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    2020年 第47卷 第6期 刊出日期:2020-12-20
      
    面对B5G/6G的信息传输与接入技术进展
    面向B5G/6G的信息传输与接入技术专题序言
    白宝明,马啸,陈文,张朝阳
    2020, 47(6):  1-4.  doi:10.19665/j.issn1001-2400.2020.06.001
    摘要 ( 416 )   HTML ( 53 )   PDF (737KB) ( 143 )   收藏
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    面向6G的极化编码非正交多址接入
    牛凯,许文俊,张平
    2020, 47(6):  5-12.  doi:10.19665/j.issn1001-2400.2020.06.002
    摘要 ( 605 )   HTML ( 31 )   PDF (1351KB) ( 128 )   收藏
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    作为第一种达到信道容量的高性能编码,极化码是未来6G数据传输的重要候选方案。为此提出了面向6G的极化编码非正交多址接入技术框架。极化编码协作非正交多址接入方案能够满足6G大容量传输需求,极化编码非协作非正交多址接入方案能够提高6G物联网场景的接入可靠性。这些方案表明,极化编码非正交多址接入技术能够满足6G移动通信系统的超高可靠、高频谱效率、大容量的传输需求,具有广阔的应用前景。

    随机接入中基于一次碰撞序列的接入策略设计
    汤小波,李里,郝莉,范平志
    2020, 47(6):  13-20.  doi:10.19665/j.issn1001-2400.2020.06.003
    摘要 ( 289 )   HTML ( 20 )   PDF (815KB) ( 49 )   收藏
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    在基于多阶段前导序列传输的随机接入策略中,由于基站可能无法正确恢复设备所使用的多阶段前导序列,从而出现多阶段前导序列检测模糊性问题。针对多阶段前导序列检测模糊性问题,提出了一种基于一次碰撞序列的多阶段前导序列设计方法。该方法通过绑定多个前导序列间组合方式,有效地消除了多阶段前导序列检测模糊性。此外,为有效扩展前导序列资源池规模,在所设计的多阶段前导序列基础上,还引入了标签前导机制。仿真表明,相比于传统基于单阶段前导序列传输的接入策略,带标签多阶段前导序列传输的接入策略能在消除序列检测模糊性的同时扩展前导资源池,进而降低前导碰撞概率,并提高随机接入成功率。

    二进制准循环码的加法傅里叶变换编码算法
    李润洲,黄勤
    2020, 47(6):  21-29.  doi:10.19665/j.issn1001-2400.2020.06.004
    摘要 ( 293 )   HTML ( 65 )   PDF (810KB) ( 38 )   收藏
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    为了提高二进制准循环码编码效率,提出一种基于加法傅里叶变换的频域编码算法。利用向量与循环矩阵的乘法和向量循环卷积的等价性,通过有限域傅里叶变换加速循环卷积运算,实现快速编码。针对选择的加法傅里叶变换即Lin-Chung-Han变换工具,在其卷积定理基础上,结合狭义傅里叶变换的频域编码算法,证明了该变换也可以用于频域编码。为了减少二进制准循环码的编码复杂度,利用有限域傅里叶变换的共轭约束条件,提出了基于该变换的二进制准循环码编码算法。分析了给出的快速编码算法的复杂度,并与其他算法进行了对比。提出的算法在码长较长时具有很低的复杂度,而且其中的变换结构对称,在应用时具有一定的优势。

    一种高铁场景下的接收机设计方案
    施焘,韩雪峰,陈文
    2020, 47(6):  30-36.  doi:10.19665/j.issn1001-2400.2020.06.005
    摘要 ( 312 )   HTML ( 15 )   PDF (977KB) ( 68 )   收藏
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    为了在高铁场景下更好地保障小型用户终端通信的可靠性,在不需要对现有的系统模型进行任何变动的情况下,提出了一种基于非均匀阵列波束成形的抗多普勒频偏接收机设计方案。首先,建立了高铁场景下的信道模型与信号模型,针对用户设备和信号模型的特点,设计了非均匀天线阵列,实现了通过波束成形分离有用信号的目的;然后在此基础上进行频偏处理、信道估计与信号合并,通过对信道估计响应加窗平滑消噪和基于阵列接收信号功率的合并方法,进一步优化系统性能。仿真测试结果表明,该方案在高铁场景下,优于传统的直接接收的方式,为小型用户设备在高铁场景下的信号接收提供了一个更好的方案。

    高斯近似消息传播SM-SCMA多用户检测算法
    潘志鹏,雷菁,文磊,唐朝京
    2020, 47(6):  37-44.  doi:10.19665/j.issn1001-2400.2020.06.006
    摘要 ( 278 )   HTML ( 11 )   PDF (1306KB) ( 42 )   收藏
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    空间调制稀疏码多址接入技术作为多天线场景下空间调制技术和稀疏码多址接入技术的有效结合,支持高频谱效率下的海量连接需求。针对现有的空间调制稀疏码多址接入检测算法复杂度高的问题,提出一种基于高斯近似消息传播的多用户检测算法。高斯近似消息传播依据中心极限定理将多个用户发送信号的混叠近似为高斯分布,并直接利用其均值和方差来计算消息传播过程中的消息值,避免了指数级运算量,有效地降低了复杂度。理论分析和仿真结果表明,高斯近似消息传播具备线性复杂度,并且在一定接收天线数下,可取得与传统消息传播算法近似的误码率性能。

    结构化导频序列设计及低复杂度检测算法
    周佳鑫,沈炳声,周正春,范平志,骆喆
    2020, 47(6):  45-49.  doi:10.19665/j.issn1001-2400.2020.06.007
    摘要 ( 311 )   HTML ( 14 )   PDF (726KB) ( 40 )   收藏
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    大规模随机接入是5G的三大应用场景之一。在该场景下,需要构造支持海量用户的导频序列,同时设计低复杂度检测算法。基于确定性的低相关序列集作为导频序列,利用导频序列的循环结构和离散傅里叶变换实现低复杂度检测。研究结果表明,与传统的随机导频序列相比,这种导频序列具有实现简单、存储空间小等优势。此外,通过使用分块快速傅里叶变换,可大大地减小矩阵的乘法运算,加速了活跃用户的检测。仿真结果表明,文中构造的确定性导频序列集比同等大小的高斯随机序列集性能更优。

    卫星物联网中ZigZag-IRSA随机接入方案
    苏景瑞,任光亮,王奇伟,辛吉荣
    2020, 47(6):  50-57.  doi:10.19665/j.issn1001-2400.2020.06.008
    摘要 ( 265 )   HTML ( 13 )   PDF (1792KB) ( 39 )   收藏
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    针对高负载下卫星物联网中随机接入碰撞环路的急剧增加而引起的吞吐量严重恶化问题,提出了基于之字形译码的分段非规则重复时隙ALOHA随机接入协议。在该协议中,通过调制编码技术缩短数据包分组的长度,并设计基于分段的帧结构,从而形成时隙内不同的分组映射模式。在接收端,当数据包级的连续干扰消除过程结束后,通过将用户分组副本视为重传,以进行用户分组段级的之字形译码来消除碰撞环路中分组的子段,同时组合成功译码的子段来恢复碰撞环路中的用户分组。采用密度演化对性能进行了分析。相对于传统的随机接入协议,度分布优化后的所提协议在丢包率和吞吐量均有显著提升,尤其吞吐量相比非规则重复时隙ALOHA提升了270%,能有效地解决高负载下的碰撞冲突问题,因此可以工作于大容量设备的卫星物联网中。

    面向高吞吐传输的级联极化码BP List译码算法
    周沈洋,白宝明,任兆丰,朱敏,李秉豪,唐瑞波
    2020, 47(6):  58-65.  doi:10.19665/j.issn1001-2400.2020.06.009
    摘要 ( 318 )   HTML ( 13 )   PDF (816KB) ( 69 )   收藏
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    针对未来移动通信场景中的高吞吐应用需求,研究了可以改善级联极化码误码率性能的高吞吐、高可靠置信传播列表译码算法。首先研究了码构造方法对极化码置信传播列表译码算法性能的影响和该算法的收敛特性;然后将置信传播列表译码算法应用于LDPC-Polar级联码,针对基于最小欧氏距离的路径挑选准则失效问题,提出了一种新的基于大数逻辑的判决方法,有效地提高了LDPC-Polar级联码的并行译码算法性能。仿真结果表明,当码长N为1 024、码率R为1/2、误帧率为10-3时,与传统置信传播译码算法相比,基于大数逻辑判决准则的LDPC-Polar级联码的置信传播列表译码算法具有1~1.5 dB的性能增益。

    加权和码辅助的极化码SCL译码算法
    张萌,李卓,邢莉娟
    2020, 47(6):  66-71.  doi:10.19665/j.issn1001-2400.2020.06.010
    摘要 ( 247 )   HTML ( 11 )   PDF (666KB) ( 31 )   收藏
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    为了进一步降低极化码串行抵消列表译码算法的译码时延,提出了一种加权和码辅助的串行抵消列表译码算法。采用加权和码级联极化码的编码方案,将加权和码产生的校验比特与信息序列一同输入极化码编码器进行极化码编码。加权和码辅助的串行抵消列表译码算法是在原始的串行抵消列表译码后,使用加权和码对候选路径依次校验,选择置信度最高且通过校验的路径作为译码输出。与广泛应用的循环冗余校验码相比,加权和码有一致的检错性能,并且其编译码硬件实现的时延低。仿真结果表明,加权和码辅助的串行抵消列表译码算法与循环冗余校验码辅助的串行抵消列表译码算法相比较,性能曲线基本重合,且在很大程度上降低了译码的校验时延。

    一种提升最小距离的CRC-Polar码设计方法
    宋嘉伟,郑惠娟,童胜
    2020, 47(6):  72-77.  doi:10.19665/j.issn1001-2400.2020.06.011
    摘要 ( 320 )   HTML ( 13 )   PDF (1108KB) ( 68 )   收藏
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    鉴于级联CRC-Polar码在短码长时的优异纠错性能,5G标准已经采纳级联CRC-Polar码作为eMBB场景下控制信道的信道编码方案。为了提升级联CRC-Polar码的最小汉明距离,改善其在高信噪比时的纠错性能,同时考虑了循环冗余校验码的优化设计和极化码信息位选择对级联编码最小距离的影响,提出了一种新的级联CRC-Polar码设计方案。采用所提方案设计的CRC-Polar码在相同参数下能够减少最小重量码字数目,甚至在某些参数下能够提升级联CRC-Polar码的最小距离。仿真结果验证了所提设计方法的有效性。

    瑞利衰落信道中SC-LDPC码滑窗译码算法
    张娅妹,周林,陈辰,陈启望,贺玉成
    2020, 47(6):  78-83.  doi:10.19665/j.issn1001-2400.2020.06.012
    摘要 ( 299 )   HTML ( 16 )   PDF (1141KB) ( 49 )   收藏
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    空间耦合低密度奇偶校验码的滑窗译码具有译码延迟低、复杂度低、所需存储空间小等优点,成为近期研究热点。但目前的研究大都专注于高斯信道。在瑞利衰落信道下,提出了一种根据信道状态信息来扩展译码窗口大小的改进方案,其中采用信噪比估计来获取信道状态信息。在译码过程中,若当前窗口的平均接收信噪比小于预设阈值,则扩展译码窗口的大小后重新迭代。重复上述过程直至当前窗口的平均接收信噪比大于预设阈值或窗口大小扩展到其最大值。最后基于扩展后的窗口进行译码。仿真结果表明,空间耦合低密度奇偶校验码的滑窗译码在瑞利衰落信道下具有较好的性能,且该算法的性能明显优于传统的滑窗译码算法。

    LDPC卷积码在水声通信系统中的可靠性研究
    蔡子浩,穆丽伟,占利,刘强
    2020, 47(6):  84-90.  doi:10.19665/j.issn1001-2400.2020.06.013
    摘要 ( 188 )   HTML ( 19 )   PDF (1524KB) ( 41 )   收藏
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    为保证信号在水声信道上实现高可靠性传输,将低密度奇偶校验卷积码用于水声信道,研究其对信息可靠性的改进程度。采用结合了多径模型的梯度模型来模拟水声信道,依据滤波器组多载波技术抑制码间串扰和偏移正交幅度调制能够抑制相邻载波干扰的特性,搭建FBMC/OQAM水声信道通信系统。采用低密度奇偶校验卷积码作为信道编码方案,实现了多媒体音频和图像信号在水声信道上的无损传输。又进一步搭建了跳频水声通信仿真系统,将RC-LDPC卷积码用于该跳频水声通信系统,研究其译码性能。仿真结果表明,低密度奇偶校验卷积码在水声信道上有良好的误码率性能,实现了低误码率的信号传输,能有效地克服多径效应,提高信道利用率。因而,低密度奇偶校验卷积码可选作水声通信的信道编码方案。

    一种辅助导频幅度可调的FBMC信道估计方案
    赵清华,马天鸣,王星
    2020, 47(6):  91-98.  doi:10.19665/j.issn1001-2400.2020.06.014
    摘要 ( 238 )   HTML ( 10 )   PDF (1737KB) ( 36 )   收藏
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    提出了一种可变幅值的辅助导频滤波器组多载波信道估计方案,将传统放在辅助导频位置处的辅助项直接叠加在导频上,并将已知数据填入辅助导频位置处,以此来解决传统辅助导频法中辅助项功率过高的问题。理论分析和仿真结果表明,与编码辅助导频法和双辅助导频法相比,该方案在采用单辅助导频时能够在确保误码率性能不受影响的同时获得更高的频谱利用率,并有效地降低辅助导频位置处的功率,而且在计算复杂度上仅次于双辅助导频法。而当采用双可调辅助导频时,该方案则可以进一步提升信道的估计精度和误码率性能。

    一种宽带接入网络中的节点接纳方法
    齐晓鑫,张冰,邱智亮
    2020, 47(6):  99-105.  doi:10.19665/j.issn1001-2400.2020.06.015
    摘要 ( 213 )   HTML ( 11 )   PDF (1161KB) ( 36 )   收藏
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    针对高性能同轴电缆宽带接入网络中由于共享信道冲突导致节点接纳时间长的问题,提出一种动态节点接纳方法。将信道划分为竞争期与训练期,在竞争期内设置数目可变的上行探测帧时隙,用于节点发送接纳请求;将节点接纳问题建模为一个马尔可夫决策过程,以最小化所有节点完成接纳所需的总时间为目标,采用价值迭代算法求解最优策略,根据当前网络中剩余待接纳的节点数,确定每个竞争期的上行探测帧时隙数和每个节点允许选择的上行探测帧时隙数。仿真结果表明,与固定时隙数目的节点接纳方法相比,所提方法能够显著地减少节点接纳竞争时间,提高信道的利用率。最优策略可以通过离线计算得到,从而以较低的在线计算开销加快节点接纳流程。

    编码收发空间调制系统的接收端联合优化算法
    王磊军,陈荣军,赵慧民
    2020, 47(6):  106-112.  doi:10.19665/j.issn1001-2400.2020.06.016
    摘要 ( 220 )   HTML ( 12 )   PDF (833KB) ( 28 )   收藏
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    为实现通信系统频谱效率和能量效率的折中、误码性能和计算复杂度的折中,设计了基于收发两端天线选择的编码空间调制方案,并在接收端设计了一种联合检测、解映射的分层优化算法,利用天线及信号的备选集来降低计算复杂度,且参数可调。信道编码则采用分组马尔可夫叠加传输编码,根据频谱利用率需求灵活编码,预测下界。分析了计算复杂度并进行了蒙特卡罗仿真,将结果与最优算法相比表明,提出的联合优化算法在误比特率为10-5、备选集大小L为 6、L' 为 4时,系统有约0.5 dB的性能损失,但计算复杂度却大幅降低。

    直升机旋翼遮挡缝隙时长预测算法
    李胜峰,王子豪,陈翔,王伶
    2020, 47(6):  113-121.  doi:10.19665/j.issn1001-2400.2020.06.017
    摘要 ( 293 )   HTML ( 11 )   PDF (1783KB) ( 36 )   收藏
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    宽带卫星通信是6G天地一体化网络的重要组成部分,也为高动态直升机宽带通信提供了有效的高速传输通道。但在直升机卫星通信过程中,因为旋翼遮挡导致的通信中断问题严重影响了系统性能。针对共轴式双旋翼直升机复杂的旋翼遮挡环境,提出了基于卡尔曼滤波的直升机卫星通信旋翼遮挡缝隙时长预测算法。该算法基于卡尔曼滤波算法的基本原理完成返向链路突发传输过程中的缝隙预测,使机载终端在有限条件下实现高效的信号传输。仿真表明,这种预测算法在预测精度上优于传统算法,同时当旋翼转速发生变化时预测快速收敛,实现对旋翼遮挡缝隙变化的精准跟踪与预测。

    一种划分小区域的区块链频谱共享管理方法
    李金泽,王中豪,李孟恒,覃团发
    2020, 47(6):  122-130.  doi:10.19665/j.issn1001-2400.2020.06.018
    摘要 ( 272 )   HTML ( 74 )   PDF (1812KB) ( 49 )   收藏
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    针对传统无线接入网中频谱共享的系统架构容量低且易遭受攻击等问题,提出了一种基于小区域划分的区块链分布式频谱共享管理方法。采用区块链分布式账本存储技术,将完整数据保存在区块链节点中,保证用户交易数据的完整性与安全性;节点根据功能进行分类,移动端用户仅作为轻量化节点,可降低其能耗与成本;将频谱资源提供者通过k均值算法自动划分到不同的区块链中,降低共识过程所带来的延迟。该方案将频谱资源提供者作为共识节点,移动端用户作为轻量化节点,对二者交易进行仿真。仿真结果表明,通过小区域划分方法增加了区块的确认次数,系统所有节点完成区块确认的平均时间为16 s;而未实施小区域划分的同类方案在保证系统安全性的前提下,最小次数的区块确认时间需36 s。这种方法在提高了系统安全性的同时,可大幅降低新区块确认过程的延迟。

    移动边缘计算中一种多用户计算卸载方法
    张文柱,曹琲琲,余静华
    2020, 47(6):  131-138.  doi:10.19665/j.issn1001-2400.2020.06.019
    摘要 ( 385 )   HTML ( 19 )   PDF (1385KB) ( 55 )   收藏
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    移动边缘计算中计算卸载技术将移动用户设备上的资源密集型应用程序卸载到边缘服务器,以解决移动设备在计算能力、存储容量以及能效等方面存在的不足。设计了一种移动边缘环境下能够联合优化多用户时延与移动边缘计算服务器资源分配平衡度的计算卸载方法。该方法以LTE应用为背景,首先设计了移动边缘计算系统模型;然后在此模型基础上,构造了联合优化平均卸载时延与资源分配平衡度的目标函数;最后,以最小化移动用户的卸载时延总和、同时平衡分配移动边缘计算服务器资源为目标,求解最优解,合理实施计算卸载。仿真结果表明,这种方法能够有效地减小多用户的平均卸载时延,同时平衡各移动边缘计算服务器的工作负荷。

    分布式存储中的克隆piggybacking框架
    张璐,孙蓉,刘景伟
    2020, 47(6):  139-147.  doi:10.19665/j.issn1001-2400.2020.06.020
    摘要 ( 298 )   HTML ( 12 )   PDF (842KB) ( 28 )   收藏
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    随着5G技术的快速发展,分布式存储系统凭借低成本、高可用性、高吞吐量和海量存储能力等特点,越来越受到人们的青睐。由于节点众多,节点故障频发,因此采用一定的数据容错技术来保证数据的可靠性尤为重要。近年来,piggybacking框架以其优异的修复性质受到了广泛关注。从piggybacking框架的修复度入手,为了同时降低修复带宽和修复度,提出了克隆piggybacking框架。与其他piggybacking框架不同,该框架只对一组节点进行嵌入设计和修复分析,其他组内对应节点通过克隆的方式简化设计过程。根据“一个节点的信息符号尽可能地只嵌入一个子条带”的设计思想,权衡修复带宽和修复度。与现有的piggybacking框架相比,克隆piggybacking框架设计简单,进一步降低了信息节点的修复带宽。

    信息与通信工程 & 网络空间安全
    一种添加残差注意力机制的视觉目标跟踪算法
    成磊,王玥,田春娜
    2020, 47(6):  148-157.  doi:10.19665/j.issn1001-2400.2020.06.021
    摘要 ( 339 )   HTML ( 27 )   PDF (2819KB) ( 86 )   收藏
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    由于传统的卷积神经网结构不能有效地发挥其强大的特征学习和特征表达能力,故提出一种改良的特征提取网络用于视频目标跟踪。在传统特征提取网络的基础上,引入残差网络形式的注意力机制和特征融合策略,同时在网络模型的训练阶段引入基于区域重叠率的损失函数,使得算法模型获得更好的定位效果。实验结果表明,改进算法可以长时间准确地跟踪目标,并且该方法具有泛化能力,对其他基于深度学习的跟踪算法有借鉴意义。

    广义Helberg码纠插入/删除错误的一个简单证明
    马国臣,焦晓鹏,慕建君,韩辉,郭军军
    2020, 47(6):  158-163.  doi:10.19665/j.issn1001-2400.2020.06.022
    摘要 ( 237 )   HTML ( 15 )   PDF (549KB) ( 37 )   收藏
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    针对广义Helberg码纠错能力的现有证明方法较为复杂的缺点,提出了广义Helberg码能够纠正多个插入/删除错误的一种简单证明方法。 通过深入分析广义Helberg码的码字与权重之间內积的单调性, 证明了任意两个不同码字与权重之间的內积之差的上下界。 利用所得到的上下界, 简化了广义Helberg码纠错能力的现有证明方法。 所给出的简单证明方法有助于对广义Helberg码的理解和进一步深入研究。

    一种改进ASTNN网络的PHP代码漏洞挖掘方法
    胡建伟,赵伟,崔艳鹏,崔俊洁
    2020, 47(6):  164-173.  doi:10.19665/j.issn1001-2400.2020.06.023
    摘要 ( 323 )   HTML ( 17 )   PDF (2507KB) ( 69 )   收藏
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    针对传统的动静态PHP漏洞挖掘技术效率低、误报率高、漏洞匹配规则过于单一且不具有泛化性的问题,以及现有的以token序列、软件度量等作为特征的神经网络模型不能很好地理解代码语义的问题,提出了一种基于ASTNN深度神经网络的PHP漏洞挖掘方法。首先,根据表达式子树的概念及PHP抽象语法树的特点定义了表达式子树划分规则;其次,根据PHP抽象语法树的特殊结构对传统ASTNN深度神经网络的编码层进行了改进,在提高模型效率的同时更好地保留了抽象语法树所包含的语义信息。最终实验结果表明,基于改进后ASTNN网络的PHP漏洞挖掘方法相对于传统的漏洞挖掘方法具有更高的准确率及召回率。改进后的ASTNN深度神经网络模型适用于PHP语言漏洞挖掘领域。