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    1. 基于滑窗滤波和多项式拟合的时变信道估计方法
    景兴红, 孙国栋, 何世彪, 廖勇
    计算机应用    2021, 41 (9): 2699-2704.   DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2020122035
    摘要363)      PDF (912KB)(250)    收藏
    基于长期演进(LTE)的车辆到一切(LTE-V2X)标准沿用LTE标准的帧格式,并采用块状导频辅助的单载波频分多址(SC-FDMA)系统完成信道估计。然而,由于V2X信道的时变特性,接收机信道估计面对巨大的技术挑战。因此,设计了一种基于滑窗滤波和多项式拟合的时变信道估计方法。针对导频符号处的噪声问题,在最小二乘(LS)方法基础上,采用了自适应长度的滑动窗口滤波进行降噪处理,从而保证导频符号处的信道估计精度。另外,根据多普勒频移大小,设计了自适应阶次的多项式拟合方法来跟踪数据符号处的信道变化。仿真结果表明,所提方法在LS方法的基础上有良好的去噪效果,在低速移动情况下的估计精度介于LS方法和线性最小均方误差(LMMSE)方法之间,而该方法在高速移动条件下能更好地拟合信道的时变特性,且性能上超过了LMMSE方法结合线性插值的信道估计方法。以上结果说明,所提方法相对于对比方法具有更好的自适应性,适用于不同的信道噪声和终端移动速度下的LTE-V2X通信场景。
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    2. 边缘计算支持下的移动群智感知本地差分隐私保护机制
    李卓, 宋子晖, 沈鑫, 陈昕
    计算机应用    2021, 41 (9): 2678-2686.   DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2020111787
    摘要387)      PDF (1255KB)(465)    收藏
    针对移动群智感知(MCS)中在用户数据提交阶段的隐私保护困难和因隐私保护造成成本增加的问题,基于本地差分隐私(LDP)保护原理设计出用户提交数据属性联合隐私保护的CS-MVP算法和用户提交数据属性独立隐私保护的CS-MAP算法。首先,基于属性关系构建用户提交数据的隐私性模型和任务数据的可用性模型,利用CS-MVP和CS-MAP算法解决隐私性约束下的可用性最大化问题;并且在边缘计算支持的MCS场景中,构建用户提交数据隐私保护下的三层MCS架构。理论分析证明了两个算法分别在数据属性联合隐私约束下和数据属性独立隐私约束下的最优性。实验结果表明,在相同隐私预算和数据量下,相较于LoPub和PrivKV,基于CS-MVP和CS-MAP算法的用户提交数据恢复正确感知数据的准确率分别平均提高了26.94%、84.34%和66.24%、144.14%。
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    3. 6G可重构智能表面的相移模型设计
    王丹, 梁家敏, 刘金枝, 张友寿
    计算机应用    2021, 41 (9): 2694-2698.   DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2020111836
    摘要470)      PDF (808KB)(362)    收藏
    为了解决中继通信的耗能高以及5G基站的建设难度高的问题,在6G移动通信中引入对可重构智能表面(RIS)技术的研究。针对截断的哈达玛(Hadamard)矩阵和离散傅里叶变换(DFT)矩阵在构建智能表面时失去特性和不稳定问题,提出一种基于汉克尔(Hankel)矩阵和托普利兹(Toeplitz)矩阵来构建酉矩阵的RIS相移模型设计方案。利用酉矩阵的特性来最小化信道误差,提高通信信道的可靠性。仿真结果表明,在RIS单元数为15时,相较于非RIS辅助通信,RIS辅助通信的用户速率可以获得1 (bit·s -1)/Hz的增益,而伴随着RIS单元数的增加,RIS辅助通信的用户接收速率的增益将更为显著;并且当RIS单元数为4时,相较于DFT矩阵构建智能反射面的方式,利用得到的两个酉矩阵构建的反射面的可靠性更高,约可获得0.5 dB的性能增益。
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    4. 面向C-V2X通信的基于深度学习的联合信道估计与均衡算法
    陈成瑞, 孙宁, 何世彪, 廖勇
    计算机应用    2021, 41 (9): 2687-2693.   DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2020111779
    摘要393)      PDF (1086KB)(439)    收藏
    为了在不显著提升计算复杂度的情况下,有效提升通信系统的误码率(BER)性能,利用深度学习在数据处理方面的强大能力,提出一种面向基于蜂窝网络的车联网(C-V2X)通信的基于深度学习的联合信道估计与均衡算法——V-EstEqNet。与传统算法分两个阶段分别进行信道估计与均衡不同,V-EstEqNet将通信系统接收机中的信道估计与信道均衡进行联合考虑,并利用深度学习网络直接对接收数据进行校正和恢复,无须进行显式的信道估计环节即可完成信道均衡。具体而言,首先利用大量的接收数据对网络进行离线训练,使网络学习到叠加在接收数据中的信道特性;然后利用该特性恢复原始的发送数据。仿真实验结果表明,在不同的速度场景下,所提算法可以更加有效地追踪信道特性;同时,相较于传统信道估计算法(最小二乘法(LS)和线性最小均方误差法(LMMSE))配合传统信道均衡算法(迫零(ZF)均衡算法和最小均方误差(MMSE)均衡算法),所提算法在低速环境下有最高有6 dB的BER增益,在高速环境下最高有9 dB的BER增益。
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    5. 多中继协作空间调制的中继选择及性能分析
    李彤, 仇润鹤
    计算机应用    2021, 41 (7): 2019-2025.   DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2020081238
    摘要243)      PDF (1001KB)(176)    收藏
    针对多中继协作空间调制(SM)系统中的中继选择问题,提出一种基于中继节点位置的选择方案,并将该方案应用于系统中,对系统的误比特率(BER)性能进行了分析。该系统在源节点使用SM技术,每一时隙仅激活一根发射天线,并基于中继节点的位置信息,在全部中继中选择最接近源节点和目的节点间中点的一个放大转发(AF)中继进行转发。运用矩生成函数法推导了该系统在瑞利衰落信道下成对错误概率的解,并由此给出了系统的理论BER。仿真结果表明,与随机选择和循环转发中继的方法相比,该中继选择方法能够在系统中获得更好的BER性能。
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    6. 基于禁忌搜索和Q-learning的CR-NOMA系统的功率分配算法
    周烁, 仇润鹤, 唐旻俊
    计算机应用    2021, 41 (7): 2026-2032.   DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2020081249
    摘要350)      PDF (1128KB)(251)    收藏
    针对下一代移动通信对于高速率和大规模连接的需求,对认知无线电(CR)-非正交多址接入(NOMA)混合系统中通过优化功率分配来提升次用户总传输速率进行研究,提出一种基于禁忌搜索和Q-learning的功率分配(PATSQ)算法。首先,认知基站在系统环境中观测并学习用户的功率分配,次用户采用NOMA方式接入授权信道。其次,将功率优化分配问题中的功率分配、信道状态和总传输速率分别表述为马尔可夫决策过程中的动作、状态和奖励,通过结合禁忌搜索和Q-learning的方法来解决该马尔可夫决策过程问题并得到一个最优的禁忌Q表。最后,在主次用户服务质量(QoS)和最大发射功率的约束下,认知基站通过查找禁忌Q表得到最优的功率分配因子,实现系统中次用户总传输速率的最大化。仿真结果表明,在总功率相同条件下,所提算法在次用户总传输速率和系统容纳用户数量上要优于认知移动无线网络(CMRN)算法、次用户预解码(SFDM)算法以及传统等功率分配算法。
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    7. 智能电网中两阶段网络切片资源分配技术
    尚芳剑, 李信, 翟迪, 陆阳, 张东磊, 钱玉文
    计算机应用    2021, 41 (7): 2033-2038.   DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2020081343
    摘要372)      PDF (1004KB)(317)    收藏
    为满足网络切片在智能电网中的多样化需求,提出了一个在智能电网中基于云-边协同的切片资源分配模型。为优化网络切片分配,提出一种两阶段的切片分配模型:在第一阶段中,以用户体验最优为目标,建立了本地边缘网络的资源分配问题的优化模型,并采用拉格朗日乘子法对此最优问题进行了求解;在第二阶段中,首先将网络切片资源分配系统建模成Markov决策过程,然后提出使用深度增强学习方法对核心云的切片自适应地进行资源分配。实验结果表明所提的两阶段切片资源优化分配模型可有效减少网络延迟,提高用户满意度。
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    8. 基于改进智能水滴的正交匹配追踪混合预编码算法
    刘紫燕, 马珊珊, 白鹤
    计算机应用    2021, 41 (5): 1419-1424.   DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2020071116
    摘要233)      PDF (956KB)(420)    收藏
    针对毫米波大规模多输入多输出(mmWave Massive MIMO)系统硬件成本高、系统开销大等问题,提出一种基于改进智能水滴的正交匹配追踪(IWD-OMP)混合预编码算法。首先,基于正交匹配追踪(OMP)算法求解预编码矩阵;其次,采用改进的智能水滴(IWD)算法求解矩阵中全局最优的索引向量;最后,通过此方法求解的矩阵无须提前构造候选矩阵,可以达到节约系统资源、降低矩阵计算复杂度的目的。实验结果表明,当发送端天线数为128,信噪比为28 dB时,与OMP算法相比,该方法的系统可达和速率提高了约7.71%;当信噪比为8 dB时,该方法的系统误码率降低约19.77%。此外,所提预编码算法对实际信道环境中非完全信道状态信息(CSI)具有鲁棒性,当信噪比取值为28 dB时,相较于完全CSI,该方法对非完全CSI的可达和速率降低了约1.08%。
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    9. 降低滤波器组多载波信号峰均比的边信息嵌入选择性映射方法
    夏玉杰, 时永鹏, 高雅, 孙鹏
    计算机应用    2021, 41 (5): 1425-1431.   DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2020081346
    摘要302)      PDF (1102KB)(361)    收藏
    针对现有选择性映射(SLM)方法抑制滤波器组多载波(FBMC)信号峰均比(PAPR)的性能不佳及边信息错误率(SIER)高的问题,提出了一种边信息(SI)嵌入的SLM方法来抑制PAPR。在发送端,设计了一组嵌入SI的相位旋转矢量,并将相位旋转矢量同发送数据块相乘产生备选数据块;利用备选数据块的实部和虚部分量的逆离散傅里叶变换(IDFT)输出,设计了基于循环时移的候选FBMC信号,并选择具有最小PAPR的候选信号进行发送。在接收端,利用SI子载波数据的旋转相位不同提出了与发送符号调制阶数无关的低复杂度SI检测器。仿真结果表明,所提方法在发送端能够有效降低FBMC信号的PAPR,在接收端具有良好的SI检测和误比特率(BER)性能。
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    10. 基于软件定义网络的数据中心自适应多路径负载均衡算法
    许红亮, 杨桂芹, 蒋占军
    计算机应用    2021, 41 (4): 1160-1164.   DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2020060845
    摘要384)      PDF (916KB)(519)    收藏
    针对传统多路径负载均衡算法无法有效地感知网络的运行状态、不能综合考虑链路的实时传输状态以及大多数算法缺少自适应性的问题,基于软件定义网络(SDN)的集中控制和全网管控思想,提出一种基于蜘蛛猴优化的SDN自适应多路径负载均衡算法(SMO-LBA)。首先,利用数据中心网络的感知能力来获取多路径的实时链路状态信息;然后,利用蜘蛛猴算法的全局探索和局部开采能力将链路空闲率作为每条路径的适应度值,并引入自适应权重对路径进行动态评估及更新;最后,寻找数据中心网络中链路占用率最小的路径,确定其为最优转发路径。选用胖树拓扑在Mininet平台上进行仿真实验,实验结果表明SMO-LBA可提高数据中心网络的吞吐量和平均链路利用率,实现网络自适应负载均衡。
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    11. 基于单快拍信号到达角估计算法的室内入侵检测
    任晓奎, 刘鹏飞, 陶志勇, 刘影, 白立春
    计算机应用    2021, 41 (4): 1153-1159.   DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2020071030
    摘要343)      PDF (1270KB)(533)    收藏
    针对基于信道状态信息(CSI)的入侵检测方法易受环境布局及噪声干扰的影响从而导致检测率下降的问题,提出一种基于单快拍信号到达角(DOA)估计算法的室内入侵检测方法。首先,结合无线信号空间选择性衰落的特点对天线阵列接收到的CSI数据进行数学分解,并将未知的DOA估计问题转化为一个过完备表示的问题。然后,利用 l 1范数对稀疏信号的稀疏性进行约束,通过求解稀疏正则优化问题得到准确的DOA信息,由此在数据层面为最终检测结果提供了可靠的特征参数。最后,根据前后时刻的DOA变化评估出室内安全指数(ISIN),进而实现室内入侵检测。在实验中,利用真实的室内场景对检测方法进行验证,并与传统的主成分分析和离散小波变换的数据预处理方法进行对比。实验结果表明:该方法能够在不同的复杂室内环境下准确检测出入侵行为的发生,平均检测率达到98%以上,且在鲁棒性上明显优于对比算法。
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    12. 基于前向纠错的自适应网络传输机制
    祝永晋, 尹飞, 豆龙龙, 吴昆, 张志伟, 钱柱中
    计算机应用    2021, 41 (3): 825-832.   DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2020060948
    摘要364)      PDF (1133KB)(563)    收藏
    针对无线网络中的传输控制协议(TCP)因为丢包触发丢包重传机制而导致传输性能大幅下降的问题,提出了一种基于前向纠错的自适应传输机制(AdaptiveFEC)。该机制通过前向纠错来减少数据段的丢失,以避免触发TCP的丢包重传机制,从而达到提升TCP传输性能的目的。首先,根据当前的网络状况以及当前连接的数据传输特征确定当前时间段中的最优冗余段比例;然后,利用TCP数据段中的数据段序号信息实时进行网络状况的估计,从而根据网络波动来动态更新冗余段比例。大量实验结果说明,在20 ms的往返时延以及5%丢包率的传输环境中,相较于静态的前向纠错机制,AdaptiveFEC能够使得TCP连接的传输速率平均提升42%,当运用在文件下载的应用中时,所提机制能够使得下载速度提升至原来的两倍。
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    13. 基于时间反演的到达时间定位
    张齐林, 李方伟, 王明月
    计算机应用    2021, 41 (3): 820-824.   DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2020060976
    摘要394)      PDF (950KB)(707)    收藏
    针对传统算法在室内超宽带(UWB)到达时间(TOA)定位系统里很难准确搜寻出第一条直射路径,从而导致定位精度不高的问题,提出了基于时间反演(TR)的TOA室内UWB定位算法。首先,利用TR处理的空时聚焦特性确定第一条直射路径,从而估计这条路径的TOA;其次,通过加权最小二乘(WLS)定位算法对不同的估计分量赋予相应的权值以提高定位精度。仿真结果表明,相较传统TOA定位,所提方案在低信噪比条件下的均方根误差(RMSE)减小了28.6%,可见该方案有效提升了系统定位精度。
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    14. 基于萤火虫算法的无线传感器网络节点重部署策略
    孙环, 陈宏滨
    计算机应用    2021, 41 (2): 492-497.   DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2020060803
    摘要391)      PDF (994KB)(525)    收藏
    节点部署是无线传感器网络研究的重要问题之一。针对节点部署过程中的能量空洞问题,提出了一种基于萤火虫算法(FA)的节点重部署(NRBFA)策略。首先,在节点随机部署的传感器网络中,利用k-means算法进行分簇并引入冗余节点;然后,利用FA移动冗余节点,以分担簇头(CH)负载并均衡网络中节点的能耗;最后,再次利用FA寻找目标节点,从而更新冗余节点。该策略通过有效地移动冗余节点,减小了节点移动距离并降低了网络能耗。实验结果表明,该策略能够有效地缓解“能量空洞”问题,并且与基于虚拟力的分区节点重部署算法相比降低了算法的复杂性,且能更好地提高网络的能量效率,均衡网络负载,并将网络生命周期延长近10倍。
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    15. 基于车车通信的前向碰撞预警策略
    惠飞, 邢美华, 郭静, 唐书宇
    计算机应用    2021, 41 (2): 498-503.   DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2020060773
    摘要318)      PDF (1325KB)(837)    收藏
    针对车车(V2V)通信下前向碰撞预警(FCW)系统延时时间内,传统模型假定主车匀速和全球定位系统(GPS)无误差从而明显低估碰撞风险的问题,提出了一种修正GPS误差及考虑延时时间内主车运动状态的FCW策略。首先,分析了基于V2V通信的FCW系统的整体工作流程,并对其中的关键延时采用高斯模型进行建模;其次,确立了修正GPS误差并考虑延时时间内主车运动状态的碰撞避免模型,并根据远车匀速、加速、减速分为三种不同场景制定相应的预警策略;最后,针对延时时间内主车加速运动的情形,通过Matlab对提出的FCW策略进行仿真。仿真结果显示该预警策略的平均成功避撞率可达96%,表明了它在不同场景下预警的有效性。
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    16. RIS辅助毫米波系统中基于压缩感知的信道估计
    王亿, 杨柳, 张痛快
    《计算机应用》唯一官方网站    2022, 42 (12): 3870-3875.   DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2021101808
    摘要421)   HTML11)    PDF (1756KB)(228)    收藏

    针对可重构智能超表面(RIS)辅助无线通信系统中使用传统信道估计方法导频开销过高的问题,提出了一种基于块稀疏的正交匹配追踪(OMP)信道估计方案。首先,根据毫米波(mmWave)信道模型推导出级联信道矩阵,并将其转换到虚拟角域(VAD)中以获得级联信道的稀疏表示;其次,利用级联信道特有的稀疏特性将信道估计问题转换成稀疏矩阵恢复问题,并使用压缩感知的重构算法进行稀疏矩阵的恢复;最后,通过分析特殊的行-块稀疏结构,对传统的OMP方案进行优化,从而进一步减少导频开销并提升估计性能。仿真结果表明,与传统的OMP方案相比,所提出的基于行-块稀疏结构的优化OMP方案的归一化均方误差(NMSE)减小了大约1 dB。可见,所提出的信道估计方案能够有效减少导频开销并获得更好的估计性能。

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    17. 基于差分进化融合蚁群算法的数据中心流量调度机制
    代荣荣, 李宏慧, 付学良
    《计算机应用》唯一官方网站    2022, 42 (12): 3863-3869.   DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2021101766
    摘要308)   HTML10)    PDF (2071KB)(114)    收藏

    针对数据中心网络的传统流量调度方法容易引起网络拥塞及链路负载不均衡等问题,提出了一种差分进化(DE)融合蚁群(ACO)算法(DE-ACO)的动态流量调度机制,对数据中心网络中的大象流调度进行优化。首先,利用软件定义网络(SDN)技术捕获实时网络状态信息并设定流量调度的优化目标;然后,通过优化目标重定义DE算法,计算出多条可用候选路径,作为ACO算法的初始化全局信息素;最后,结合全局网络状态以求得全局最优路径,并重新路由拥堵链路上的大象流。实验结果表明,以在随机通信模式下为例,与等价多路径路由(ECMP)算法和基于蚁群算法的SDN数据中心网络流量调度(ACO-SDN)算法相比,所提算法的平均对分带宽分别提高了29.42%~36.26%和5%~11.51%,降低了网络的最大链路利用率(MLU),较好地实现了网络负载均衡。

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    18. 认知超密集网络用户关联与资源分配联合优化遗传算法
    张俊杰, 仇润鹤
    《计算机应用》唯一官方网站    2022, 42 (12): 3856-3862.   DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2021101777
    摘要237)   HTML7)    PDF (2848KB)(52)    收藏

    针对下行的异构认知超密集异构网络(UDN)的多维资源配置问题,提出一种以毫微微小区用户最大吞吐量为目标的联合优化用户关联和资源分配的改进遗传算法。首先,在算法开始之前进行预处理,初始化用户可达基站和可用信道矩阵;其次,采用符号编码,将用户与基站以及用户与信道的匹配关系编码为一个二维的染色体;然后,将动态择优复制+轮盘赌作为选择算法,以加快种群的收敛;最后,为避免算法陷入局部最优,在变异阶段加入早熟判决的变异算子,从而在有限次迭代下求得基站、用户、信道的连接策略。实验结果表明,在基站与信道数量一定时,所提算法与三维匹配的遗传算法相比在用户总吞吐量方面提高了7.2%,在认知用户吞吐量方面提高了1.2%,且计算复杂度更低。所提算法缩小了可行解的搜索空间,能在较低复杂度下有效提高认知UDN的总吞吐量。

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    19. 实时工业物联网的功率域非正交多址接入基站选址算法
    孙源, 沈文建, 倪朋勃, 毛敏, 谢雅琪, 徐朝农
    《计算机应用》唯一官方网站    2023, 43 (1): 209-214.   DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2021111946
    摘要256)   HTML11)    PDF (2234KB)(91)    收藏
    针对工业物联网(IoT)中接入延迟较大的问题,提出一种实时工业IoT的功率域非正交多址接入(PD-NOMA)基站选址算法。该算法在PD-NOMA技术的基础上,以数据收集基站的位置为优化手段,通过最大限度地实现用户功率分复用来实现接入延迟的最小化。首先,证明对任意两用户若实现它们的并行传输,则合格的基站可解码区域必为圆,因此,所有的两用户组合可得到基站可解码区域的集合,且集合中区域间的每个最小相交区域必为凸区域,从而可知这些最小相交区域必定包含数据收集基站的最优位置。然后,对于每一个最小相交区域,以基站放置在该区域的网络生成图的最小链划分数作为接入延迟的度量标准。最后,通过最小链划分数的比较得出基站的最优位置。实验结果表明,解码阈值为2用户数为30时,所提算法的平均接入延迟降低为经典时分多路方式的36.7%,并且随着解码阈值的降低和信道衰减因子的增加,接入延迟可获得近似线性的降低。所提算法对海量超可靠低延迟通信从接入层角度提供了参考。
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    20. 基于RDMA的区块传输机制设计与实现
    孙栋, 王彪, 徐云
    《计算机应用》唯一官方网站    2023, 43 (2): 484-489.   DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2021122243
    摘要353)   HTML15)    PDF (1890KB)(104)    收藏

    随着区块链技术的不断发展,区块的传输延迟成为区块链系统可扩展性的性能瓶颈。远程直接内存访问(RDMA)技术能够支持高带宽和低时延的数据传输,为低延迟区块传输提供了新的思路。因此,结合RDMA原语的特性,设计了用于区块信息共享的区块目录结构,并在此基础上设计并实现了区块传输的基本工作过程。实验结果表明,相较于基于TCP的方案,在1 MB大小的区块上基于RDMA的区块传输机制将节点间的区块传输延迟降低了44%,全网络的区块传输延迟降低了24.4%,在10 000节点规模的区块链上,区块链发生临时分叉的数量降低了22.6%。可见,基于RDMA的区块传输机制充分发挥了高速网络的性能优势,降低了区块传输延迟及临时分叉的数量,提高了现有区块链系统的可扩展性。

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    21. 基于节点综合重要度排序的服务功能链部署优化方法
    胡海岩, 康巧燕, 赵朔, 王建峰, 付有斌
    《计算机应用》唯一官方网站    2023, 43 (3): 860-868.   DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2022020257
    摘要242)   HTML6)    PDF (3406KB)(120)    收藏

    为满足5G网络环境下高可靠性、低时延的要求,同时降低网络带宽资源消耗,面向流量与可靠性优化提出一种基于节点综合重要度排序的服务功能链(SFC)部署方法。首先,基于流量改变率聚合虚拟网络功能(VNF),从而减少部署的物理节点,提高链路可靠性;其次,通过节点的度、可靠性、综合时延与链路跳数定义节点综合重要度,并依据该重要度对物理节点排序;然后,将VNF依次映射到底层物理节点上,同时通过约束链路条数以减少“乒乓效应”并优化流量;最后,通过k-最短路径算法映射虚拟链路,从而完成整个SFC的部署。相较于原有聚合方法,所提方法的SFC平均可靠性提升2%,SFC端到端平均时延降低22%,平均带宽开销降低29%,长期平均收益开销比提高16%。实验结果表明,所提方法能有效提高链路的可靠性,降低端到端的时延与带宽资源消耗,起到了良好的优化效果。

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    22. 基于形式概念分析的交通监测传感网络贪婪性同步拓扑算法
    叶青, 史昕, 孙梦薇, 朱健
    《计算机应用》唯一官方网站    2023, 43 (3): 869-875.   DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2022010141
    摘要233)   HTML4)    PDF (1587KB)(69)    收藏

    针对交通监测传感网络时间同步拓扑的能量有效性和场景适应性问题,提出一种基于形式概念分析的交通监测传感网络贪婪性同步拓扑算法GST-FCA。首先分析交通监测传感网络同步拓扑的场景适应性需求和能量有效性问题模型;其次,利用形式概念分析(FCA)对同层和相邻层传感节点的邻接特征进行关联性解析,根据最多邻居贪婪策略构建广播元组(BT)并划分同步集合;然后利用回溯广播改进传感网络时间同步协议(TPSN)算法的层探测广播策略,同时设计向上托管机制,增大已同步节点信息的共享范围,进一步缓解贪婪策略产生的局部最优解问题;最后对GST-FCA的能量有效性和场景适应性进行测试。仿真结果表明,相较于TPSN、LECFO等算法,GST-FCA在部署位置、部署规模、道路部署三个测试场景中的同步报文开销分别至少降低11.54%、24.59%和39.16%。由此可见,GST-FCA能缓解局部最优解问题并降低同步报文开销,而且能在同步拓扑满足上述三个场景适应性需求下达到良好的能量有效性。

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    23. 面向软件定义车联网的链路故障快速恢复方法
    顾源, 张震, 段通
    《计算机应用》唯一官方网站    2023, 43 (3): 853-859.   DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2022010058
    摘要286)   HTML5)    PDF (2543KB)(72)    收藏

    针对软件定义车联网(SDIV)的车-路实时查询类通信场景中单链路故障的问题,提出一种面向SDIV的链路故障快速恢复方法,综合考虑了链路恢复过程时延和恢复后路径的传输时延。首先,对故障恢复时延建模,将最小化时延的优化目标转化为0-1整数线性规划问题。然后,分析该问题,力图最大化复用已有计算结果,并根据不同情况提出两种算法:在流表更新时延相对路径传输延迟不可被忽略的情况下,提出基于拓扑划分的路径恢复算法(PRA-TP);在流表更新时延相对路径传输延迟较小可被忽略的情况下,提出基于单链路搜索的路径恢复算法(PRA-SLS)。实验结果表明,相较于Dijkstra算法,PRA-TP的计算时延和路径恢复时延分别降低25%和40%,PRA-SLS的计算时延降低60%,可实现快速的汽车端的信息传输单链路故障恢复。

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    24. 基于离散双向联想记忆神经网络的多元通信系统
    陈伟康, 翟其清, 王友国
    《计算机应用》唯一官方网站    2023, 43 (3): 848-852.   DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2022010151
    摘要212)   HTML6)    PDF (2244KB)(56)    收藏

    针对噪声导致非线性数字通信系统传输信号的差错概率增加的问题,提出一种基于离散双向联想记忆(BAM)神经网络的多元通信系统。首先,根据需要传输的信号,选取适当的神经元数量和记忆向量,计算权值矩阵,并生成BAM神经网络;然后将多元信号映射为具有调制幅度的初始输入向量并不断输入系统,通过神经网络进行循环迭代,并向各神经元添加高斯噪声,之后按照码元间隔采样输出并在无损信道中传输,接收端依据判决规则译码判决;最后在图像处理领域,利用所提系统传输图像压缩后的数据并解码恢复图像。仿真结果表明,对于码元间隔较大的弱调制信号,随着噪声强度的增加,差错概率先减后增,随机共振现象比较明显;差错概率还与信号的进制数呈正相关关系,与信号幅度、码元间隔和神经元个数呈负相关关系,某些条件下,差错概率可以达到0。以上结果表明BAM神经网络可以通过噪声改善数字通信系统的可靠性。另外,解码恢复图像的相似度显示了适量噪声对图像恢复效果的改善,扩展了BAM神经网络和随机共振在图像压缩编码中的应用。

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    25. 基于联邦学习的无线通信流量预测
    林尚静, 马冀, 庄琲, 李月颖, 李子怡, 李铁, 田锦
    《计算机应用》唯一官方网站    2023, 43 (6): 1900-1909.   DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2022050721
    摘要386)   HTML15)    PDF (4071KB)(258)    收藏

    无线通信网络流量预测对运营商建设网络、管理基站无线资源和提升用户体验具有重要意义。然而,现有的集中式算法模型面临着复杂性和时效性问题,难以满足城市全域尺度的通信流量预测需求。因此,提出一个分布式的云边协同下的无线通信流量预测框架,以较低的复杂度和通信开销实现基于单栅格基站的流量预测。在分布式架构的基础上,提出了基于联邦学习的无线通信流量预测模型。各个栅格流量预测模型同步训练,通过中心云服务器利用JS(Jensen-Shannon)散度挑选出流量分布相似的栅格流量模型,并采用联邦平均(FedAvg)算法融合具有相似流量分布的栅格流量模型的参数,从而在提高模型泛化性的同时达到保持对本地流量精准刻画的目的。此外,由于城市范围内不同地区流量具有高度差异化的特征,在FedAvg的基础上,提出了基于合作博弈的联邦训练方法,将栅格作为合作博弈的参与者,结合超可加性准则筛选栅格,并引入合作博弈的核和夏普利值分配收益以确保联盟的稳定性,提高模型预测的准确性。实验结果表明,以短消息业务(SMS)流量为例,与栅格独立式训练相比,所提模型的预测误差下降在郊区最为明显,下降范围在26.1%~28.7%,在市区下降范围在0.7%~3.4%,在市中心下降范围在0.8%~4.7%;与栅格集中式训练相比,3个区域的模型预测误差下降范围在49.8%~79.1%。

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    26. 基于精确时间协议的工业无线传感器网络时间同步方法
    单飞桥, 王照伟, 沈跃
    《计算机应用》唯一官方网站    2023, 43 (7): 2255-2260.   DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2022060825
    摘要251)   HTML4)    PDF (1545KB)(107)    收藏

    针对工业无线传感器网络(IWSNs)中复杂链路环境、温度波动等造成的链路时延动态变化、时钟计时干扰、时间戳获取不确定等问题,提出一种基于精确时间协议(PTP)的IWSNs时间同步方法。首先,融合PTP双向时间同步过程的时钟计时干扰、非对称链路时延噪声,建立时钟状态空间模型和观测模型;其次,构建反向自适应卡尔曼滤波算法以滤除噪声干扰;然后,利用反向估计和正向估计的时钟状态归一化新息比值来评估噪声统计模型的合理性;最后,在设定检测阈值后,动态调整时钟状态过程噪声,以实现时钟参数的精确估计。仿真结果表明,相较于经典卡尔曼滤波算法和PTP,在不同时钟计时精度下,反向自适应卡尔曼滤波算法估计的时钟偏移和偏移率均有较小且更稳定的误差标准差,有效解决了噪声不确定等原因造成的卡尔曼滤波发散问题,提高了时间同步的可靠性。

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    27. 被动窃听环境中基于信道状态信息的物理层安全预编码设计
    傅洪亮, 康超男, 韩伟良, 汪洋
    《计算机应用》唯一官方网站    2023, 43 (S1): 182-186.   DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2022091383
    摘要126)   HTML0)    PDF (1450KB)(91)    收藏

    在被动窃听的多径信道场景下,窃听者(EaVEsdropper,Eve)仅被动窃听,不发射任何无线电信号,发射端(Alice)无法确定Eve的任何信息,给信息的安全传输带来了极大挑战。为了保障信息的安全传输,在Alice已知合法接收者(Bob)的信道状态信息(CSI)但是未知Eve的CSI的情况下,提出一种保障Bob的物理层安全的预编码方案,通过提高Bob接收信号的质量来提高系统的安全性能。首先,在不考虑Eve的情况下,仅根据已知的Bob的CSI给出可达Bob信道容量上界的预编码方案;利用Alice-Bob和Alice-Eve链路之间的信道特异性获得稳定的安全容量;然后,在瑞利平坦衰落环境下,通过Bob的中断概率推导出Bob的平均误码率(BER)准确的闭合表达式。仿真实验结果表明,所提方案在不改变接收机复杂度的基础上,能够保证Bob的信道容量始终优于Eve的信道容量。同时,所提方案能够在Eve的BER性能受到较大抑制的条件下,有效改善Bob的BER性能,即使Eve位置条件优于Bob也能保证安全容量始终存在。

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    28. 基于深度学习的多用户毫米波中继网络混合波束赋形
    李校林, 杨松佳
    《计算机应用》唯一官方网站    2023, 43 (8): 2511-2516.   DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2022081231
    摘要247)   HTML11)    PDF (1678KB)(173)    收藏

    针对传统多用户毫米波中继系统波束赋形方案计算复杂度高的问题,提出一种基于深度学习(DL)的奇异值分解(SVD)方法来设计混合波束赋形,以优化发送端、中继端和接收端波束赋形器。首先,利用DL方法设计发送端、中继端的波束赋形矩阵最大化可实现的频谱效率;然后,设计中继端、接收端的频带波束赋形矩阵以最大化等效信道增益;最后,在接收端设计最小均方误差(MMSE)滤波器消除用户间干扰。理论分析和仿真结果表明,基于DL的混合波束赋形方法相较于交替最大化(AltMax)与传统SVD 方法 在高维信道矩阵和较多的用户情况下,计算复杂度分别降低了12.5%和23.44%;在已知信道状态信息(CSI)的情况下,频谱效率分别提高了2.277%和21.335%,在非完美CSI情况下,频谱效率分别提高了11.452%和43.375%。

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    29. 无线视频传感器网络 β-QoM目标栅栏覆盖构建算法
    郭新明, 刘蕊, 谢飞, 林德钰
    《计算机应用》唯一官方网站    2023, 43 (9): 2877-2884.   DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2023010084
    摘要189)   HTML8)    PDF (4482KB)(47)    收藏

    针对传统无线视频传感器网络(WVSN)目标栅栏因捕获图像宽度过小而导致的入侵检测失效问题,提出一个能确保捕获不小于β监测质量(β-QoM)的无线视频传感器网络β-QoM目标栅栏覆盖构建(WβTBC)算法。首先,建立视频传感器β-QoM区的几何模型,并证明了所有相邻视频传感器β-QoM区相交的目标栅栏捕获的入侵者图像宽度必大于等于β;然后,在对WVSN最优β-QoM目标栅栏覆盖建立线性规划模型的基础上,证明了它是一个NP-hard问题;最后,为了获得该问题的次优解,设计了一个启发式算法WβTBC。根据传感器间的逆时针β邻居关系建立WVSN的有向图,并采用Dijkstra算法在WVSN中搜索β-QoM目标栅栏。实验结果表明,WβTBC算法能有效构建β-QoM目标栅栏,且分别比螺旋外围外覆盖(SPOC)、螺旋外围内覆盖(SPIC)及目标栅栏构建(TBC)算法节省了23.3%、10.8%和14.8%的传感器节点。此外,在满足入侵检测要求的前提下,β值越小,WβTBC算法构建β-QoM目标栅栏的成功率越高,形成栅栏的节点越少,WVSN进行β-QoM入侵检测的工作周期越长。

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    30. 解码转发全双工中继网络的能效谱效均衡
    张茜, 仇润鹤
    《计算机应用》唯一官方网站    2023, 43 (10): 3188-3194.   DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2022091414
    摘要170)   HTML10)    PDF (1778KB)(71)    收藏

    为优化解码转发(DF)全双工中继网络的能量效率(EE)与频谱效率(SE),提出一种DF全双工中继网络的EE和SE的均衡方法。在全双工中继网络中,首先,以提高网络的SE为目标来优化网络的EE,并结合求导和牛顿?拉弗森方法得到中继的最优功率,进而给出目标函数的帕累托最优集;然后,通过加权标量法引入均衡因子,构建一个EE和SE的折中优化函数,通过归一化将EE最优化和SE最优化这一多目标优化问题转化为单目标的能量?频谱效率的优化问题,并分析不同均衡因子下的EE、SE和折中优化的性能。仿真实验结果表明,相较于全双工?最优功率方法、半双工?最佳中继最优功率分配方法,所提方法的SE和EE在相同数据传输速率下更高;通过调整不同均衡因子,可以实现EE和SE的最优均衡与优化。

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2024年 44卷 5期
刊出日期: 2024-05-10
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