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    网络与通信

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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181)      PDF (912KB)(129)    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151)      PDF (1255KB)(323)    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179)      PDF (808KB)(168)    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146)      PDF (1086KB)(240)    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101)      PDF (1001KB)(80)    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168)      PDF (1128KB)(161)    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124)      PDF (1004KB)(150)    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102)      PDF (956KB)(310)    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147)      PDF (1102KB)(253)    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151)      PDF (916KB)(348)    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148)      PDF (1270KB)(421)    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140)      PDF (1133KB)(423)    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195)      PDF (950KB)(584)    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175)      PDF (994KB)(402)    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140)      PDF (1325KB)(689)    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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2022年 42卷 11期
刊出日期: 2022-11-10
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