无人机-蜂窝网络中基于移动性感知的物理层安全技术研究

UAV-cellular networks provide strong support for the future aerial-terrestrial wireless services, while physical layer security techniques effectively safeguard the information security for wireless networks. However, most existing proposals on physical layer security are designed for conventional networks, without considering the distinguished features of UAV-cellular networks such as heterogeneity, mobility of UAVs, and diversified service requirements, and thus hardly achieve efficient resource configuration and security provisioning. Therefore, this project focuses on the mobility-aware physical layer security techniques for UAV-cellular networks. The specific topics include: access strategy design for secure communications in UAV-cellular networks, joint trajectory control and resource allocation for secure multi-UAV communications, joint optimization of UAV deployment and jamming strategy for active eavesdropping. These works target at security issues for wireless access，wireless transmission, and the emerging security services, while addressing the mobility awareness, trajectory control, and deployment of UAVs, constituting a dynamic, smart, and adaptive security framework. This project will promote the development and application of physical layer security techniques for UAV-cellular scenarios, and also provide solid foundations for the information security in UAV-cellular networks.

无人机-蜂窝网络为未来空地一体化无线服务提供了重要支撑，而物理层安全技术是保障无线网络信息安全的有效途径。然而，现有的物理层安全研究工作大多面向传统网络，未能充分考虑无人机-蜂窝网络的异构性、无人机的移动性和多样化的业务需求做针对性的设计，因而难以实现有效的安全保障。为此，本项目拟开展基于移动性感知的无人机-蜂窝网络物理层安全技术研究。研究内容包括：面向无人机-蜂窝网络安全通信的接入策略、面向多无人机安全传输的航迹控制和资源分配技术、以及基于部署位置和干扰策略联合优化的无人机主动监听技术。三项工作分别从接入安全、传输安全和新型安全业务的角度，联合对无人机移动性的感知、飞行航迹的控制和部署位置的优化设计相应的安全策略，形成动态、智能、自适应的安全保障体系。本项目的开展将促进物理层安全技术在无人机-蜂窝网络场景下的发展和应用，同时也为无人机-蜂窝网络中信息安全的实现奠定了坚实的基础。

无人机是5G/6G空天地一体化通信网络的重要支撑，在为用户提供便捷高效和按需服务的同时，信息安全的保障也在网络高异构高动态的条件下变得更具挑战。本项目在深入分析无人机-蜂窝网络特征和用户需求的基础上，面向无人机静态传输、灵活部署和动态飞行等场景开展了物理层安全传输技术的研究工作。.面向无人机-蜂窝网络静态传输场景，针对多层异构网络条件下的安全传输需求，提出分层分布式安全传输策略，实现信道信息不确定条件下的稳健安全保障。结合智能超表面技术，提出利用无人机搭载智能超表面，通过优化反射面的被动波束赋形，实现地面节点的抗窃听和抗干扰传输。.面向无人机动态飞行场景，针对认知网络中的安全通信问题，提出全双工无人机中继技术，联合目的节点的主动协作干扰和无人机中继节点的航迹规划，在保障主用户干扰容限的条件下实现认知网络安全性能提升。此外，面向具有多窃听者的安全中断场景，利用无人机空基智能超表面动态飞行，提出基于深度强化学习的航迹规划和基于流型优化的相移设计，实现对地面节点安全传输的有效保障。.面向无人机机动部署场景，针对无人机中继网络设计了安全传输策略，并利用深度学习技术实现数据驱动的高效部署优化。面向无人机服务的物联网区块链系统，设计轻量级的权益证明共识机制，联合基于多智能体强化学习的无人机基站部署优化，实现网络数据的可信收集并提升了网络效用。.本项目研究了多种网络场景、面向不同的无人机动态，综合考虑用户的安全传输需求和安全威胁，设计了高效可靠的物理层安全传输方案。同时结合智能超表面、区块链等前沿技术进行方案设计。本项目研究成果是传统物理层安全技术的有力延伸，为未来6G空天地一体化网络信息安全保障提供了重要参考。