2016年, 第42卷, 第3期 刊出日期：2016-03-15
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计算机工程. 2016, 42(3): 1-6. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2016.03.001
针对车载自组织网络中移动车辆间的多跳数据传输,结合城市车辆移动特征,通过改进现有的BubbleRap路由机制,提出一种基于分布式学习的数据转发机制(DFDL)。该机制基于存储-携带-转发的消息传输模式,利用移动车辆间相遇时间间隔和相遇频率确定车辆的社区标签,并根据车辆运动的移动熵计算节点运动中心度。在转发过程中DFDL机制通过综合判断相遇车辆的社区标签以及运动中心度,为数据包消息选择合适的中继转发节点,实现远距离移动车辆间的多跳消息转发。实验结果表明,对于城市车辆移动场景,与BubbleRap路由机制相比,DFDL机制的消息投递率及平均投递延时性能明显提升。
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计算机工程. 2016, 42(3): 7-12. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2016.03.002
针对表驱动路由协议应用于城市交通环境时所造成的网络拥塞问题,提出一种改进的区域路由协议。根据公交车运行线路固定和速度稳定的特点,构建以公交车节点作为簇头节点、普通车节点作为簇内节点的簇,在此基础上将区域路由协议引入到公交车骨干网中,通过主动路由和按需路由方式促进车辆节点的数据传输。仿真结果表明,与无线自组网按需平面距离矢量路由协议、目的序号距离矢量协议相比,该路由协议具有更低的传输时延、丢包率及路由开销。
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计算机工程. 2016, 42(3): 13-17. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2016.03.003
在车载自组织网络中,由于车辆的高速移动性、速度及位置分布不规则等因素,易导致通信链路断开。为此,在分析总结车辆行驶特点的基础上,提出一种基于链路可靠性的路由优化方案,通过划分稳定通信距离、计算可用连接时间与创建最大链路重置处理机制,达到优化链路可靠性的目的。实验结果表明,与AODV及其他相关方案相比,该方案在提高链路可靠性和数据的传递效率以及降低链路断开次数等方面具有较好的效果。
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计算机工程. 2016, 42(3): 18-21,28. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2016.03.004
车辆身份是车辆在可信中心的唯一合法标识,它直接关联车辆用户的信息,对车辆身份的匿名认证是用户隐私保护的一种体现。基于此,以无证书签名方案为基础,设计一种车载网络匿名身份认证协议。该协议无需证书管理且不存在密钥托管问题。对协议的安全性与性能进行分析,结果表明,该协议认证效率明显高于基于证书的认证协议与基于身份的认证协议,同时满足匿名性、不可否认性、相互认证性、条件隐私保护性及抗重放攻击性。
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计算机工程. 2016, 42(3): 22-28. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2016.03.005
为研究节点移动方向、移动速度等因素对车载自组织网络(VANET)链路动态性的影响,通过限制实际VANET环境中的道路宽度和节点传播范围定义节点有效覆盖区域,建立链路动态分析模型,推导出链路持续时间及其累计分布函数的理论表达式。通过仿真实验对理论结果进行验证,得出理论计算与仿真数据吻合较好的结论,并表明节点移动速度、道路宽度和节点传播范围等因素对链路持续时间都有一定程度的影响,其中节点传播范围所占比重相对较大。
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计算机工程. 2016, 42(3): 29-33,39. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2016.03.006
为解决车载控制器区域网络(CAN)设计时没有同时考虑实时性、安全性和可靠性等多维非功能属性的问题,提出一种集成优化模型,将可扩展性和带宽利用率作为模型的优化目标。在满足实时性、可靠性和安全性定量要求的前提下,通过为可扩展性和带宽利用率增加权重的方式实现两者的统一优化,进而对不同目标进行归一化,使得在同一个值域内实现权衡优化。在此基础上,融入信号打包思想,给出基于模拟退火的CAN系统多维非功能属性集成优化算法。在真实信号集和仿真信号集上的实验结果表明,与不考虑多维非功能属性的集成优化情况相比,该算法可获得较高的目标优化率。
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计算机工程. 2016, 42(3): 34-40,46. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2016.03.010
Hadoop分布式文件系统(HDFS)具有高容错、可伸缩、廉价存储等优良特性,在大数据存储和分析场景中得到广泛应用。但对于海量小文件存储,HDFS存在高内存消耗、高延迟访问等缺陷。为此,结合 “合肥城市云”系统“一次上传,多次下载”的特性,提出一种基于小文件属性的优化方案。根据文件之间的相关性设定优先级,对小于5 MB的文件按优先级高低合并后再上传,并生成索引记录。结合随机化思想,采用两级缓存策略,将预提取数据缓存在内存池中,提高访问效率。同时,系统定期查询访问日志,根据用户访问习惯,动态调整预提取因子的大小。实验结果表明,该方案能有效提高小文件访问效率,降低名字节点和数据节点的内存开销,在有海量小文件存取的情况下提升系统的交互性。
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计算机工程. 2016, 42(3): 41-46. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2016.03.012
开展技术站车流接续与区间列车运行调整的协同优化研究,利用区段在途列车的运行可调性实现运输区域的线流配合,优化运输生产指标。针对技术站车流接续与列车运行调整的关系,提出适流车组的概念,并从优化技术站车流接续的角度研究时段内相关到达、出发列车之间的关联关系。以技术站的期望到站时刻作为适流车组的运行调整目标,将该目标转换为到达列车的运行调整目标,并给出转换的方法和步骤。分析结果表明,传统线流配合研究主要针对站点的以流配线问题,而路网对站点以线配流的反向配合较少,将该线流配合从单向向双向拓展,可为技术站车流组织与列车运行调整协同优化研究的深化奠定基础。
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计算机工程. 2016, 42(3): 47-52. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2016.03.017
针对BWDSP100体系结构特点,基于循环展开、指令调度以及软件流水等并行优化技术,结合多簇超长指令架构的特点,通过使用超算硬件指令、零开销循环、指令重新编排与并行等方法对BWDSP100数字信号处理函数库中的函数实施并行化,并基于库中原有的顺序版本实现并行优化版本。实验结果表明,在4宏并行化模式下,所有函数加速比达到9以上,90%的函数加速比超过10,平均加速比为11.12。
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计算机工程. 2016, 42(3): 53-60,68. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2016.03.016
TreeMatch算法是一种有效的Twig查询匹配算法,但其存在反复分析Twig模式的缺点。针对该问题,引入编译中的部分求值技术,提出一种Twig查询优化方案。通过部分求值提前完成对Twig模式的分析,生成查询专用的指令序列代替原查询程序,并给出查询机执行引擎,从而消除重复计算,优化XML树模式查询过程。实验结果表明,在不同Twig模式下,该优化方案能够有效提高XML查询的执行效率。
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计算机工程. 2016, 42(3): 61-68. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2016.03.009
作业调度是影响Hadoop平台性能的重要因素。基于基本遗传算法(SGA)的作业调度进化代数大、收敛速度慢,且其编码与解码、遗传操作过程中存在过多冗余计算,增加了作业总完成时间。为此,提出一种基于CHC遗传算法的作业调度算法。采用双目标函数的控制方式和最优解保留策略,优化作业总完成时间与平均完成时间,从而加快最优解的收敛速度。实验结果表明,与SGA算法相比,CHC算法在作业调度效率、资源利用率等方面有较大的性能提升。
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计算机工程. 2016, 42(3): 69-73,79. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2016.03.011
为有效提高水位预测精度,利用自回归分布滞后模型,结合站点水深调控计划、水位站流量因素等控制因子及其他相关站点水位信息,提出一种通过分析站点水位时间序列进行预测的方法。针对水位时间序列的特点,从模型选择、模型建模、模型实现开展研究。将该模型与其他常用时间序列预测模型应用于沙市水位站提前一天的水位预测实验及预测时间的扩展性实验,并对实验效果进行分析,结果表明,该模型能较好地拟合水位的变化趋势,提高模型预测的精确度。
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计算机工程. 2016, 42(3): 74-79. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2016.03.007
针对水产品安全评估体系中评估指标的复杂和冗余问题,提出一种混合信息量的属性约简算法。该算法采用正域和信息量相融合的方法,定义属性不重要性公式。为减少算法的搜索空间,只计算除核属性以外的样例属性不重要性。实例验证和分析结果表明,与启发信息为属性依赖性或属性频率的约简算法相比,该算法具有更好的属性约简效果,可以应用于水产品安全评估体系中评估指标的约简。
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计算机工程. 2016, 42(3): 80-83,88. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2016.03.008
网络应用的快速增长导致传统基于端口与有效载荷的网络流量分类方法效率大幅降低,并且目前多数网络流分类方法未考虑流之间的相关性。针对上述问题,基于相关信息提出一种改进的网络流量贝叶斯分类法。利用流包模型反映网络流的相关信息,将非参数核密度估计方法引入贝叶斯分类器中,对分布密度函数进行非参数核密度估计。实验结果表明,与使用核密度估计和流包的分类方法相比,该方法的分类准确率更高。
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计算机工程. 2016, 42(3): 84-88. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2016.03.013
现有测试用例集约简方法基本只考量优化集的规模和错误覆盖率,很少考虑其测试效率,导致优化集的测试运行时间较长,且运行代价较大。针对该问题,提出一种三目标搜索算法。对测试用例覆盖度和运行代价的双目标优先级模型进行细化,给出每个目标的定量细化方法,根据此模型计算出各个用例的优先级,运用到改进蚁群算法中作为各节点的初始信息素值进行优化遍历搜索,将错误检测率作为蚂蚁挑选下一个节点的影响因子,并制定信息素更新规则,使其能够尽快找到最优解。实验结果表明,与贪心算法、基本蚁群算法等相比,该算法得到的测试用例最小集规模较小,具有较高的错误检测率。
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计算机工程. 2016, 42(3): 89-93. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2016.03.014
分布式馈线自动化系统能否正确运作,目前主要是通过测试与仿真技术来保证,但这2类方法都要涉及电气设备的底层细节,会分散计算资源,影响验证效率,且难以覆盖足够的系统路径。针对该问题,提出一种馈线自动化算法的验证方法。通过对电气设备行为与特征的抽象,建立馈线自动化算法的形式化模型,在此基础上,使用自动化模型检测技术验证算法的正确性。测试结果表明,该方法将计算资源集中在动作逻辑验证上,实现了与底层细节的分离,从而能够获得较高的验证效率,完整覆盖系统路径,并有效降低缺陷修正的代价。
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计算机工程. 2016, 42(3): 94-97. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2016.03.015
单一状态图模型不能完整地表达机电系统实时控制软件中无状态特性的控制任务。为此,结合实时多任务控制的要求和特点,引入异步并发控制任务、周期控制任务和全局实时控制任务来扩展控制软件的状态图模型,从而更清晰地描述机电控制系统的多任务行为。系统实现时采用功能或功能块封装控制任务,利用功能或功能块的输入使能执行调度任务。应用结果表明,该建模扩展和实现方法降低了任务控制模块间的耦合度与控制软件的复杂性,通过任务调度提高机电控制系统的实时性,并且案例控制软件的扫描周期由原有的2 ms~3 ms缩短至1 ms~2 ms。
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计算机工程. 2016, 42(3): 98-102,110. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2016.03.018
在多机器人系统通信应用中,Ad Hoc自组网中的AODV路由协议在网络拓扑结构变化较快时存在分组投递率低、通信延时高等缺点。为此,提出一种改进的AODV路由协议AODVH。在AODVH路由协议中,源节点根据综合跳数和节点速度加权运算得出的路由代价选择路由,同时源节点维护一条备用路由,并且每次根据路由代价的大小将最优的设置为主路由,次优的设置为备用路由。以NS2为平台进行仿真分析,结果表明,与AODV路由协议相比,改进的路由协议能提高分组投递率,降低归一化路由开销和平均端到端延时。
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计算机工程. 2016, 42(3): 103-110. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2016.03.019
流量矩阵是混合软件定义网络(SDN)流量工程的重要输入,但难以全部直接测量,已有的估计方法主要针对传统IP网络,不完全适用于混合SDN网络。针对该问题,提出一种基于源-目的(OD)流聚类的自适应多Elman神经网络算法。通过对OD流按照时间变化模式进行聚类,将单一的高维训练样本分解为多个低维训练样本,强化各低维样本的关键特征,以训练相应的Elman神经网络,构成多Elman神经网络模型,并利用混合SDN中部分OD流可以持续精确测量的特点,根据网络状态变化动态调整估计算法的参数。实验结果表明,与广义层析重力算法相比,该算法具有更高的估计精度和更好的自适应能力。
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计算机工程. 2016, 42(3): 111-115,120. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2016.03.020
航空自组网(AANET)允许节点通过单跳或多跳的方式直接通信,不需要依赖于地面控制中心,可为航空通信提供灵活的网络架构。针对该特点,设计一种改进的自组织时分多址接入(TDMA)协议。在保持时隙自组织选取和拓扑透明优势的基础上,引入时隙二次分配竞争策略,使网络节点能够竞争使用网络时帧中保持空闲和产生冲突的时隙。通过数学建模分析获得在二次分配阶段节点竞争预约时隙的最佳概率,实现时隙利用率的最优化。在EXata网络环境中的仿真实验结果表明,与现有自组织TDMA协议相比,该协议能提高网络时帧中时隙的利用率,获得更好的吞吐量性能。
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计算机工程. 2016, 42(3): 116-120. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2016.03.021
为提高集成网络节点的部署效率,在考虑节点交叉覆盖及节点间干扰等约束条件下,基于改进人工蜂群算法,提出一种集成网络节点位置部署算法。基于网络节点的信号传输模型将节点部署问题转化为在保证节点高覆盖率与低干扰目标下的优化问题,利用改进人工蜂群算法对节点部署目标函数进行优化。仿真实验结果表明,该算法不但能够快速精确地找到全局部署最优位置,而且能够在保证射频标签最大覆盖率的前提下有效地降低节点间的干扰。
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计算机工程. 2016, 42(3): 121-124. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2016.03.022
混沌序列因其初值敏感性、复杂性高以及相关性强等特性适合作为扩频序列,但在实际应用中需要根据用户需求对混沌序列进行优选。为得到更多性能良好的混沌扩频序列,提出一种改进的优选算法,以Gold序列的平衡性和相关特性参数作为阈值,在互相关准则中结合对角移动和逻辑运算算法实现扩频序列的优选。基于多用户扩频通信系统的仿真结果表明,该算法相比对角移动算法和逻辑运算算法能够优选出更多混沌扩频序列,且优选出的混沌扩频序列相比Gold序列具有更强的相关性及抗多址干扰能力。
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计算机工程. 2016, 42(3): 125-129. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2016.03.023
在认知无线网络(CRN)中,基于压缩感知的宽带频谱检测仅关注频谱有效性,未考虑到频谱检测过程中节点的能效问题,在提高频谱检测性能的同时造成节点能耗开销过大。为此,提出一种在保障节点能量有效性基础上,进行基于贝叶斯压缩感知(BCS)稀疏重构的CRN宽带频谱检测方法。推导感知能耗解析式,构造节点感知能耗模型,在满足宽带压缩频谱检测概率和BCS重构均方误差(MSE)阈值的约束条件下,通过改变BCS测量矩阵中采样点数实现感知能耗最小化。仿真结果表明,当虚警概率为0.04时,在采样点数较小的情况下,该方法的检测概率高于感知-能耗折衷方法。在重构MSE小于15 dB的条件下,与正交匹配追踪方法的重构能耗相比,基于BCS的节点重构能耗明显下降。
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计算机工程. 2016, 42(3): 130-137. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2016.03.024
目前基于虚拟机迁移的服务器负载均衡研究多数只考虑服务器端的资源使用情况,忽略了网络状况以及服务器之间的通信关联等因素,导致虚拟机迁移后网络拥塞而影响系统性能。针对该问题,结合OpenFlow网络控制器可通过网络状态信息集中管理整个网络的特点,设计基于OpenFlow网络的数据中心服务器负载均衡策略。综合考虑系统资源、网络拓扑以及网络链路可用带宽,根据服务器负载状况和虚拟机之间通信对网络资源的需求评估虚拟机迁移后的运行和通信开销,以及迁移过程带来的网络资源开销,选择开销最小的主机作为迁移目标的目的主机。实验结果表明,该策略能实现服务器的负载均衡,保证虚拟机上运行业务的服务质量。
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计算机工程. 2016, 42(3): 138-142. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2016.03.025
ZigBee网络中的路由路径单一,使得网络能量不能充分利用,产生过早出现死亡节点、网络效率低,甚至分割死亡的问题。为此,提出一种均衡负载的ZigBee动态路由算法。通过发送定向RREQ分组减少网络风暴,基于节点及其邻居节点能量、网络平均能量、路由路径能耗设定平衡代价,采用多目标寻优选择最优路径,以此构建网络动态路由,实现网络负载的均衡。同时,建立簇树保护机制延长网络寿命。仿真实验结果表明,与经典ZigBee路由算法和改进算法相比,该算法可降低死亡节点数和能耗,延长网络生存时间。
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计算机工程. 2016, 42(3): 143-147. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2016.03.026
分析自然能收集的特点,提出一种基于自然能收集预测的无线传感器网络分簇路由算法。在簇头选取阶段,对自然能收集值进行预测,使预测值大且剩余能量多的节点更有可能担任簇头,其余节点加入通信代价小的簇。仿真实验结果表明,与现有其他算法相比,该算法改善了网络能量的均衡性,提高了网络节点的平均能量水平。
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计算机工程. 2016, 42(3): 148-155. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2016.03.027
在现有可动态更新的多秘密共享方案中都需要可信中心的参与,且未对同时增加或删除多名成员与多个秘密进行研究。为此,提出一种无可信中心的多秘密共享方案。参与者联合生成多个共享的随机秘密,利用单向散列链构造多项式更新秘密份额,防止攻击者窃取秘密信息。基于零知识证明协议,使任何人可验证参与者分发信息的有效性。采用老成员协助新成员获得秘密份额及改变更新多项式次数的方式,解决多名成员与多个秘密的同时增加或删除问题,并实现成员和秘密的动态管理。分析结果表明,与现有秘密共享方案相比,该方案具有较高的安全性。
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计算机工程. 2016, 42(3): 156-160. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2016.03.028
无证书公钥密码体制解决了基于身份的密码体制的密钥托管问题,且无需使用公钥证书。为此,借鉴无证书密码体制的思想,基于椭圆曲线离散对数问题,提出一类无双线性对的无证书签名方案,包括8种子签名方案,并在随机预言机模型下对其进行安全性证明。结果表明,提出方案可抵抗2类超级攻击以及存在性伪造攻击,具有较高的安全性。其中的最优方案在签名阶段与验证阶段仅需1次和2次标量乘法运算,计算效率相比现有无证书签名方案有明显提高。
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计算机工程. 2016, 42(3): 161-164. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2016.03.029
线性复杂度是度量序列随机性的一个重要指标。基于广义分圆理论,在有限域F4上构造一类周期为2pq的四元平衡广义分圆序列。利用有限域上多项式根理论,通过分析序列的生成多项式与x2pq－1在F4代数闭包中公共根的个数,确定其线性复杂度的精确值。分析结果表明,新序列有较高的线性复杂度和较好的密码学性质。
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计算机工程. 2016, 42(3): 165-171,176. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2016.03.030
目前云计算环境下的隐私安全研究多针对数据、用户身份及单服务请求隐私问题,对多服务请求因逻辑关联、时序披露等多维环境因素导致的隐私泄露问题缺乏完备解决方案。针对该问题,提出一种面向多云服务请求的隐私信息重要性度量方法,并基于D-S证据理论对该场景下的隐私泄漏风险进行评估,结合改进的噪声生成与混淆策略构建多云服务请求隐私保护框架。实验结果表明,在不明显增加系统开销的前提下,该方法能确保云计算环境下多服务请求的隐私安全。
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计算机工程. 2016, 42(3): 172-176. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2016.03.031
随着射频识别技术的广泛应用,其引发的安全问题和计算开销之间的矛盾愈发突出。为此,研究主流射频识别安全认证协议存在的安全缺陷,分析其计算开销,设计一种安全性高、计算成本低的安全认证协议。通过串空间模型方法对协议进行分析,得出协议可以安全可靠地实现读写器与标签的双向认证。分析结果表明,该协议能够抵抗假冒、窃听、重放、类型缺陷和位置跟踪等攻击,具有较好的前向安全性,且运算开销小,适用于各种低成本的射频识别系统。
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计算机工程. 2016, 42(3): 177-181. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2016.03.032
为解决现有信任模型在节点行为改变时动态适应能力不足的问题,以及更好地应对网络中多样化的恶意攻击行为,提出一种P2P动态信任模型。引入能力评价、相似度、反馈可信度、服务期望、近期信任和历史信任等参数计算节点信任度,并借鉴计算机网络中拥塞控制思想缓慢上升、快速下降的原则,在反馈可信度的计算过程中加入奖惩机制,通过惩罚因子和时间衰减函数动态调节上述参数,提高信任模型的动态适应和抗攻击能力。实验结果表明,该模型能够真实地模拟现实信任关系,具有更好的动态适应能力,并可有效地抵御恶意节点威胁。
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计算机工程. 2016, 42(3): 182-187. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2016.03.033
为检测并阻止伪装成合法应用程序数据流的恶意网络流量,提出一种基于虚拟机自省技术的安全框架,将硬件事件监控、虚拟机自省和内存分析相结合,依照用户真实意图对输出的应用程序数据流进行授权,以检测恶意软件正常运行应用程序协议或注入合法程序的行为,并阻止恶意数据流的发送。在邮件客户端Outlook Express上的实验结果验证了该框架的有效性,并通过性能评测表明其可用于个人计算机实施安全检测,以确保网络流量的合法性。
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计算机工程. 2016, 42(3): 188-191,197. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2016.03.034
针对离散粒子群优化算法进行基因特征选择容易陷入局部最优解的问题,提出一种基于离散粒子群优化和邻域约简的组合优化算法。利用邻域约简挖掘基因数据本身蕴含知识的特点,依据决策属性对条件子集的依赖度构造离散粒子群优化算法中的优化函数,根据优化函数值的大小引导粒子搜索最优基因特征子集,从而解决局部最优的问题。实验结果表明,与粒子群优化和遗传算法的混合优化算法、优化的邻域粗糙集等算法相比,该算法能够获得较高的分类准确度。
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计算机工程. 2016, 42(3): 192-197. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2016.03.035
最大最小蚂蚁系统算法初始信息素均匀分布,但存在无法快速进行全局搜索,容易出现停滞并陷入局部最优的缺点。为此,通过引入全局遍历性能更优的Tent混沌映射,提出一种基于混沌的最大最小蚁群改进算法。利用混沌的遍历特性产生一组较优路径指导初始信息素的非均匀分布,运用混沌扰动的方法增强算法跳出局部最优的能力。以较大规模旅行商问题为应用对象进行实验,结果表明,改进算法具有更高的全局寻优成功率和更快的收敛速度。
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计算机工程. 2016, 42(3): 198-203,207. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2016.03.036
唐卡图像具有内容丰富、画面复杂、色彩表现层次多等特点,但部分图像存在破损残缺、清晰度不高的不足。为此,提出一种融合Hu矩和局部二进制模式的图像特征提取方法,提高目标图像的特征表现程度,并在此基础上给出一种改进的基于距离密度的K最近邻分类算法,该算法待测样本所属的类别与其周围邻近点的类别最相关,且距离越近,相关度越高。实验结果表明,与传统的kNN、神经网络和神经网络集成方法相比,该方法对唐卡图像中的法器对象具有更高的识别正确率,能有效实现唐卡图像中法器对象的分类识别。
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计算机工程. 2016, 42(3): 204-207. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2016.03.037
针对基于正交频分复用的认知无线电网络子载波资源分配存在收敛较慢的问题,基于该问题的NP特性,提出一种基于人工物理优化的求解算法。给出资源分配问题的模型和求解步骤,并根据问题特点,设计多元离散编码方式、种群初始化方法、微粒作用力方程和约束处理方式。实验结果表明,该算法可减少系统所需的总发射功率,提高子载波分配的效果。
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计算机工程. 2016, 42(3): 208-213. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2016.03.038
结合词项关联关系和粒子群优化(PSO)算法的特点,提出一种基于离散PSO(DPSO)的微博热点话题发现算法。通过对词语互信息及内外关联词信息的挖掘,更新传统文本表示模型,利用DPSO算法从寻优角度发现微博热点话题及简化微博聚类过程,并将聚类质量评价指标作为适应度函数对聚类结果进行不断迭代优化,获得聚类结果的最优解。实验结果表明,该算法能够在大量微博中快速发现热点话题,具有较高的热点话题发现准确性及运行效率。
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计算机工程. 2016, 42(3): 214-219. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2016.03.039
由于阀点效应的存在以及输电系统输送能力和系统稳定性等条件的限制,使得经济负荷分配(ELD)问题成为非连续、非凸、非线性的约束优化问题,致使一些经典的优化算法和启发式算法无法在合理时间内发现最优解。针对ELD的特点,将布谷鸟算法与罚函数法集成,提出基于约束处理的布谷鸟算法,为验证算法的有效性和鲁棒性,选取IEEE 3个标准测试案例进行仿真计算,结果表明,与经典ELD优化算法相比,基于约束处理的布谷鸟算法在收敛速度和搜索精度上有较大提升,能够有效求解经济负荷分配问题。
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计算机工程. 2016, 42(3): 220-225. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2016.03.040
应用属性形态学的属性准则级联与组合处理方法对模糊边界目标图像进行滤波,研究面积、面积亮度对比、形状、拓扑高度和后代数等属性形态学滤波原理及滤波适应性。通过最大树节点属性计数方式对模糊边界细胞进行精确统计,利用基于连通域灰度层次的拓扑分布节点属性描述和修剪方法,实现模糊边界分割和粘连目标识别,并采用柔性结构元素对复杂边界图像进行规约性滤波。实验结果表明,与现有目标识别方法相比,该方法能有效排除模糊目标图像中非感兴趣区域的背景干扰,提高对各类细胞的识别精度。
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计算机工程. 2016, 42(3): 232-235. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2016.03.042
针对复杂背景下的图像分类问题,结合稀疏编码和邻域保持嵌入算法,提出一种基于邻域保持嵌入规则的稀疏编码算法。在传统稀疏编码问题的目标函数中加入特征编码的局部邻域嵌入正则化项,通过最小化每个特征的编码与其近邻点的特征编码线性组合的误差,使得相似的特征在编码后仍然相似,保留特征的局部邻域结构。采用近似编码的方法降低计算复杂度,实验结果表明,在多个图像数据库上进行图像分类,与已有的稀疏编码方法相比,该算法具有较高的分类精度。
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计算机工程. 2016, 42(3): 236-241,248. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2016.03.043
由于不准确的相似度量无法匹配到合适的样本块,使基于块匹配的图像修复算法在修复建筑场景图像时出现结构和纹理上的不连贯现象。为此,提出利用图像平面结构信息指导块匹配的图像修复方法。通过估计平面投影参数,将已知区域分割成平面,并分析相应的结构信息。根据块偏移和变换的先验概率将平面结构信息转换成目标函数的约束条件,进而指导基于块匹配的图像修复。对颜色项加以改进,引入平面项和梯度项到块距离函数中以度量块间的相似性,减少修复图像中因不准确块匹配而产生的模糊现象。实验结果表明,该算法不仅能够快速有效地对缺损图像进行修复,而且能够保证图像修复后的结构连续性和纹理平滑性。
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计算机工程. 2016, 42(3): 242-248. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2016.03.044
现有基于稀疏表示的图像修复算法在修复破损区域时对纹理块和结构块不加区分,导致修复平滑部分时处理时间较长,同时在修复结构部分时精度较低。针对上述问题,提出一种改进算法。将待修复块分成纹理块和结构块2类,相应构造不同的学习字典。结构块所应用的字典用于确保修复精度,而纹理块所应用的字典则用于在保证纹理清晰的基础上加快修复速度。实验结果表明,该算法在不增加时间复杂度的前提下可有效恢复结构细节,改善破损图像整体修复效果,同时降低处理时间。
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计算机工程. 2016, 42(3): 249-253. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2016.03.045
位置图压缩是空间域水印嵌入算法中的关键问题。为此,以提高嵌入容量为目标,提出一种基于差值位置图调整的差分扩展优化算法。考虑可扩展差值的位置分布,通过修改短连续零组提高无损压缩率,从而扩大水印净荷嵌入空间,减少嵌入总量,提高峰值信噪比。仿真实验结果表明,该算法可通过选择最佳或优选调整强度增强差分扩展算法的水印嵌入性能,水印净荷嵌入容量可提升2.48倍～5.26倍,峰值信噪比可提升4.4 dB～8 dB。
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计算机工程. 2016, 42(3): 254-258,265. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2016.03.046
传统稀疏表示分类算法由于没有给出全面的图像纹理信息,导致分类准确率不高。针对该问题,在稀疏表示分类模型中引入局部二值模式(LBP)特征,提出一种新的稀疏表示分类方法。该方法使用LBP对遥感图像进行特征提取,获得遥感图像的局部纹理特征,根据LBP直方图训练结构化字典,建立基于稀疏表示的遥感图像分类模型。实验结果表明,与支持向量机以及K最近邻方法相比,该方法能够有效提高分类精度。
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计算机工程. 2016, 42(3): 259-265. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2016.03.047
针对聚焦形貌恢复技术在测量运行时对上位机内存需求量大的缺陷,提出一种聚焦形貌恢复算法。该算法基于聚焦评价曲线的区间特性及连续表面约束,运用传统方法初始化扩散区域,利用已扩散区域的深度信息猜测扩散点的深度,并在搜索半径内重新搜索确认扩散点的深度,得到更加精确的深度值。实验结果表明,与传统方法相比,该算法在保证精度的同时,上位机内存使用率平均降低9.6%。
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计算机工程. 2016, 42(3): 266-271,277. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2016.03.048
针对一般单帧图像超分辨率算法运行速度较慢和参数冗余问题,提出一种基于交叉耦合字典,并给出利用随机森林算法解决多元回归问题的单帧超分辨率算法。引出耦合字典中最核心的问题,即从LR图像块到HR图像块的映射问题,得到单帧超分辨率与局部线性回归的关系,设计新的正则化目标函数,并利用随机森林算法优化该目标函数。实验结果表明,与广义相似最近邻域算法、基于实例的邻域回归超分辨率算法等相比,该算法能获得较高的峰值信噪比和结构相似性指标,且所得结果图像纹理更加丰富自然。
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计算机工程. 2016, 42(3): 272-277. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2016.03.049传统去噪算法去除噪声后仍有噪声残留,且噪声较大时的图像去噪效果不明显。针对该问题,提出一种新的图像去噪算法。将输入的噪声图像分成相互重叠的图像块,随机抽取适量的图像块学习得到自适应的冗余字典,给出核正则化正交匹配追踪技术,利用该技术得到稀疏表示系数,并使用稀疏表示系数恢复原图像。实验结果表明,与K-奇异值分解算法相比,该算法的峰值信噪比较高,且能较好地保持图像的细节和纹理信息。
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计算机工程. 2016, 42(3): 278-282. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2016.03.050
针对红外视频图像低分辨率的特点,提出一种改进的红外视频图像超分辨重建算法。研究低分辨率红外视频图像块的稀疏表示,通过最小角度回归算法求解得到稀疏表示的最优化系数,并利用该系数产生重建约束后的高分辨率视频图像最终解,实现对红外视频图像的超分辨率重建。实验结果表明,对于红外视频序列图像,该算法在主观视觉效果和客观评价方面均优于Bicubic,NE和UVII算法。
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计算机工程. 2016, 42(3): 283-288,294. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2016.03.051
针对单一种类特征提取方法所得特征信息量不足的问题,通过自回归模型(AR)与小波变换2种方法实现特征提取,在合并特征集后,采用遗传算法进行最优特征集选择。对运动想象脑电信号进行AR建模,将估计得到的参数作为时域特征,并结合小波变换的时频域特征构建特征集,使用基于k最近邻的分类错误率作为适应度函数,实现对特征向量的选择。运用支持向量机等分类方法验证特征选择效果,结果表明,通过遗传算法进行特征选择,可去除冗余的特征信息,分类正确率达到96.43%。
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计算机工程. 2016, 42(3): 289-294. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2016.03.052
为提高现有密码模块中数据加解密算法的多样性和安全性,设计并实现一种基于双现场可编程门阵列(FPGA)与数字信号处理器(DSP)架构的数据处理模块。2片FPGA分别与DSP通过外部存储器接口(EMIF)总线进行互联。FPGA 1#利用PCIe,EMIF总线实现其与上位机和DSP的通信 ,并结合分散-收集型直接内存存取模块最大化PCIe链路带宽。FPGA 2#使用AURORA协议与FPGA 1#进行串行通信,实现多个加解密算法的并行工作,同时支持算法的全局和局部重构。DSP负责数据加解密算法的参数配置、密钥生成与安全管理。在中标麒麟操作系统下的板级功能与性能验证结果表明,该模块与主机的通信速率可达11.36 Gb/s,同时具有密码安全性高和算法可重构的特点,适用于高速数据协同处理领域。
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计算机工程. 2016, 42(3): 295-300,307. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2016.03.053
传统基于接收信号强度指示(RSSI)的室内定位方法存在定位精度低、硬件要求高、算法复杂等不足。为此,基于契合度模型,给出一种室内定位方法。该方法由低成本的射频读卡器采集RSSI数据,经过低复杂度的滤波处理,通过距离损耗模型以及契合度定位模型实现信号定位。Matlab仿真分析结果表明,所有定位目标位置的平均定位误差在50 cm之内,70%定位目标位置的平均定位误差不大于15 cm,适用于实际室内定位环境。
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计算机工程. 2016, 42(3): 301-307. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2016.03.054
根据Landsat8卫星下行数据的特点,结合RICE无损数据压缩算法和CUDA编程技术,提出一种基于图像处理单元(GPU)的实时解压缩处理系统方案,采用统一计算设备架构和流水线式解压缩结构进行任务分解及CUDA优化。测试结果表明,与基于CPU的解压缩方案相比,基于GPU的解压缩系统获得7.45倍的加速比,能够达到Landsat8卫星下行数据实时解压缩处理速度要求的1.8倍以上,解压缩的图像数据正确率高且成本较低。
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计算机工程. 2016, 42(3): 308-311,316. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2016.03.055
针对单一传感器难以准确描述转子振动情况的问题,提出一种基于改进D-S证据理论的全信息故障诊断方法。结合小波分析和信息熵理论,提取各测点振动信号的全信息故障特征向量。以此作为相应BP神经网络的输入进行模式识别,获得各测点的原始证据。利用冲突性对各测点的原始证据进行预处理,再根据可信度对新证据进行加权平均融合,得到最终诊断结果。实验结果表明,该方法能有效获得原始证据,并降低冲突证据对合成结果的影响,诊断正确率为93%,高于常规BP方法和BP-D-S融合方法。
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计算机工程. 2016, 42(3): 312-316. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2016.03.056
针对无线传感器网络中的节点同时定位与跟踪问题,提出一种分布式融合算法。在融合底层采用基于无迹卡尔曼滤波的交互式多模型方法,克服因泰勒展开的近似误差,并在运动模式发生变化时达到理想跟踪效果。融合中心层采用内椭球逼近融合的分布式融合方法,对局部节点所获得的目标状态估计进行融合。Monte Carlo仿真结果表明,与常用的协方差交叉法相比,该算法具有更好的融合性能,对机动目标的跟踪精度提高了33.56%,并且能在跟踪目标的同时精确估计节点位置。
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计算机工程. 2016, 42(3): 317-321. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2016.03.057
编组站出发车流推算是铁路路网车流推算的重要组成部分,也是车站车流推算的主要内容,其目的是依据车辆到达编组站的时间推算车辆在本编组站的出发时间。基于此,结合区域推算需求建立普通编组站出发车流推算模型,通过增加新0-1变量的方法对原模型中的条件约束和二次型变量进行预处理,将原多目标非线性优化模型转化为一个标准的混合整数线性规划模型,并选取IBM ILOG-CPLEX优化计算软件求解该模型。对编组站案例的计算结果验证了预处理方法和计算方法符合模型的预期输出,最优解搜索时间较快。
第50卷 第4期
主管：中国电子科技集团公司
主办：华东计算技术研究所
上海市计算机学会
主编：江波
执行主编：胡冰
电话：021-67092217(费用/发票)
（稿件问题请直接联系栏目编辑） E-mail: ecice06@ecict.com.cn
国内刊号：CN 31-1289/TP
国际刊号：ISSN 1000-3428