北理工在無(wú)人機(jī)通信方面取得研究新成果

日前，北京理工大學(xué)信息與電子學(xué)院匡鏡明教授團(tuán)隊(duì)在5G/后5G無(wú)線傳輸技術(shù)研究方面取得重要進(jìn)展，其研究成果以“Secure UAV Communication Networks over 5G”為題發(fā)表在通信領(lǐng)域國(guó)際頂級(jí)期刊《IEEE Wireless Communications》（影響因子11）。

為海量終端設(shè)備提供巨連接是5G和后5G系統(tǒng)研究的關(guān)鍵技術(shù)之一。面對(duì)意外或應(yīng)急情況(例如搶險(xiǎn)救災(zāi))，由于其復(fù)雜多變的地理環(huán)境和通信環(huán)境，部署地面通信基礎(chǔ)設(shè)施極具挑戰(zhàn)性。為了解決這一問題，利用無(wú)人機(jī)(UAV)作為空中通信平臺(tái)構(gòu)建智能異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)是一項(xiàng)富有應(yīng)用前景的技術(shù)。與地面固定基站相比，無(wú)人機(jī)具有部署靈活、移動(dòng)性可控以及支持高速率傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)。該研究團(tuán)隊(duì)提出了一種無(wú)人機(jī)輔助異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)，旨在構(gòu)建一個(gè)具有更高靈活性和彈性的網(wǎng)絡(luò)，可作為現(xiàn)有蜂窩網(wǎng)絡(luò)的一種擴(kuò)展，為熱點(diǎn)地區(qū)覆蓋增強(qiáng)或應(yīng)急部署提供高效靈活的通信保障。

無(wú)人機(jī)搭載的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的分層網(wǎng)絡(luò)，其傳輸?shù)臄?shù)據(jù)易受未授權(quán)用戶的竊聽，因此安全傳輸是一個(gè)重要課題。該研究團(tuán)隊(duì)引入了三種典型的無(wú)人機(jī)網(wǎng)絡(luò)竊聽場(chǎng)景如圖2所示。（1）在無(wú)人機(jī)輔助基站覆蓋場(chǎng)景中，通過(guò)部署無(wú)人機(jī)平臺(tái)充當(dāng)移動(dòng)的空中基站，并輔以現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行無(wú)線信息傳輸，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域的快速移動(dòng)；（2）無(wú)人機(jī)可作為空中移動(dòng)中繼為遠(yuǎn)距離用戶或用戶群之間提供無(wú)線連接；（3）無(wú)人機(jī)可作為空中用戶與地面用戶共存，支持物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，特別是航空貨運(yùn)服務(wù)（如亞馬遜Prime Air和谷歌Wing項(xiàng)目）。

物理層安全技術(shù)作為一種基于信息論的抵御竊聽者的安全保障手段，利用無(wú)線傳輸介質(zhì)的內(nèi)在隨機(jī)性和合法信道與竊聽信道的差異性，為保障信息安全傳輸提供了一種全新的思路。該研究團(tuán)隊(duì)將物理層安全技術(shù)應(yīng)用到無(wú)人機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)中：（1）針對(duì)無(wú)人機(jī)基站懸停式隨機(jī)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)安全性能受限以及續(xù)航能力受搭載電源限制等問題，建立了一種安全能效聯(lián)合分析框架；（2）針對(duì)無(wú)人機(jī)移動(dòng)中繼系統(tǒng)中的空-地鏈路在傳輸數(shù)據(jù)信息過(guò)程中可能會(huì)受到惡意竊聽者的截獲，設(shè)計(jì)了一種兩跳放大轉(zhuǎn)發(fā)無(wú)人機(jī)中繼網(wǎng)絡(luò)安全傳輸策略。