2017年, 第43卷, 第3期　刊出日期：2017-03-15

  

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封面和目录
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  2017年第3期《计算机工程》封面和中英文目录

  计算机工程. 2017, 43(3): 0-0.

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先进计算与数据处理
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  基于内存与文件共享机制的Spark I/O性能优化

  黄廷辉,王玉良,汪振,崔更申

  计算机工程. 2017, 43(3): 1-6. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.03.001

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  通过对Spark采用的弹性分布式数据集及任务调度等关键技术进行分析,发现数据处理I/O时间是影响Spark计算性能的主要瓶颈。为此,研究Spark合并文件运行模式,该模式能够减少缓存文件数量,提高Spark的I/O效率,但存在内存开销较高的缺点。在此基础上,给出改进的Spark Shuffle过程,即通过设计一种使每个Mapper只生成一个缓存文件的运行模式,并且每个Mapper共享同一个内存缓冲区,从而提高I/O效率和减少内存开销。仿真结果表明,与Spark默认模式相比,该运行模式宽依赖计算过程的I/O时间缩短42.9%,可有效提高内存利用率和Spark平台运算效率。

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  基于冷热数据的MongoDB自动分片机制

  冯超政,蒋溢,何军,马祥均

  计算机工程. 2017, 43(3): 7-10,17. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.03.002

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  MongoDB数据库中的自动分片(Auto-Sharding)机制仅通过数据量来进行分片迁移,会导致负载不均衡的问题。为此,提出一种基于数据冷热访问特征的Auoto-Sharding优化机制。通过朴素贝叶斯算法对数据的访问特性进行冷热数据判定,将数据分片中热数据的所占比重作为热负载值以确定数据迁移时机,并根据数据片之间的热负载差异建立新的数据迁移策略。实验结果表明,在高并发条件下,该优化机制的数据吞吐量高于原有的Auto-Shading机制。
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  桌面网格环境下虚拟化技术的应用研究

  阚文枭,黄秋兰,陈刚

  计算机工程. 2017, 43(3): 11-17. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.03.003

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  桌面网格是典型的异构计算资源环境,而虚拟化技术具有良好的封装性及隔离性,能整合异构资源并屏蔽不同操作系统的差异。为此,基于VirtualBox虚拟机实现桌面网格系统。对虚拟机运行环境的配置参数进行测试,设计实现自适应内存配置模块。分析作业运行不同阶段硬盘I/O、带宽I/O等性能差异对作业运行效率的影响,并针对镜像多样性及虚拟机启动与带宽造成的损耗,设计远程镜像库及动态作业文件系统,实现虚拟机的多样性选择及作业运行环境的动态部署,同时使用缓存服务弥补因使用虚拟机所造成的损耗。应用结果表明,该系统能够较好地满足高能物理计算的需求。
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  基于信息网模型的Web实体语义信息搜索平台

  夏翠翠,刘梦赤,胡婕

  计算机工程. 2017, 43(3): 18-23,31. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.03.004

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  Web上实体信息过于分散且缺乏语义,传统基于关键词匹配的搜索引擎往往因缺少上下文等语义信息,无法搜索到精确的结果。为了对Web数据进行精确查找,使用信息网模型(INM)对Web数据进行语义表示和建模,将实体的所有语义信息组织在一个对象中,快速获取实体完整的语义信息。基于INM构建复杂语义数据库,设计实现一个可对教育领域相关实体信息进行精确搜索的TLDW系统。实验结果表明,该系统初次查询时间均在100 ms内,其搜索结果包含实体的上下文关系等多种语义信息,缓存优化后的搜索结果可在20 ms内完成。
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  基于蚁群平台的大规模分布式XML数据库

  赵锦明,钱磊,吴东,郝子宇

  计算机工程. 2017, 43(3): 24-31. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.03.005

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  为解决现有原生XML数据库查询效率不高、查询并发度低、数据库规模小及可扩展性不足等问题,基于蚁群高效多用计算平台设计一个大规模分布式原生XML数据库原型系统。采用软硬协同设计思想,在硬件部分设计多并行、全流水、可配置的查询过滤结构,以实现高效查询。利用软件平台的通用性,实现数据库的灵活配置和查询结果排序、筛选等复杂处理,并针对现有原生XML数据库存在的问题给出相应的解决方法。实验结果表明,该系统可行有效,查询效率相对于Tamino数据库有30倍左右的性能提升,并且能够支持大量并发操作,具有良好的扩展性。
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  面向Deep Web本地化数据集成的数据源两层选择模型

  鲜学丰,崔志明,方立刚,顾才东,孙逊

  计算机工程. 2017, 43(3): 32-39. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.03.006

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  针对基于数据源质量选择方法的数据源在数据爬取时存在代价大、重复率高的问题,提出一种结合两层选择模型的Deep Web数据源选择和集成方法。该方法根据数据源本身质量和数据源的效用构建数据源的两层选择模型。给出基于该模型的递归增量数据源选择和集成策略,采用基于数据源质量的选择器过滤大量低质量Deep Web数据源,仅选择若干个高质量的数据源作为第2层选择器的输入。从候选数据源集合中递归地选择,使集成系统在获得尽可能多的高质量数据的同时,避免出现较高覆盖率的k个数据源,作为集成系统最终需要爬取和集成的数据源。实验结果表明,该方法结合两类选择器的优点,缩减了候选数据源的空间并保证集成数据的质量,同时避免了系统处理大量重复数据,有效降低Deep Web数据爬取与集成的代价。

体系结构与软件技术
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  基于局部线性嵌入算法的流量矩阵流形结构分析

  陈玄,殷保群,石浩

  计算机工程. 2017, 43(3): 40-45. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.03.007

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  利用经典流形学习算法研究流量矩阵中的流形结构,能够获得流量矩阵的本征维度。然而局部线性嵌入(LLE)算法依赖于近邻点的选取,传统近邻选取个数往往通过实验试凑法得到最优解,不能完全揭示流量矩阵的流形结构。针对上述缺点,提出一种改进的局部线性嵌入算法,该算法利用改进的LLE算法探索流量矩阵的流形结构,并对实际骨干网络中的流量矩阵进行分析。实验结果证明,改进算法具有较小的重构误差,相对于标准LLE算法,能更为准确地揭示流量矩阵的低维流形结构。
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  商用处理器上针对能耗优化的DVFS调节机制

  陈志韬,安虹,邱晓杰,李丰,陈俊仕

  计算机工程. 2017, 43(3): 46-50,56. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.03.008

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  针对动态电压频率调节(DVFS)对应用程序运行时性能与功耗的影响,基于区间划分方法,使用现有商用处理器提供的性能监测单元,提出一种考虑访存延迟变化的DVFS性能预测模型,并利用该模型实现针对能耗优化的DVFS调节机制(eDVFS)。实验结果表明,与Linux内核提供的ondemand调节策略相比,该eDVFS调节机制能够获得最大23%、平均6.85%的能耗优化。
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  三维数字沙盘标准模块的设计与实现

  杨奇,车明

  计算机工程. 2017, 43(3): 51-56. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.03.009

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  为完成对三维数字沙盘机械装置的控制,设计基于嵌入式的三维数字沙盘标准模块,并针对机械装置自身硬件误差导致的行程中断异常以及突发性断电后数据丢失等问题,提出从软件角度弥补硬件行程中断误差以及预防断电的数据保护方案。硬件行程中断误差的弥补方案通过模拟中断过滤层,设计消抖机制和中断合法性机制,过滤杂波并判断中断的合法性,保留正确的中断脉冲,从而保证中断模块的准确响应。防断电的数据保护方案是基于EEPROM对目标数据、数据状态及模块状态的存储,通过模块状态判断是否对装置进行恢复,根据数据状态判定目标数据的有效性,为装置的恢复提供有效数据。理论分析及实验结果表明,与原始方法相比,该方案机械装置出错率降至0.5%,并在供电异常时可进行有效恢复,提高了机械装置的稳定性和可靠性。
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  一种高回报的最小空闲时间优先实时调度改进算法

  张晶,孙少杰,范洪博,肖智斌

  计算机工程. 2017, 43(3): 57-61,68. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.03.010

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  信号任务调度算法是提高信息物理系统执行效能的关键,而最小空闲时间优先算法(LSF)、最早截止时间优先算法(EDF)和最大价值优先算法(HVF)在系统满载的情况下无法很好地完成任务调度并且系统能耗很高。为此,提出一种改进型调度算法。将任务能耗、任务完成价值和任务紧迫程度相结合,通过引入任务调度优先级和任务实际调度优先级的形式,实现任务的动态调度。实验结果表明,对于同一个任务集,在完成相同调度任务数量的情况下,改进算法的系统能耗小于采用LSF算法和EDF算法的系统能耗。系统满载时,在完成任务总价值相同的情况下,采用改进算法的系统所需要的能耗比HVF算法更少。
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  基于北斗卫星的可靠远程通信系统设计

  颜晓星,车明,高小娟

  计算机工程. 2017, 43(3): 62-68. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.03.011

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  为构建稳健的远程数据传输系统,设计并实现一种基于北斗短报文协议的可靠远程通信系统。针对北斗短报文通信不可靠和通信容量有限的局限性,采用丢包反馈重传机制完善数据传输的可靠性,运用粘包机制提高小数据传输效率,根据分包机制实现大数据的正确传输。将北斗短报文通信协议的电文内容进行扩充,自定义系统通信协议,设计开发一款嵌入式通信接口机,并给出相应的管理机制。通过将北斗通信接口机作为数据传输中介进行实验,结果表明,丢包反馈重传机制比无反馈机制的丢包率平均降低46.877%,能保证北斗远程数据传输的可靠性。
移动互联与通信技术
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  大规模MIMO系统中基于3D码本的多用户预编码方案

  曾友财,景小荣

  计算机工程. 2017, 43(3): 69-74. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.03.012

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  针对大规模多输入多输出(MIMO)系统存在的共信道干扰问题,提出一种基于3D码本的多用户预编码方案。以均匀平面阵列天线为基础,利用垂直下倾角的分布特点设计垂直码本,并将现有的离散傅里叶变换码本作为水平码本,基于Kronecker积运算重新构造3D码本。结合码字选择和用户调度策略,最小化大规模MIMO系统中多用户的干扰。仿真结果表明,与基于3D离散傅里叶变换码本的预编码方案相比,该方案能准确区分用户在垂直维信道信息上的差异,有效抑制多用户干扰,提升系统速率。
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  基于删边提高网络容量的方法

  孙中悦,贾兴华

  计算机工程. 2017, 43(3): 75-78. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.03.013

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  考虑到网络静态拓扑对网络动态流量的影响,提出一种提高网络容量的方法。通过删除高介数的边,使数据包绕开网络中的中枢节点,从而平衡网络负载。根据边介数排序,在保证网络连通的前提下循环删边,并在不同的节点转发能力模型下进行仿真实验,结果表明,该方法操作简单、高效,不仅能提高网络容量,而且节省了维护成本。
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  大规模多输入多输出下的容量优化算法

  龙恳,刘月贞

  计算机工程. 2017, 43(3): 79-83. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.03.014

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  针对3D相关信道中大规模多输入多输出系统的遍历和速率最大化问题,将空间自由度、信道估计精准因子引入预编码的容量分析中,提出一种联合优化问题的容量优化算法。推导空间自由度、信道状态信息准确度下的系统容量表达式,将系统容量最大化时的联合优化问题转化为用户数优化问题的条件,并基于中点法求优化问题的最优解。仿真结果表明,当信道估计精准因子为0.1、空间自由度为200时,该优化算法与基于用户数穷举搜索算法优化后的遍历和速率、用户数几乎相等,且收敛速度快、复杂度低。
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  基于模代数预编码的MIMO室内可见光通信系统

  张云艳,王辉

  计算机工程. 2017, 43(3): 84-88. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.03.015

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  针对基于模代数预编码(THP)的多用户多输入多输出(MIMO)室内可见光通信系统存在误码率高、功率利用率低的问题,提出一种基于格基规约THP的多用户MIMO(MU-MIMO)通信系统。通过改进的格基规约THP对信道矩阵进行优化使其满秩,在此基础上,设计多用户接收信号均衡分配方案。仿真结果表明,在信噪比较高且信道不稳定的情况下,MU-MIMO通信系统具有较强的鲁棒性以及较低的误码率,多用户接收信号均衡分配方案有效解决了THP算法中用户接收信息的公平分配问题。
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  无线认知网络中的选择触发协作频谱感知

  彭艺,崔自如,陈昌凯

  计算机工程. 2017, 43(3): 89-93. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.03.016

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  在无线认知网络中,常规协作频谱感知算法用于增强频谱感知的准确性,但是该算法增加了通信成本以及认知用户的能量消耗。为此,提出一种选择触发协作频谱感知算法(STCSS)。该算法基于当前频谱感知能量阈值判定是否触发二次协作频谱感知,使得协作频谱感知仅在必要时被触发从而降低能量消耗与通信成本。仿真结果表明,对比协作频谱感知算法与精细快速感知算法,STCSS算法可提高检测概率,减少能量消耗以及通信成本。
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  基于OpenWrt与ZigBee的智能家居路由器设计

  徐哲鑫,张艺林,林潇,吴怡

  计算机工程. 2017, 43(3): 94-98,104. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.03.017

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  为实现家居设备传感网与互联网的互联互通,设计智能家居路由器。采用Zstack协议栈和开源OpenWrt系统分别处理ZigBee和WiFi网络报文,使报文在应用层进行无障碍传输并提供相应数据服务,同时利用智能家居场景设计的服务软件为设备提供管理服务。将上述2种服务与WiFi路由器和ZigBee协调器相结合组成适用于智能家居系统的路由器。通过Packet Sniffer和Wireshark软件分别抓取ZigBee和互联网数据包对路由器功能进行验证,结果表明该路由器能够同时满足智能家居设备以及手机、平板电脑等消费类终端的上网需求,降低了智能家居的安装成本以及硬件复杂度。
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  基于代数决策图的路由查找算法

  徐周波,胡魁,常亮,古天龙

  计算机工程. 2017, 43(3): 99-104. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.03.018

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  为解决路由查找过程中路由表项数不断增加导致存储冗余大和查找效率低的问题,在代数决策图(ADD)的基础上,提出一种改进的路由查找算法。根据符号算法的特性对路由表项进行伪布尔函数表示,综合考虑路由表结构特征和符号算法的优势,基于ADD结构构建基于前缀的路由表,并给出路由表更新、删除、查找算法。通过国际项目管理协会提供的开源路由表进行实验仿真,结果表明该算法能够有效减少路由表操作时的内存访问次数,节省路由表存储空间。
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  基于GDOP加权的TOA/AOA混合定位算法

  孔范增,郑娜娥,陈国军,于海涛

  计算机工程. 2017, 43(3): 105-109,114. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.03.019

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  现有基于无线传感器网络(WSN)的到达时间/到达角度(TOA/AOA)定位算法在锚节点位置存在误差的条件下定位精度不高。针对该问题,融合几何精度因子(GDOP)加权,提出一种改进的TOA/AOA混合定位算法。根据单个锚节点对定位参量的测量误差及其自身位置误差,得出基于单节点的TOA/AOA混合定位算法的GDOP计算公式。依据WSN中所有锚节点的测量误差及其分布与盲节点的相对位置关系,推导加权融合算法的GDOP计算公式。仿真结果表明,与基于平均加权的定位算法相比,改进算法具有更高的定位精度。
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  适用于高阶QAM的改进型Costas环研究

  周胜源,潘惠兰

  计算机工程. 2017, 43(3): 110-114. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.03.020

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  为提高高阶正交幅度调制(QAM)解调中载波恢复的收敛速度及跟踪稳定性,基于软件无线电设计思路和传统科斯塔斯(Costas)环基本原理,提出一种改进型Costas环的研究方法。该方法采用符号鉴相器代替传统的乘法器鉴相器,设计的环路滤波器运用多系数调整取代传统的一组系数调整。以1024QAM信号解调为例,通过使用Matlab/Simulink下的System Generator工具箱对解调系统建模仿真,以验证其载波恢复性能。仿真结果表明,改进的Costas环能准确地对接收的高阶QAM信号进行载波恢复,且与传统算法相比,改进后的环路跟踪平稳、收敛速度更快速、误码率更低,较好地改善了通信质量。
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  一种延迟偏移的二进制正交线性调频信号调制方法

  黄世盼,郑霖,杨超,蒋相,黄智昌

  计算机工程. 2017, 43(3): 115-119,125. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.03.021

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  在低时间带宽积条件下,二进制正交键控(BOK)匹配检测存在正负调频斜率互干扰和自匹配旁瓣幅度大的问题。为此,提出一种新的延迟偏移Chirp-BOK调制方法。通过在正负调频斜率符号间加入延迟偏移量,减少正负调频斜率信号间的互干扰,从而抑制旁瓣,提高峰值旁瓣比。对该调制方法的最佳延迟偏移量进行工程求解和仿真分析,结果表明,与窗函数加权旁瓣抑制方法相比,该方法在低时间带宽积条件下不改变Chirp匹配脉压滤波器的结构和带宽,大幅提高了系统检测性能。
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  基于天线覆盖模型的RFID室内定位算法

  武帆,谭小彬,申晶晶,晏培

  计算机工程. 2017, 43(3): 120-125. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.03.022

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  基于无线射频识别(RFID)技术密集无源标签定位系统的定位算法大多存在标签性能差异、天线方向性未定和外在环境噪声干扰等问题,导致系统定位精度大幅降低。为提高定位精度,提出一种被动式RFID二维室内定位算法IPABACM。该算法通过部署标签阵列使RFID阅读器读取信息,将读取到的标签赋予权值,利用改变标签权重并用神经网络进行训练的方法降低环境噪声和标签性能差异的影响,根据分析天线覆盖模型得出,通过旋转叠加读写器覆盖区域,可降低甚至消除读写器天线方向对定位精度造成的影响。实验结果表明,与传统的被动式RFID定位算法相比,IPABACM算法具有较高的定位精度,且定位时间较短。
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  分子序列压缩算法在卫星IP网络中的应用

  沈超凡,黄雷君

  计算机工程. 2017, 43(3): 126-133,139. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.03.023

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  以冗余消除技术中的分子序列压缩算法(MSR)为例,分析卫星链路高误码率和长时延对MSR算法压缩性能的影响,提出一种基于确认的历史同步机制(PAS)。将PAS机制与MSR算法相结合,把接收端确认收到的数据包作为收发两端的历史数据并使历史数据始终保持同步,从而确保接收端能对所有数据包进行解压,避免数据包丢失。实验结果表明,MSR-PAS在高误码率和长时延的环境下能有效降低因冗余消除技术引起的丢包率,同时保证了数据压缩效果和端到端时延稳定性,适用于卫星IP网络。
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  基于应急融合网络应用的多路径Bandit优化算法

  伍富,郑霖,李晓记

  计算机工程. 2017, 43(3): 134-139. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.03.024

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  传统的无线通信网络由于结构单一,性能上诸多受限,难以保障应急通信的质量。为此,在认知无线自组织网络与移动蜂窝网络相融合的新背景下,提出一种多路径Bandit算法。将通信中的选路过程分为多时隙路径选择子阶段,通过对权衡网络时延和能效目标函数的计算进行路径优选,从而合理地分布网络中各节点的能耗。仿真结果表明,对比非应急业务应用和贪婪算法,在融合网络应急业务应用下,多路径Bandit算法的网络生存期提高了3%~20%。
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  低空多无人机自组网数据可靠传输的跨层方法

  方堃,茹乐,于云龙,贾旭峰,刘树光

  计算机工程. 2017, 43(3): 140-146. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.03.025

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  低空多无人机自组织网络由于数据传输容易被地形或建筑物等遮挡,通信中断时有发生,同时传统拥塞处理体系已不能满足无人机间通信的质量要求。针对以上问题,提出一种数据可靠传输的跨层方法。运用该方法在物理层根据信道条件得出3种通信方式的中断概率,在MAC层根据数据包进入缓存队列时间,进行拥塞等级划分,在传输层根据拥塞情况控制滑动窗口大小,自适应控制源无人机的数据发送速率,在网络层以中断概率与拥塞值的联合权重为依据,提供数据可靠传输的路由选择。仿真结果表明,与移动自组网拥塞感知路由协议、动态拥塞感知路由协议相比,该方法有效降低了中断概率,并随着数据发送速率以及无人机速度的增加,可获得更低的平均时延和较高的投递成功率。
安全技术
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  针对SSL/TLS协议会话密钥的安全威胁与防御方法

  刘新亮,杜瑞颖,陈晶,王持恒,姚世雄,陈炯

  计算机工程. 2017, 43(3): 147-153. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.03.026

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  分析安全套接层/安全传输层(SSL/TLS)协议在客户端的具体实现,利用浏览器处理SSL/TLS协议会话主密钥和协议握手过程中传递安全参数存在的漏洞与缺陷,结合Netfilter机制进行会话劫持,提出一种针对SSL/TLS协议的安全威胁方案(SKAS)并对其进行安全研究,给出随机数单向加密、双向加密及保护会话主密钥安全的3种防御方法。经过实验验证了SKAS威胁的有效性,其攻击成功率达到90%以上且攻击范围广、威胁程度高,提出的3种防御方法均能抵御SKAS威胁,保证了客户端和服务器间SSL/TLS协议的数据通信安全。
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  一种结合动态与静态分析的函数调用图提取方法

  孙贺,吴礼发,洪征,颜慧颖,张亚丰

  计算机工程. 2017, 43(3): 154-162. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.03.027

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  完整准确地提取函数调用图是基于函数调用图进行恶意程序相似性分析的基础。为此,提出一种动静结合的恶意程序函数调用图提取方法。在对程序进行静态反汇编的基础上抽取恶意程序的可执行路径,使用隐藏信息主动发现策略找出恶意程序中隐藏的指令和函数调用,采用动态反馈机制完成动静结合分析过程中的信息同步。实验结果表明,该方法能够有效应对各种恶意程序反分析技术,完整准确地提取出恶意程序的函数调用图。
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  一种保护私有信息的空间离群点检测方法

  俞庆英,罗永龙,陈付龙,郑孝遥

  计算机工程. 2017, 43(3): 163-171. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.03.028

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  针对现有空间离群点检测方法难以同时保证数据安全性和检测结果有效性的问题,提出一种隐私保护的空间离群点检测方法。该方法基于空间邻域行为属性值的统计结果及马哈拉诺比斯距离进行空间离群点的检测,通过对基于半诚实模型的安全多方距离、合并向量的中位数及标准化等计算协议的定义和应用,实现私有信息的保护。实验结果表明,该方法在保护隐私信息的同时保证了检测结果的准确性。

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  通用可组合的群签名协议

  赵晨,俞惠芳,李建民

  计算机工程. 2017, 43(3): 172-175. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.03.029

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  目前群签名协议大多只局限于单个协议执行的安全性,在多协议环境下安全性减弱。为此,研究通用可组合模型框架下的群签名在多个协议并发执行时的安全性。由于在通用可组合的模型框架下可以模块化地分析协议,因此利用此框架定义群签名协议的理想函数,提出可以实现此理想函数的群签名协议,并证明此协议的安全性和不可伪造性。基于离散对数问题给出通用可组合的群签名协议实例。分析结果表明,该协议的安全性适用于多协议执行的并发环境。
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  基于特征匹配的IP软核硬件木马检测

  倪林,石磊,韩鹍,李少青

  计算机工程. 2017, 43(3): 176-180. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.03.030

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  集成电路设计过程中引入的非受控第三方IP软核较容易被植入硬件木马,以往的功能测试方法较难实现全覆盖检测。为此,分析硬件木马结构及其在IP软核中的实现特征,提出一种基于硬件木马特征匹配的检测方法。给出特征识别流程,构建基于Trust-Hub硬件木马的特征库,在AES算法的RTL级描述中设计3种不同功能类型的硬件木马电路进行分析。实例结果表明,利用提出的特征匹配方法并结合目标载体特征分析,可在冗余代码不高于10%的精度下实现硬件木马的有效识别。
人工智能及识别技术
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  基于字符级循环网络的查询意图识别模型

  孟奎,刘梦赤,胡婕

  计算机工程. 2017, 43(3): 181-186. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.03.031

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  以特征模板为主的查询意图识别方法存在人工抽取特征繁琐,并且难以捕捉文本语义信息的问题。为此,基于字符级循环网络,提出一种新的查询意图识别模型。为能有效提取句子深层次语义特征,减少长距离信息依赖的限制,使用长短时记忆网络(LSTM)作为神经网络线性变换层,同时增加一层反向LSTM抽取字符的将来信息特征。使用原始汉字直接作为模型的输入,避免分词结果不准确带来的错误传导问题,利用字符的分布向量表示方法,提高句子语义特征的获取。实验结果表明,该方法整体准确率达到90.7%,相比特征模板方法有所提升,能提高用户查询意图的分类性能。
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  基于多准则决策和相似度评价的Web服务推荐SOA系统

  周雄,王莉莉

  计算机工程. 2017, 43(3): 187-192,199. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.03.032

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  为解决Web服务决策过程中新增信息多且信息不精确的问题,提出一种基于Web服务推荐的面向服务体系结构(SOA)系统。针对多准则决策分析过程特点,构建基于层次SOA结构的服务评估系统。给出权重时变多准则相似评估算法,根据相似评估提高Web服务推荐精度,并结合权重时变过程深入考虑各时段准则权重,增加Web服务的决策科学性。通过Yahoo域名Web服务推荐数据集上的实验,验证所提算法具有较高的Web服务推荐精度和较低的排序损耗。
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  基于文本加权KNN算法的中文垃圾短信过滤

  黄文明,莫阳

  计算机工程. 2017, 43(3): 193-199. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.03.033

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  针对K最近邻(KNN)算法在文本分类决策规则上由于样本重要性相同而导致分类效果不佳的问题,提出一种基于文本加权的KNN文本分类算法,并将其应用于垃圾短信的分类问题。在提取出特征词之后,考虑到特征词在文本中出现的频率对文本重要性的影响,引入第1个加权公式,同时针对垃圾短信数据集,采用关联规则算法挖掘出在垃圾短信中频繁出现的共现词组,并以此引入第2个加权公式,最后将引入的2种文本权重计算公式对每个短信文本进行复合加权处理,以区分各个训练样本对于判定隶属类别的影响程度,从而在分类决策规则上作出改进。实验结果表明,与未经过文本加权的KNN算法相比,该算法对垃圾短信和正常短信在分类准确率、召回率、F1值等指标上都有较大的提升。
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  一种可变长查找表的单基快速傅里叶变换倒序算法

  申意,胡云山,曾光,韩文报

  计算机工程. 2017, 43(3): 200-203,212. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.03.034

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  为提高运算速度,降低查找表规模,在原有查找表算法的基础上,提出一种单基快速傅里叶变换原址倒序算法。设计新的查找表构造算法,优化原有查找表的计算方法,并得出在不同倒序计算规模下最优查找表规模选取的一般规律。仿真结果表明,该算法查找表规模可变,通过循环访问查找表平衡选取查找表规模,可减少循环次数,并提高计算速度。
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  一种数学表达式检索结果相关排序算法

  田学东,张凯歌,周南,张植明,田冰洁

  计算机工程. 2017, 43(3): 204-212. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.03.035

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  针对数学表达式符号种类繁多、结构复杂多变、语法语义丰富等特点,提出一种检索结果相关排序算法,利用犹豫模糊集在处理多特征、多隶属度模式方面的优势,计算数学表达式间的相似度,实现基于相似度的数学表达式检索结果的相关排序。通过归纳数学表达式的符号、结构、语法、语义方面的特征,建立数学表达式的相似度函数,对数学表达式检索系统中用户查询式与检索结果集中数学表达式之间的相似程度进行综合多视角的测量。实验结果表明,该算法能实现数学表达式检索系统结果数据的有序输出,有助于改善数学表达式检索系统的性能。
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  利用分析和外观模型的混合心电图人体识别方法

  谢杨晓洁,赵凌

  计算机工程. 2017, 43(3): 213-219,224. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.03.036

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  为提高心电图(ECG)生物识别对噪声和变化信号的敏感度,优化区分心跳特征,提出一种混合的ECG人体识别方法。联合心跳分析和外观属性,使用Fisher线性判别分析方法从这些属性中获取主要属性,在Fisher空间计算心跳特征,使用时域特征计算ECG特征。在一系列心跳推导时域特征后,通过标准化和缩放ECG信号获取形态学特征。采用最大化类间个体散列与类内个体散列的比率选择最具区分性的特征。实验结果表明,该方法在健康个体组成的大型数据库上的识别准确率为99.24%。当人体处于心率失调的情况下等错误率(EER)为0.76%,处于混合状态时EER为1.31%,验证了该方法具有较好的鲁棒性。
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  基于噪声分类与补偿的车载语音识别

  项秉伟,景新幸,杨海燕

  计算机工程. 2017, 43(3): 220-224. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.03.037

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  针对现有车载语音识别系统在实际应用环境下噪声鲁棒性较差的问题,提出一种基于支持向量机(SVM)的噪声分类与补偿方法。采集各应用场景下的噪声构建SVM噪声分类器,利用SVM对待测语音静音段中的噪声进行分类,根据噪声类型选择相应的带噪训练模板进行噪声补偿,并将差分频谱倒谱系数作为特征参数进一步抑制语音段中的噪声,从而实现车载语音识别。实验结果表明,该方法可有效增强车载语音识别系统的噪声鲁棒性,并且与稀疏编码语音增强和能量规整倒谱系数特征增强方法相比,具有更高的语音识别率。
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  基于中文知识图谱的人物实体识别

  李薇,肖仰华,汪卫

  计算机工程. 2017, 43(3): 225-231,240. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.03.038

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  分类是知识图谱构建中的一个重要问题,但是目前多数中文百科都采用人工编辑的方式为词条添加分类,耗费人力并且存在漏标和标错等问题。为此,提出一种自动识别百度百科人物领域下全部实体并添加分类的方法。对百度百科词条已有的分类、属性和副标题进行实体集拓展,使用马尔科夫逻辑网络方法联合推断词条的分类。实验结果表明,与支持向量机和逻辑回归算法相比,该方法在实体识别的精确度和召回率方面性能均有所提升。
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  基于邻域和变异算子组合优化的MOEA/D算法

  刘璐,郑力明

  计算机工程. 2017, 43(3): 232-240. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.03.039

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  考虑到在基于分解的多目标进化算法(MOEA/D)中,邻域大小与变异算子类型对算法进化过程中的探索模式有不同的影响,提出优化的MOEA/D算法。4种不同大小的邻域范围和4个特性不同的变异策略两两组合构成候选池,利用负反馈原则,在进化过程中以较高概率从候选池中选择表现更优的组合。实验结果表明,该算法鲁棒性较强,在保证收敛性的同时具有较好的多样性。
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  基于上下文语境的微博情感分析

  秦锋,王恒,郑啸,王修君

  计算机工程. 2017, 43(3): 241-246,252. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.03.040

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  传统情感分析方法仅考虑单一文本,对长度短小且口语化严重的微博文本情感极性识别率较低。针对上述问题,提出一种结合上下文消息的情感分析方法。将微博情感分析问题看做标签序列学习任务,使用隐马尔可夫支持向量机把微博上下文语境融入微博情感分析问题中。实验结果表明,该方法较之于基于朴素贝叶斯或支持向量机的微博情感分析模型可以更好地分析微博情感极性。
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  改进的热传导和物质扩散混合推荐算法

  杨卫芳,李学明,乔保学

  计算机工程. 2017, 43(3): 247-252. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.03.041

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  针对经典的热传导推荐算法准确度低以及物质扩散推荐算法多样性低的问题,提出一种基于热传导和物质扩散的混合推荐算法。考虑用户活跃度对推荐算法的影响,通过引入可调参数θ调节用户活跃度对推荐效果的影响,实现资源的重新分配,进而获得更好的推荐结果。实验结果表明,当θ取得最优值时,相比改进前的热传导和物质扩散混合算法,该算法在Netflix数据集上,精确率和多样性分别提高了约5.81%和4.15%。在MovieLens数据集上,精确率和多样性分别提高了约5.08%和3.60%。
图形图像处理
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  基于深度卷积神经网络的图像去噪研究

  李传朋,秦品乐,张晋京

  计算机工程. 2017, 43(3): 253-260. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.03.042

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  为更有效地去除图像中的噪声,提出一种深度学习的图像去噪方法。以完整图像作为网络的输入及输出图像,通过隐含层构成由含噪声图像到去噪图像的非线性映射,由卷积子网和反卷积子网构成一种对称式的网络结构,卷积子网学习图像特征,反卷积子网根据特征图恢复原始图像,并结合修正线性单元获取更多的纹理细节。以VOC2012数据集作为训练集,使用Tensorflow在GPU环境下训练网络模型。实验结果表明,与GSM,KSVD,CN2,MLP方法相比,该方法能更有效地去除图像中的噪声,获得更高的峰值信噪比,耗时更短,视觉效果更佳。
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  基于编码稀疏表示的柔索机器人监测图像去噪算法

  陈鹏旭,林茂松,梁艳阳,刘宏伟

  计算机工程. 2017, 43(3): 261-265,270. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.03.043

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  在柔索机器人实际工作环境中,获取到的监测图像通常夹杂了混合噪声。为去除该混合噪声,给出一种混合噪声图像去噪算法,监测图像由加性高斯白噪声和脉冲噪声所组成。针对脉冲噪声,提出用2个阈值对噪声进行检测,在现有基于加权编码的算法上将图像稀疏表示以及非局部相似先验融入到去噪模型,最终得到去噪图像。实验结果表明,该算法在不同的噪声比率下有较好的去噪表现,且图像的纹理细节也得到了较好的保留,实用性较强。
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  基于联合支持向量机的目标跟踪算法

  孙俊涛,张顺利,张利

  计算机工程. 2017, 43(3): 266-270. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.03.044

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  为得到包含目标与背景的区分度以及目标自身特性的外观模型，给出一种联合支持向量机。结合一类支持向量机和二类支持向量机的特点，设计优化的目标函数，利用拉格朗日乘子法给出其对偶形式，实现求解步骤，并基于此提出目标跟踪算法,以加强目标外观模型表达的鲁棒性，提高对目标和背景的鉴别能力。在公开的测试视频集上的实验结果表明，该算法能够准确地跟踪目标，并且具有较好的稳定性。
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  耦合冲击滤波器的片相似性各向异性扩散模型

  白云蛟,张权,尚禹,张鹏程,刘祎,桂志国

  计算机工程. 2017, 43(3): 271-276,281. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.03.045

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  在图像去噪过程中,为保持图像边缘并去除噪声,提出一种结合片相似性各向异性扩散(AD)和冲击滤波器的图像去噪和增强模型。采用片相似性AD模型去除图像中的噪声,引入冲击滤波器增强图像的重要结构特征。构造关于图像梯度模的函数,并自适应地调节图像在同质区域、细节和边缘区域的增强系数,在增强图像细节的同时,抑制噪声的放大和过冲现象。实验结果表明,该模型在视觉效果和客观评价指标方面均优于传统的AD模型、片相似性AD模型、结合冲击滤波器的AD模型,不仅能有效地去除噪声,且更好地保留了图像的细节和边缘特征。
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  一种面向局部神经反应的模板选取算法

  聂进焱,魏艳涛,瞿少成

  计算机工程. 2017, 43(3): 277-281. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.03.046

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  为提高目标识别的精确度和速度,提出一种模板选取算法。利用训练样本图像的标记信息,使属于不同类的局部神经反应尽量分开,属于同一类的局部神经反应尽量靠近,以减少模板集合中的冗余,并得到数目较少且具有较强判别能力的模板。实验结果表明,与随机选取算法相比,该模板选取算法可以在保证精确度的前提下明显提高目标识别的效率。
开发研究与工程应用
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  基于权重约束GM-PHD滤波的多目标跟踪方法

  赵一峰

  计算机工程. 2017, 43(3): 282-288. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.03.047

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  针对高斯混合概率假设密度(GM-PHD)滤波器未检查一对一假设以及难以跟踪跨越目标的问题,在其基础上提出一种约束权重的改进多目标跟踪方法。通过构建权重矩阵,从所有生成的目标中寻找权重最大的目标。根据权重关系,重新归一化除最大权重外所有行的目标,并使归一化和权重约束迭代进行。在GM-PHD滤波器的更新步骤中生成目标的相应权重,完成滤波操作。通过蒙特卡罗仿真对该方法进行评估,检测有杂波、不同目标速度和不同帧率情况下的滤波器性能,分别对穿越和密集的目标进行仿真。实验结果表明,与使用GM-PHD滤波器和基于序贯蒙特卡洛概率假设密度(SMC-PHD)滤波器的方法相比,该方法整体跟踪性能较优。
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  基于K近邻法的WiFi定位研究与改进

  吴泽泰,蔡仁钦,徐书燕,吴小思,傅予力

  计算机工程. 2017, 43(3): 289-293. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.03.048

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  在分析位置指纹识别算法的基础上,研究K近邻(KNN)法在室内定位中的应用。为提高定位精度,设计新的相似度计算公式。针对K近邻法计算量大问题,将聚类算法与KNN相结合,提出一种新的WiFi定位算法。实验结果表明,该算法在WiFi定位上与KNN精度基本一致,但定位时间相应缩短,可以满足室内和室外的定位要求。
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  基于RFID覆盖扫描的标签定位方法

  李强,王玫,刘争红

  计算机工程. 2017, 43(3): 294-298. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.03.049

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  为提高接收信号强度指标室内定位精度,提出一种基于参考标签和旋转无线射频识别(RFID)阅读器的定位方法。在室内环境下手动旋转阅读器建立读写区域,将2个区域交点作为目标定位点的坐标估值。利用优化分析或聚类分析算法对估值点进行处理,从而得到精确定位值。实验结果表明,在2.8 m×2.8 m,5.6 m×5.6 m,8.4 m×8.4 m的室内环境下,该方法的定位误差分别低至4 cm,9 cm,18 cm,可满足仓库、超市等室内场景的定位要求。
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  无损压缩算法LZW前缀编码优化及应用

  鄢海舟,胥布工,石东江,郑伟德

  计算机工程. 2017, 43(3): 299-303. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.03.050

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  利用LZW算法进行数据压缩,当字典长度为l时,前缀在区间［0,l－1］中,因而只能通过「lbl bit对前缀进行编码,使区间［l,2「lbl－1］内的数据不能被充分利用,造成冗余现象。针对该问题,提出一种前缀映射编码的改进压缩算法。对满足条件的前缀不直接编码输出,而是将其映射到区间［l,2「lbl－1］,此时编码位数并未减少但却隐含一个标志位信息,标志下一个前缀编码用更少的比特位来编码。与原LZW算法相比,改进算法不增加计算量和存储空间,并且通用性好。英文文本数据压缩仿真和残差数据压缩应用结果均验证了该算法的有效性。
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  一种模糊森林学习方法及其行人检测应用

  周文谊,王吉源

  计算机工程. 2017, 43(3): 304-308，315. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.03.051

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  针对随机森林学习方法训练数据时存在的过拟合问题,通过改进各决策节点的决策函数设计一种模糊森林学习方法。利用高斯隶属度函数构建决策树上各节点的决策函数,将确定决策路径转换为模糊决策路径。根据样本从根节点到叶节点所经过的所有决策节点的模糊决策值乘积生成模糊路径。结合各模糊路径与相应叶节点预测参数得到预测结果。将模糊森林学习方法应用到行人检测领域,分别对Haar特征和方向梯度直方图特征进行学习与分类。实验结果表明,与经典的Adaboost、支持向量机和随机森林分类器相比,模糊森林方法可有效提高行人检测的识别率。
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  个体特征对在线社会网络中信息传播的影响

  张甜甜,张宁,毛国勇

  计算机工程. 2017, 43(3): 309-315. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.03.052

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  为研究个体特征对在线社会网络中信息传播的影响,结合个体特征、社会加强和信息属性,提出一个简单的信息传播模型。在传播模型中主要考虑记忆效应、社会加强、信息属性和个体特征这4个因素,并根据服从均匀分布与幂律分布的个体在规则网络、WS小世界网络、BA无标度网络上传播信息的能力,对此进行仿真实验,同时在Facebook上进行实证研究。结果表明,不论哪种情况下,信息的传播速度遵循BA无标度网络最快,规则网络最慢的规律,规则网络的稳定时间也最长。Facebook的传播图与BA网络的结果图类似。
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  任意输电线路的DEM快速裁剪算法

  张文,杨之江,胡正华,孟诣卓

  计算机工程. 2017, 43(3): 316-321. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.03.053

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  传统获取带状目标数字高程模型(DEM)数据的包围盒方法存在效率低、数据下载量大的问题。为此,提出基于空间分析的平滑缓冲区DEM裁剪提取算法和基于矩形拼接的DEM裁剪拼接算法,利用空间分析和矩形拼接的优势,实现带状DEM数据高效、轻量级的提取。采用电力行业三维输电线路的DEM工程数据进行实验,结果表明,所提算法在提取效率、算法复杂度和提取结果的数据量方面,相比传统的包围盒方法均有显著优势。