面向物联网安全传输的节能机制

The Internet of Things (IoT) is the high integration and comprehensive application of the new generation of information technology, which is of great significance to the new-round industrial transformation and the sustainable development of economic society. With the critical security problem caused by the ubiquitous access and the energy problem caused by the low energy efficiency of traditional IoT, it is an inevitable trend to construct the secure and energy-efficient IoT. In this project, we conduct the research on the secure and energy-efficient transmission for IoT, from a joint perspective of energy efficiency improvement and energy harvesting. The major achievements are listed as follows: 1. From the perspective of energy efficiency improvement, we propose a secure energy efficiency enhancement mechanism based on muti-point collaboration; Moreover, we analyze the comprehensive relationships among multiple performances in large-scale IoT, and design a security-delay adaptive adjustment scheme based on energy regulation. 2. From the perspective of energy harvesting, we propose a secure cognitive energy-harvesting mechanism based on resource collaboration; Besides, we analyze the interference utilization-based security-energy relationship in large-scale IoT, and design cognitive energy-harvesting schemes and spectrum access schemes for different performance requirements of IoT. Our research on the two perspectives exhibits not only the independence from each other, but also the interdependence as well. This project complies with the development strategy of China, and the achievements of this project will provide both profound fundamental support and useful insights for the development of secure and energy-efficient IoT in China.

物联网是新一代信息技术的高度集成和综合运用，对新一轮产业变革和经济社会绿色、可持续发展具有重要意义。然而物联网泛在接入等引发的安全问题和设备能耗大、能效低等引发的能量问题，制约着物联网的发展和应用。建设安全节能的物联网对于推动物联网的健康发展和广泛应用具有重要意义。本项目拟从能量的“节流”（能效提升）和“开源”（能量捕获）角度联合开展面向物联网安全传输的节能机制研究。1.节流角度上，提出基于多点协作的安全能效增强机制；建立大规模物联网中与安全传输相关的多性能关系，设计基于能量调控的安全-延时自适应调整传输方案。2.开源角度上，提出基于资源协作的安全认知能量捕获机制；建立大规模物联网中基于干扰利用的安全-能量新关系，设计面向物联网不同性能需求的认知能量捕获和频谱接入方案。两方面的研究既相互独立又相互依赖。本项目符合国家的发展战略，为我国物联网的安全节能传输提供有力的基础支撑和有益的理论探索。

建设安全节能的物联网对于推动物联网的健康发展和广泛应用具有重要意义。本项目主要研究物联网中的安全、节能传输机制，围绕能量的“节流”和“开源”两方面，分别从节能传输、协作传输和资源挖掘、数据安全四个角度开展研究工作。本项目采用的理论与方法主要包括概率论与随机过程、最优化理论与方法、强化学习等。. 取得的研究成果包括：1)从节能传输角度，提出了一种基于多码本的反向散射通信节能编码方案，显著地降低了通信能耗；针对反向散射辅助的混合接入认知无线电网络，提出了两种基于深度确定性策略梯度的时间和能量资源分配算法，有效地提高了认知网络的吞吐量。2)从协作传输角度，为物联网中具有不同频谱接入权的用户设计了两种基于能量协作的传输策略并优化了时隙结构，结果表明不同用户间的协作有利于提升能量受限物联网的吞吐量。3)从资源挖掘角度，为基于认知无线电和能量捕获技术的物联网用户设计了一种协作频谱感知策略，基于该策略进而为频谱和能量受限的物联网用户探寻出最优的传输方案，从而最大化网络吞吐量；为充分挖掘频谱资源，分析了电池充能状态对基于认知无线电的物联网中频谱感知的影响，表明次级用户的吞吐量上限取决于主用户的干扰约束。4)从数据安全角度，提出了一种基于生成对抗网络的Sybil攻击检测模型，该模型具有较好的抗Sybil攻击性能和泛化性，对物联网数据安全有重要意义；为无线供能物联网设计了一种基于鲁棒性的数据传输策略，该策略在提升物联网数据安全和时隙利用率的同时亦可满足网络吞吐量需求。. 本项目按计划进行，进展顺利。在过去三年的研究中，超额完成了预期目标，取得了一系列有特色的创新性成果：共完成SCI检索期刊论文20篇、EI会议论文2篇，获得1项国际会议最佳论文奖；已申请发明专利5项，其中4项已公开。