摘要：针对LTE-R车地认证协议EPS-AKA中IMSI明文传输、密钥泄露和认证开销高等问题,提出一种基于混合密钥增强的LTE-R车地认证密钥协商方案。针对典型高速铁路认证场景,分别设计注册认证、全认证、重认证和切换认证四种协议,提出采用非对称公钥加密和私钥签名机制,解决了IMSI明文传输的问题;并混合引入椭圆曲线密钥算法对密钥动态更新,可有效防范中间人、重放等攻击。该方案不仅能减少全认证协议的频繁重启,而且还具有前后向安全。最后,采用BAN逻辑进行形式化验证,结果表明:本文方法在安全性、认证开销较其他方法更优,能够满足LTE-R车地认证安全性和实时性的要求。

摘要：针对高速铁路正交频分复用(OFDM)通信系统在高速移动场景下,难以准确对快时变信道状态信息进行估计的问题,提出了一种基于多尺度残差注意力网络的高速铁路OFDM信道估计方法。首先,设计多尺度信道特征提取结构,对低分辨率信道矩阵采用多尺度多维特征提取,增强了信道不同尺度信息的提取能力。然后,构建残差注意力级联深度网络进行信道特征重构映射,将局部残差反馈结合注意力机制促进深层特征的融合和利用,提升OFDM信道矩阵的重构映射能力。最后,使用子像素卷积重构生成高分辨率信道矩阵,完成信道估计。通过频域和时域信道估计测试分析表明:在低速及高速铁路场景下,该方法与其他方法相比,信道估计的精度和复杂度等客观性评价指标均优于比较算法,能够满足OFDM信道估计的要求。

摘要：近年来,随着高速铁路无线通信技术的快速发展,GSM-R无线通信系统将逐步向LTE-R系统演进。在此演进过程中存在GSM-R和LTE-R长期共存的局面,如何实现高速铁路无线通信异构网络之间的快速切换和安全认证成为铁路无线通信研究的热点问题。针对高速铁路无线通信异构网络切换认证过程中,存在安全性低和认证开销高等问题,提出了一种适用于下一代高速铁路异构网络的轻量级切换安全认证方案。首先,采用哈希函数等操作生成切换请求Token和异构网络切换认证码PASS,实现了用户身份匿名性和可追溯性等安全要求,并且高速列车无需多次注册就可实现异构网络间的无缝切换。其次,设计了基于椭圆曲线密钥交换的轻量级切换算法,完成了高速列车与目标基站的相互认证和密钥协商,降低了计算开销和通信开销,实现了会话协商密钥的前后向安全性。最后,采用形式化方式BAN逻辑进行了安全性验证,并使用朔黄铁路LTE-R线路实测数据进一步对本文所提方案的有效性进行了验证,分析得出所提方案能够满足可追溯性、匿名性、抗伪装用户攻击、抗中间人攻击和抗重放攻击等安全特性。性能分析表明,本文方案在通信开销和计算开销方面较比较方法性能更优,能够满足下一代高速铁路异构通信网络的高效、安全无缝切换的需求。