• 2021年 第44卷 第2期 刊出日期：2021-04-28 上一期 下一期

未来网络体系架构和关键技术专题

• 面向多源信息采集的地理位置路由寻址机制
• 侯赛凤, 田乐, 胡宇翔, 邬江兴
• 北京邮电大学学报. 2021, 44(2): 1-7. DOI:10.13190/j.jbupt.2020-227
• 摘要 ( 598 )     PDF ( 387 ) HTML( 387 )     　　
• 为满足日益增长的与地理位置相关的网络业务需求，在命名数据网络（NDN）的基础上，提出了面向多源信息采集的地理位置路由寻址机制.设计了地理位置编码方案，将地理位置信息与NDN中的内容名称结合起来，支持面向位置的多源信息采集请求；在原始NDN路由转发框架下，提出了基于自学习的地理位置路由寻址机制，避免了路由通告带来的开销，并可兼容传统的NDN路由转发机制；最后，使用ndnSIM仿真平台实现了该机制并进行了实验验证.验证结果表明了该路由寻址机制的有效性.
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• 基于改进AHP-FCE模型的多指标拟态表决算法
• 陆以勤, 黄俊贤, 程喆, 覃健诚
• 北京邮电大学学报. 2021, 44(2): 8-13. DOI:10.13190/j.jbupt.2020-105
• 摘要 ( 607 )     PDF ( 451 ) HTML( 451 )     　　
• 为了提高拟态防御中表决的准确性，提出了一种基于改进层次分析-模糊综合评价（AHP-FCE）模型的多指标拟态表决算法.针对传统AHP-FCE模型中判断矩阵一致性检验的缺点，对判断矩阵的构造方法进行了改进，构造具有一致性的判断矩阵，无须一致性校验和调整.基于该改进模型，综合分析了拟态表决中的一致度、历史置信度、异构度指标，将拟态表决转化为模糊评价过程.仿真结果表明，与一致表决相比，该算法能有效提高表决的正确率，提升拟态系统的整体安全性能.
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• 通用平台高性能可扩展网络地址转换系统
• 李峻峰, 李丹, 黄昱恺, 程阳, 令瑞林
• 北京邮电大学学报. 2021, 44(2): 14-19. DOI:10.13190/j.jbupt.2020-133
• 摘要 ( 468 )     PDF ( 221 ) HTML( 221 )     　　
• 为了提高通用平台网络地址转换（NAT）的性能，设计了高性能可扩展网络地址转换系统——Quick NAT.高速网络地址转换查表算法将原始规则表划分为若干子表，并采用哈希查表算法极大地提高了NAT规则的查找效率；为了充分发挥多核中央处理器（CPU）和多队列网卡的性能优势，设计了高效的并行架构，使用本地化的连接记录表和基于比较并交换原子操作的无锁NAT规则表，避免了多CPU核访问修改全局表带来的锁开销；借助轮询取代中断、越过内核等机制，全程使用指针操作数据包，实现零拷贝，进一步降低开销.实验结果表明，Quick NAT可以极大地提高NAT查表的效率和吞吐量，具有较强的多核可扩展性，能够在10 Gbit/s的网络环境下实现64 byte小包线速.
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• TSN网络中时钟同步可靠性提升方法
• 朱海龙, 严园园
• 北京邮电大学学报. 2021, 44(2): 20-25,46. DOI:10.13190/j.jbupt.2020-129
• 摘要 ( 638 )     PDF ( 1162 ) HTML( 1162 )     　　
• 为了提高时间敏感网络中时钟同步的可靠性，在IEEE 802.1AS协议的基础上，提出最近端口主时钟备份和主时钟相位偏移热备冗余的方法.仿真实验结果表明，最近端口主时钟备份方法比标准的主时钟重选方法的可靠性提高了38%，主时钟相位偏移热备冗余比标准的热备冗余方法在精度上可提升48%.
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• 基于网络演算理论的Damper调度机制
• 任首首, 刘冰洋, 王闯, 孟锐, 刘轩
• 北京邮电大学学报. 2021, 44(2): 26-32. DOI:10.13190/j.jbupt.2020-128
• 摘要 ( 521 )     PDF ( 639 ) HTML( 639 )     　　
• 提出了一种新的报文调度机制，以实现网络端到端确定性低时延和低抖动.该机制利用网络演算理论来提供逐跳的时延上界指导，并通过逐跳增加Damper的方式对报文进行主动等待，实现对报文的逐跳聚合整形，消除了传统网际互联协议（IP）网络中由于波峰叠加造成的时延恶化.该机制不要求网络设备之间时间同步，不需要核心节点维护逐流状态，可支持大规模传输距离，在大规模IP网络中扩展性好.
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• 基于迁移学习的跨域异常流量检测
• 彭雨荷, 陈翔, 陈双武, 杨坚
• 北京邮电大学学报. 2021, 44(2): 33-39. DOI:10.13190/j.jbupt.2020-114
• 摘要 ( 656 )     PDF ( 675 ) HTML( 675 )     　　
• 基于已知数据的机器学习模型在实际异常流量检测任务中不完全可靠，为此，将不同分布的流量分别作为源域和目标域，建立跨域网络异常流量检测框架，提出了基于联合分布适配的迁移学习方法.通过寻找最优变换矩阵、适配源域与目标域之间的条件概率和边缘概率，实现源域与目标域间的特征迁移，从而解决由于源域与目标域分布差异大所引起的检测准确率下降等问题.实验结果表明，所提方法可以显著提升跨域流量的检测准确率.
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• 基于抽象原则和模型检测的网络协议安全分析
• 王晓楠, 符劲轩, 虞红芳, 孙罡, 陈海兵
• 北京邮电大学学报. 2021, 44(2): 40-46. DOI:10.13190/j.jbupt.2020-183
• 摘要 ( 398 )     PDF ( 246 ) HTML( 246 )     　　
• 提出了一种可以缓解状态空间爆炸的抽象原则，对模型设计过程中的辅助变量、报文字段、自动状态机数量进行科学约简，在尽量不影响验证结果准确度的前提下，降低了模型的复杂度.在此基础上，提出了一种半自动化建模框架，只需用户提供少量必须的输入，不需要学习语法，就可以自动生成具有统一规范的模型，方便研究人员查阅和使用.实验结果表明，采用所提的抽象原则和半自动化建模框架创建的模型，可以验证网络协议的相关属性.
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• 面向可靠端边协同的时延保障模型
• 杨鹏, 张义富, 李职杜, 吴大鹏, 王汝言
• 北京邮电大学学报. 2021, 44(2): 47-53. DOI:10.13190/j.jbupt.2020-139
• 摘要 ( 448 )     PDF ( 497 ) HTML( 497 )     　　
• 由于无线链路状态的高度时变性，终端任务的卸载存在失败的可能性，导致任务时延恶化，甚至任务失败.针对上述问题，提出了面向可靠端边协同的时延保障模型.首先，基于嵌入式马尔可夫理论分析了任务卸载时延的统计特征；然后，基于网络演算理论推导出设备端任务计算时延的概率分布；最后，提出面向时延与可靠性感知的性能评估模型.分析结果表明，与面向平均时延或平均速率最优的决策方案相比，所提方案能够提升具有特定时延需求的任务可靠性.
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• 一种信息中心移动自组网中的数据访问控制机制
• 刘宁春, 郜帅, 侯心迪, 国兴昌
• 北京邮电大学学报. 2021, 44(2): 54-60. DOI:10.13190/j.jbupt.2020-203
• 摘要 ( 362 )     PDF ( 349 ) HTML( 349 )     　　
• 针对信息中心移动自组网场景中节点间间歇连接和网内泛在缓存的特点，提出一种基于门限秘密共享机制的数据访问控制机制.通过构建辅助密钥块，降低了消费者解密的开销和网络节点的存储资源消耗.同时，通过引入双变量单向函数，保障了消费者子秘密份额的唯一性，减少了消费者侧秘密份额管理所带来的空间开销.仿真和理论分析结果表明，该机制显著降低了消费者侧的解密开销，良好地适应了信息中心移动自组织网络场景.
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• 支持泛洪攻击检测的命名数据网PIT
• 彭鹏, 李卓, 梁纪峰, 马天祥, 刘开华
• 北京邮电大学学报. 2021, 44(2): 61-67. DOI:10.13190/j.jbupt.2020-131
• 摘要 ( 440 )     PDF ( 335 ) HTML( 335 )     　　
• 针对命名数据网待定兴趣转发表中高效的变长名称数据索引、硬件可支持的存储消耗以及兴趣包泛洪攻击检测等问题，提出了基于字符卷积神经网络的认知索引模型（C&I），该模型能够支持路由名称数据的分类、聚合，降低名称数据的存储消耗.同时，基于C&I提出了支持兴趣包泛洪攻击检测的待定兴趣转发表（PIT）存储结构C&I-PIT及其数据检索算法，通过多级存储器部署方式，分别在片上和片下的存储器中部署索引结构及存储空间.实验结果表明，C&I-PIT在名称数据聚合、存储消耗、泛洪攻击检测等方面具有良好的性能.
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• 面向新生内容需求的缓存放置与替换联合算法
• 单思洋, 冯春燕, 朱光宇, 张天魁
• 北京邮电大学学报. 2021, 44(2): 68-74. DOI:10.13190/j.jbupt.2020-086
• 摘要 ( 1787 )     PDF ( 244 ) HTML( 244 )     　　
• 在内容中心网络中，全局缓存放置算法无法对新生内容实时缓存放置进行优化，对此，提出一种缓存放置与替换的联合优化算法，可减小缓存节点业务负载和用户内容获取的时延.定义了整网缓存收益函数，构建了最大化整网缓存收益的最优化问题，以实现新生内容的缓存放置与已存内容的缓存替换.为了求解所提的优化问题，将所提优化问题分解为缓存放置子问题和缓存替换子问题，提出了一种全局缓存放置优化问题的次优解，缓存放置算法的性能下限为（1-1/e）倍的最优解.在缓存放置之后考虑多点协同的缓存替换算法，最小化由于缓存替换产生的缓存损失，最后通过迭代实现缓存放置与替换的联合优化.仿真结果表明，所提联合优化算法可以提升整网缓存收益，在缓存节点负载、内容获取平均跳数和全网缓存命中率方面均优于传统方法.
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• NDN数据提供者移动支持策略能耗建模与分析
• 王国卿
• 北京邮电大学学报. 2021, 44(2): 75-80. DOI:10.13190/j.jbupt.2020-274
• 摘要 ( 470 )     PDF ( 319 ) HTML( 319 )     　　
• 基于数据提供者的移动节点在网络中的不同位置及不同移动速度，结合命名数据网络（NDN）请求者驱动的数据传输模式，提出了3类NDN移动支持策略的网络能耗解析表达式，为NDN移动网络的研究提供了形式化的建模方法.对这3类移动支持策略在不同场景下能耗的分析与比较结果表明，数据流行度分布、移动节点所处位置及移动速度对策略的能耗影响不尽相同，为后续探求最优能效的移动支持策略提供了理论参考.
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• 基于BC聚类的差分隐私保护推荐算法
• 王永, 尹恩民, 冉珣
• 北京邮电大学学报. 2021, 44(2): 81-88. DOI:10.13190/j.jbupt.2020-174
• 摘要 ( 468 )     PDF ( 398 ) HTML( 398 )     　　
• 为提高差分隐私保护下推荐算法的准确性，提出了一种考虑差分隐私保护的基于Bhattacharyya系数（BC）的聚类推荐算法.以BC作为项目相似性度量的标准，根据BC相似性对项目进行K-medoids聚类，并在聚类簇中进行私有项目邻居选择.最后，根据最近邻居集信息，对用户的评分进行预测和Top-n推荐.提出的方案有效地克服了已有方法中存在的相似性度量依赖于共同评分的问题，提高了相似性度量的准确性，有效避免了因隐私保护而造成的最近邻居集质量下降的问题.理论分析和实验测试的结果表明，该方法在实现隐私保护的同时还能有效保证推荐的高质量，较好地实现了隐私保护和数据效用之间的平衡，具有良好的应用潜力.
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• 基于区块链的物联网智能终端协作计算方案
• 查煜坤, 智慧, 房小彤
• 北京邮电大学学报. 2021, 44(2): 89-94. DOI:10.13190/j.jbupt.2020-176
• 摘要 ( 407 )     PDF ( 397 ) HTML( 397 )     　　
• 提出采用区块链技术为智能终端提供安全可靠的协作平台，用激励机制鼓励智能终端参与协作.采用Kuhn-Munkres算法实现最优配对，充分调动计算资源；通过两阶段Stackelberg模型描述计算资源的交易过程，在保障公平性的同时实现计算能耗的优化.采用信誉值证明的共识机制来减少挖矿造成的资源浪费，利用信誉值和资源币收益作为激励条件，鼓励智能终端参与协作，提高服务质量.仿真结果表明，所提方案综合了协作双方的效用，不仅可提供一个可信的交易平台，而且能降低总能量的消耗.
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• 时间敏感网络的控制架构
• 王敬超, 高先明, 黄玉栋, 汪硕, 黄韬
• 北京邮电大学学报. 2021, 44(2): 95-101. DOI:10.13190/j.jbupt.2020-135
• 摘要 ( 866 )     PDF ( 812 ) HTML( 812 )     　　
• 分析了时间敏感网络控制架构的设计需求，从配置对象、架构模型、架构实现等3个方面指出了时间敏感网络（TSN）控制架构的发展现状和面临的技术挑战，围绕需求感知、策略计算、策略部署等核心功能重点研究了基于网关和统一架构的2种实现方式，给出了TSN控制架构的发展趋势，为TSN的应用与推广奠定技术基础.
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车联网专题

• 面向车联网自动驾驶的边缘智能多源数据处理
• 吕昕晨, 张晨宇
• 北京邮电大学学报. 2021, 44(2): 102-108. DOI:10.13190/j.jbupt.2020-266
• 摘要 ( 953 )     PDF ( 810 ) HTML( 810 )     　　
• 在车联网场景中，智能车辆受限于自身有限的感知范围和计算资源，难以实现高可靠性的自动驾驶.针对上述问题，提出了面向车联网自动驾驶的边缘智能多源数据处理方法，通过发掘网络中节点的空闲资源，提高系统的吞吐量，利用网络中的分布式数据，提高神经网络的推断准确率.为了解决车辆节点数据传输的耦合问题，构建了3层网络模型，对网络中的数据传输进行调度，并将原车辆节点一一映射为一个虚拟节点集合，对节点的数据传输进行解耦，从而把原问题转化为最小费用最大流的问题，实现了对自动驾驶网络计算、通信资源的高效分配.仿真结果表明，相比于本地处理的方案，所提方案可提升150%的系统吞吐量和12%的系统能效.
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• 车联网基于信任度的RSU识别及资源分配算法
• 黄晓舸, 王永生, 赖晨彬, 陈前斌
• 北京邮电大学学报. 2021, 44(2): 109-115. DOI:10.13190/j.jbupt.2020-088
• 摘要 ( 595 )     PDF ( 477 ) HTML( 477 )     　　
• 在车联网中，由于部分路侧单元（RSU）的位置比较偏远，无法得到网络管理员的及时维护，可能遭到攻击，变为不可信任的路侧单元，降低了车辆的通信质量和网络能效.为了有效地识别RSU的可靠性，提出了一种基于信任度的路侧单元识别及资源分配算法，将路侧单元识别、传输模式的选择和功率分配联合建模为网络能效的优化问题，并分成3个子优化问题，分别求解.首先，采用基于信任度的RSU识别算法，识别出可信任和不可信任的路侧单元；其次，优化车辆资源块配置和链路选择；最后，通过次梯度算法优化传输功率，最大化网络能效.理论分析和仿真结果表明，所提算法具备较低的复杂度，可以达到较高的路侧单元识别准确度，并有效地提升网络总能效.
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• 多径信号辅助的网联车辆无线协作定位
• 初星河, 路兆铭, 王鲁晗, 武穆清, 温向明
• 北京邮电大学学报. 2021, 44(2): 116-123. DOI:10.13190/j.jbupt.2020-191
• 摘要 ( 529 )     PDF ( 417 ) HTML( 417 )     　　
• 为解决全球定位系统（GPS）和北斗卫星导航系统（BDS）等传统定位方式在信号被遮挡的区域定位范围受限以及精度不足的问题，基于第5代移动通信系统和车联网技术提出了一种多径信号辅助的网联车辆无线协作定位方法.首先将车联网中接收端与发射端之间多径信号成分携带的定位信息提取成多径定位线段，并基于最小二乘法估计出接收端与发射端之间的相对位置；然后基于置信传播算法，将相对位置信息以及部分覆盖的GPS/BDS信息进行协作融合，得出整个车联网中各个车辆的位置.仿真结果表明，在不同的车辆密度和GPS/BDS可用概率下，新算法能提升网联车辆的定位精度，有效解决车辆GPS/BDS覆盖不充分的问题，为网联车辆提供高精度的定位.
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• 城市环境下基于几何随机模型的车对车信道建模
• 毛景民, 韦再雪, 邢冰倩, 刘凯桢, 赵屹
• 北京邮电大学学报. 2021, 44(2): 124-130. DOI:10.13190/j.jbupt.2020-251
• 摘要 ( 332 )     PDF ( 381 ) HTML( 381 )     　　
• 城市环境中的通信信道会受到各种障碍物的干扰，交叉路口场景下的散射体往往不是单一均匀分布的.对此，提出了一种适用于交叉路口的Y形随机模型.基于最大时延限定的椭球范围，建立了道路上车辆散射体和道路旁边楼房散射体的几何随机模型.在此模型中，假设道路两侧的静态散射体在楼房区域呈指数分布，移动散射体在车道区域均匀分布.为了贴近真实环境，采用离散马尔可夫过程模拟散射体的时变特性.推导并仿真了不同分支夹角场景下的到达角、时延功率谱、时间自相关函数、空间互相关函数、多普勒功率谱密度并进行了对比分析.分析结果表明，基于几何的随机信道模型具有通用性，可通过调整信道参数，用于各种城市环境中的通信场景建模.
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