐文彪;夏长清;金曦
  • 通讯作者:
    金曦
Deep Reinforcement Learning-based Multi-Channel Access for Industrial Wireless Networks with Dynamic Multi-User Priority
基于深度强化学习的工业无线网络多通道接入,具有动态多用户优先级
  • DOI:
    10.1109/tii.2021.3139349
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Industrial Informatics
  • 影响因子:
    12.3
  • 作者:
    Liu Xiaoyu;Xu Chi;Yu Haibin;Zeng Peng
  • 通讯作者:
    Zeng Peng
面向工业无线系统的实时聚合调度方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    小型微型计算机系统
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王忠锋;张楠;夏长清;尚志军;田宇;金曦;许驰
  • 通讯作者:
    许驰
WIA-NR: Ultra-Reliable Low-Latency Communication for Industrial Wireless Control Networks over Unlicensed Bands
WIA-NR:通过非授权频段为工业无线控制网络提供超可靠低延迟通信
  • DOI:
    10.1109/mnet.011.2000308
  • 发表时间:
    2021-01
  • 期刊:
    IEEE Network
  • 影响因子:
    9.3
  • 作者:
    Xu Chi;Zeng Peng;Yu Haibin;Jin Xi;Xia Changqing
  • 通讯作者:
    Xia Changqing

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其他文献

一种基于随机森林的长非编码RNA预测方法
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  • 通讯作者:
    胡学龙
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  • 发表时间:
    2014
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    张春霞
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  • DOI:
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  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    林业经济
  • 影响因子:
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  • 作者:
    许驰;张春霞
  • 通讯作者:
    张春霞
福建省农民林业专业合作社发展中的理事长能力影响研究
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    学术论坛
  • 影响因子:
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  • 作者:
    许驰;张春霞
  • 通讯作者:
    张春霞
认知无线传感器网络的协作频谱感知
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
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    --
  • 作者:
    许驰;郑萌;梁炜;于海斌
  • 通讯作者:
    于海斌

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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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