非合作通信网络可视化关键技术研究

Cyberspace has become a new modern battlefield. In cyberspace confrontation, the communication network of enemy is invisible and non-cooperative. Passive detection means such as radio intercept are our only chance to get hang of the structures and behaviors of enemy's communication network. This project takes the non-cooperative communication network as the objective, the communication detection data as the data source, visualization and visual analysis as the key techniques. Focusing on the features of multi-means, spatio-temporal dynamics, incompleteness and uncertainty of the detection data, the applicants will be devoted to work on several aspects: network structure speculation methods, network optimization layout methods, visual mapping methods, and intelligent interaction guidance methods. As for its function, the applicants aim to help our analysts and commanders to draw an informative and understandable cyber battlefield map, to establish the comprehensive structure and behavior analysis toward enemy's communication network, and to develop the sensitive awareness of dynamic battlefield situation. In all, this project will strive to open up new fields of cyber security visualization research and promote the capabilities of cyber attack and defense in military, governments and enterprises in our country.

网络空间已成为现代敌我斗争的新战场。在对抗场景下，敌方通信网络无影无形且无法合作接入，我方只能通过无线电侦测等被动手段了解敌方通信网络情况。本项目以非合作通信网络为对象，以通信侦测数据为载体，以人机混合智能与可视交互为技术路线，针对非合作通信网络侦测数据的多手段、时空动态性、不完整性、不确定性特点，研究信息残缺条件下的网络结构推测方法、多模空间约束下的网络优化布局方法、不确定性场景下的网络可视表征方法、和动态演化环境下的交互分析智能引导方法，帮助我方分析员和指挥员构建信息完整且易于认知的网络战场地图，实现人在回路且人为主导的敌方通信网络结构与行为分析，感知网络战场态势变化和制定我方攻防对抗策略。本项目研究将开拓网络安全可视化研究与应用的新领域，提升我国军队、政府和企业的网络安全攻防能力，助力我国网络空间综合治理体系建设。

非合作通信网络是网络对抗场景中的对方网络，主要通过无线电侦测等手段收集无线电通信数据，然后通过数据分析来感知电磁环境态势和理解网络通信行为。非合作网络在物理层通信层面，存在电磁环境干扰、信号侦测不完整、信号动态行为复杂等问题，为分析和理解通信行为带来困难。非合作网络在逻辑层通信层面，表现为网络通信图，节点代表通信单元，边代表通信关联，这些网络通信图规模大并且结构与语义丰富，为分析和理解通信关联带来困难。.针对上述问题，以非合作通信网络为对象，以无线电信号数据为物理层分析载体，以网络通信图为逻辑层分析载体，以可视交互分析技术为技术路线，研究并突破了非合作通信网络分析与理解的若干关键技术。针对信号侦测不完整问题，提出了一种新无线电信号分选算法，可以有效区分出混叠的无线电信号；针对电磁环境干扰问题，提出了一套无线电电磁环境态势感知方案，帮助用户快速感知和理解异常态势；针对信号动态行为复杂问题，提出了一种中长期无线电信号通信行为视觉抽象方法，帮助用户快速感知无线电信号的行为规律；针对网络通信图规模大问题，提出了一种面向非主流结构保持的图采样技术，在保持网络主要结构同时还可以有效保留用户感兴趣的特异的小结构；针对网络通信图的结构和语义理解问题，探索并验证了图背景信息对图结构感知的若干经验规律。相关工作在可视化领域顶会IEEE VIS和顶刊IEEE TVCG上发表了4篇论文，其中2篇论文获得了IEEE VIS最佳论文提名奖。部分技术已经在实际场景中应用。.另外，本项目还生成并公开了两个安全数据集，包括：企业内部威胁数据集和室内人群移动轨迹数据集，这两个数据集丰富了相关细分领域的公开数据资源，这两个数据集也在ChinaVis Data Challenge竞赛上成功使用，推动了可视分析人才培养工作。