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2015年 第35卷 第12期 刊出日期：2015-12-10

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网络与通信

车联网建模和统计性质分析及其路由策略综述

陈宇峰, 向郑涛, 董亚波, 夏明

2015, 35(12):  3321-3324.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.12.3321

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利用复杂网络理论和方法对通信网络进行建模、分析网络演化过程中的统计性质,进而指导路由策略优化,已经成为热点领域。分析了车联网建模、车联网统计性质分析、车联网路由策略优化,以及车联网路由协议设计等方面的研究现状,并提出从三个方面进行改进,分别是:采用有向加权图来描述车联网的拓扑结构;从车联网与移动自组织网络的统计性质差异入手,寻找影响车联网传输能力的关键统计性质;利用复杂网络,研究基于多输入多输出技术的多径路由(即同时利用多个信道、多条路径传输)优化策略。

IP网络中的快速路由微环避免算法

杨诗琦, 虞红芳, 罗龙

2015, 35(12):  3325-3330.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.12.3325

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在IP网络中,当链路权重发生变化时,可能产生路由微环问题。路由微环会引发网络延迟和丢包,无法满足实时业务对高水平服务质量的需求。因此针对该问题,提出一种快速路由微环避免算法,该算法设计一个权重序列,将链路权重按照该序列有序地重新配置,使得链路权重被重置后的路由重收敛过程中没有微环产生。在计算权重序列时,该算法首先定义安全权重区间的概念来描述避免路由微环产生的条件,随后利用该条件搜索出一组安全权重范围,同时使用剪枝技术缩小搜索空间、提高搜索效率,最后从各范围中取出一个值组成最后的权重序列。利用典型网络拓扑对算法进行仿真测试,实验结果表明,所提算法在87%的拓扑中平均需要5次中间权重配置就能避免微环。此外,相对于现有其他使用迭代调整链路权重以解决路由微环的算法,该算法计算时间复杂度降低一个数量级,计算效率提高30%~80%。所提算法能够大幅缩短计算时间,更加高效地解决路由微环问题,避免由此引发的网络延迟和丢包,从而提供高水平的网络服务质量。

基于吸引因子和混合传输的分簇路由算法

赵作鹏, 张娜娜, 侯梦婷, 高萌

2015, 35(12):  3331-3335.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.12.3331

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为了能够有效地降低无线传感器网络(WSN)的能耗,延长网络生命周期,对低功耗自适应集簇分层型(LEACH)协议等多个分簇路由协议进行分析,并针对其算法存在的缺陷提出基于吸引因子和多跳传输的分簇路由算法(CRAH)。针对不合理的簇头选择问题,采用加权和的方法将节点剩余能量与节点位置两个参数,作为簇头选择的新指标;对簇头节点的任务进行重新分配,选出新的融合节点;融合节点和基站的通信采用单跳与多跳相结合的混合传输方式,结合吸引因子和Dijkstra算法提出新的基于吸引因子的Dijkstra(AF-DK)算法,为融合节点找到最优转发路径。仿真结果表明,与LEACH、集中式低功耗自适应集簇分层型(LEACH-C)路由和固定簇半径的分簇(HEED)等协议相比,CRAH使网络寿命分别提高了约51.56%、47.1%和42%,网络能耗速度明显减缓,基站接收的数据量平均减少了69.9%。CRAH使簇头选择更加合理,有效减少了通信过程中的冗余数据,均衡了网络能耗,延长了网络生命周期。

量子密钥分发网络端端密钥协商最优路径选择算法

石磊, 苏锦海, 郭义喜

2015, 35(12):  3336-3340.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.12.3336

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针对量子密钥分发(QKD)网络端端密钥协商路径选择问题,设计了一种基于改进Dijkstra算法的端端密钥协商最优路径选择算法。首先,基于有效路径策略,剔除网络中的失效链路;然后,基于最短路径策略,通过改进Dijkstra算法,得到密钥消耗最少的多条最短路径;最后,基于最优路径策略,从多条最短路径中选择一条网络服务效率最高的最优路径。分析结果表明,该算法很好地解决了最优路径不唯一、最优路径非最短、最优路径非最优等问题,可以降低QKD网络端端密钥协商时密钥消耗量,提高网络服务效率。

基于属性相关性的无线传感网络缺失值估计方法

许可, 雷建军

2015, 35(12):  3341-3343.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.12.3341

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针对无线传感器网络(WSN)中感知数据易缺失问题,提出了一种基于感知数据属性相关性的缺失值估计方法。该方法采用多元线性回归模型,对属性相关的感知数据的缺失值进行估计;同时,为提高算法估计的鲁棒性,提出了基于感知数据属性的数据交织传送策略。仿真结果表明,所提出的估计方法能有效估计无线传感器网络中的缺失值,相比基于时空相关性的线性插值模型(LM)算法和传统的最近邻插值(NNI)算法具有更高的精度和稳定性。

增量网络监测点的增量选取算法

丁三军, 陶兴宇, 石祥超, 徐蕾

2015, 35(12):  3344-3347.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.12.3344

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针对网络拓扑结构扩充后,原有网络中布置的监测点不易变动的问题,提出一种增量网络监测点的增量选取算法。该算法优化了以网络中顶点的度数作为贪心选择策略求解图的弱顶点覆盖的贪心算法,从而得到更少顶点的近似解。在计算增量网络监测点集时,该算法只利用新增网络拓扑得出新增网络的监测点集,求得的增量监测点可直接加入到原网监测点集合中得到新的全网监测点集,降低重新布置全网监测点的成本。实验结果表明,增量算法得到的全网监测点集与在全新的网络中重新计算得到的全网监测点集的顶点数基本相同,可有效应用于实际的网络监测点部署。

基于改进的旋转森林算法的不平衡网络流量分类方法

丁要军

2015, 35(12):  3348-3351.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.12.3348

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针对不平衡网络流量分类精度不高的问题,在旋转森林算法的基础上结合Bagging算法的Bootstrap抽样和基于分类精度排序的基分类器选择算法,提出一种改进的旋转森林算法。首先,对原始训练集按特征进行子集划分并分别使用Bagging进行样本抽样,通过主成分分析(PCA)生成主成分系数矩阵;然后,在原始训练集和主成分系数矩阵的基础上进行特征转换,生成新的训练子集,再次使用Bagging对子集进行抽样,提升训练集的差异性,并使用训练子集训练C4.5基分类器;最后,使用测试集评价基分类器,依据总体分类精度进行排序筛选,保留分类精度较高的分类器并生成一致分类结果。在不平衡网络流量数据集上进行测试实验,依据准确率和召回率两个标准对C4.5、Bagging、旋转森林和改进的旋转森林四种算法评价,依据模型训练时间和测试时间评价四种算法的时间效率。实验结果表明改进的旋转森林算法对万维网(WWW)协议、Mail协议、Attack协议、对等网(P2P)协议的分类准确度达到99.5%以上,召回率也高于旋转森林、Bagging、C4.5三种算法,可用于网络入侵取证、维护网络安全、提升网络服务质量。

基于频域相位方差加权的线性调频信号检测方法

王思秀, 郭文强, 汤建国, 汪晓洁

2015, 35(12):  3352-3356.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.12.3352

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针对未知线性调频信号的检测问题,依据线性调频信号相位比较稳定这一特征,提出一种基于频域相位方差加权的线性调频信号检测方法。该方法利用线性调频信号频率单元对应相位比较稳定,背景噪声频率单元对应相位比较随机的特点,对各频率单元进行相位方差加权,可以进一步抑制背景噪声能量干扰,增强线性调频信号检测信噪比增益,实现对未知线性调频信号的检测。仿真条件下,在输入平均谱级比大于-10 dB时,相比相位差分对齐法,该方法所得最终线性调频信号频率单元与噪声频率单元的平均谱级比得到了进一步提高,且随着输入平均谱级比越高,输出线性调频信号频率单元与噪声频率单元的平均谱级比提高越多。理论分析和实验结果表明:该方法可以有效增强信号能量,抑制噪声,提高信噪比。

基于混沌的调频调相的多输入多输出雷达正交波形设计

周云, 卢霞霞, 于雪莲, 汪学刚

2015, 35(12):  3357-3361.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.12.3357

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针对混沌序列单一调频或调相波形存在波形复杂度低,限制了混沌信号可预测的概率、雷达的截获概率和抗干扰性能的问题,提出了基于混沌序列将频率和相位联合调制用于波形设计的方法。首先,对雷达信号进行混沌频率编码,即将一个脉冲分成一系列子脉冲,对不同子脉冲进行不同的频率调制。同时,在每个频率编码子脉冲内对波形的每个周期使用随机产生的初始相位。仿真结果表明,联合调频调相混沌雷达信号的自相关旁瓣峰值最大值达到-24.71 dB,相比调频混沌信号或调相混沌信号,其相关性性能有所提高。实验结果表明,联合调频调相混沌雷达波形结合调相和调频的优点,既具有调相信号的功率谱平坦的特性,又具有调频信号抗噪声干扰特性,为非常理想的探测信号。

先进计算

结构化查询语言动态功耗解析及建模

国冰磊, 于炯, 廖彬, 杨德先

2015, 35(12):  3362-3367.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.12.3362

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为构建节能的绿色数据库,提出一种基于结构化查询语言(SQL)资源(中央处理单元(CPU)、磁盘)消耗的最小单位的数据库动态能耗模型。该模型对系统动态能耗进行解析,将系统主要硬件(CPU、磁盘)的资源消耗映射成功率消耗,采用多元线性回归方法拟合模型关键参数,实时地估算系统动态功率,构建单位统一的动态功耗模型。实验结果表明,相比基于元组总数的模型,CPU指令总数能更好地反映CPU的功率消耗,所构模型在数据库管理系统(DBMS)独占系统资源的静态环境下,平均相对误差小于6%,绝对误差不超过9%。该动态功耗模型更适合于构建节能的绿色数据库。

基于线段树的高效内存管理算法及其空间优化

王冬慧, 韩建民, 庄嘉琪

2015, 35(12):  3368-3373.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.12.3368

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现有的内存管理的工作多集中在内存分配的效率上,实时性较好,但易产生内存碎片。为此,提出基于线段树的高效内存管理方法。该方法将内存地址空间划分为内存段,建立内存管理线段树,基于所建立的内存管理线段树,进行高效灵活的内存分配和回收管理,减少了内存碎片的产生。另外,针对线段树空间开销大的问题,提出了线段树空间优化的方法。实验结果表明,所提出的内存管理方法,具有效率高、产生的内存碎片少、内存管理空间开销小等优势。

基于多阶段划分的MapReduce模型

李振举, 李学军, 杨晟, 刘涛

2015, 35(12):  3374-3377.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.12.3374

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针对已有的MapReduce模型阶段划分粒度不合理导致模型精度和复杂度存在的问题,提出了阶段划分粒度为5的多阶段MapReduce模型(MR-Model)。首先综述了MapReduce模型的研究现状;然后将MapReduce划分为Read、Map、Shuffle、Reduce、Write共5个阶段,并对每个阶段的具体运行时间进行研究;最后通过实验对模型的预测性能进行验证。实验结果表明,提出的MR-Model可用来描述MapReduce实际任务的执行过程,与另外两种不同划分粒度的模型P-Model和H-Model相比,MR-Model模型的运行时间预测精度可以提高10%~30%,在Reduce阶段的运行时间预测精度可以提高2~3倍,综合性能较好。

基于对等监控网络的云监控系统设计与实现

李腾耀, 张水平, 张月玲, 张静颐

2015, 35(12):  3378-3382.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.12.3378

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为解决传统方案中单节点带来的性能瓶颈和低可靠性问题,基于对等监控网络设计并实现了云监控系统解决方案。在硬件部署上,该解决方案将监控节点封装在应用容器中,分布式部署在不同机架上,组建对等的监控网络;监控节点间采用非关系型数据库构建分布式存储集群,实现了监控数据的异地访问和备份。在软件实现上,该解决方案进行了分层设计,采用推拉结合的方式收集数据,对采集的数据进行可信度评估和分布式存储,使用阈值控制和主机空闲评估相结合的策略对云中主机进行智能化管控。通过系统测试,发现该监控系统对计算资源的平均占用率仅有2.17%;而1 ms内响应读写请求的平均比率达到93%以上,表明该解决方案具有资源消耗率低、高频次读写效率高的性能优势。

Hadoop下资源匹配最大集作业调度算法

朱洁, 李雯睿, 赵红, 李滢

2015, 35(12):  3383-3386.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.12.3383

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针对目前层级队列作业调度算法中资源占比高的作业执行效率低的问题,提出一种资源匹配最大集算法。该算法分析作业特征,引入完成度、等待时间、优先级、重调度次数为紧迫值因子,优先考虑资源占比高或等待时间长的作业,以改善作业公平性;采用双队列结构在可用资源总量内优先选择高紧迫值作业,在不同资源占比作业集比较中选择作业数最大集,以实现调度平衡。在与最大最小公平(Max-min fairness)算法的实例对比中发现,该算法可降低作业集平均等待时间、提高资源利用率。实验对比结果表明,该算法可将不同资源占比的单一类型作业集执行时间缩短18.73%,其中资源占比高的作业执行时间缩短27.26%;在混合型作业集中对应的执行时间可分别缩短22.36%与30.28%。所提算法能有效减少资源占比高作业的等待,提高作业整体执行效率。

基于残余平滑预处理共轭梯度算法的有限元并行计算

付朝江, 陈洪均

2015, 35(12):  3387-3391.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.12.3387

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针对弹塑性问题的有限元分析非常耗时,基于消息传递接口(MPI)集群环境,提出了残余平滑的子结构预处理共轭梯度并行算法。采取区域分解,将子结构通过界面条件处理为独立的有限元模型。整体分析时,每个处理器仅存储与其相关的子结构信息并生成局部刚度矩阵。采用对角存储方式和最小残余平滑法,设计出了结合残余平滑(MR)的并行子结构预处理共轭梯度(PCG)算法。并行算法中对负载平衡进行了探讨,对处理器间的通信进行了优化。利用子步法对弹塑性应力应变进行积分,根据预定的容许值自动调整每个子步的大小来控制积分过程的误差。在工作站集群上实现了数值算例,分析了算法的性能,计算性能与传统的PCG算法进行了比较。算例显示:所提算法具有良好的加速比和效率,优于传统的PCG算法,对弹塑性问题的有限元分析,是一种有效的并行求解算法。

内存云分级存储架构下的数据迁移模型

郭刚, 于炯, 鲁亮, 英昌甜, 尹路通

2015, 35(12):  3392-3397.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.12.3392

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为了实现在线海量数据的高效存储与访问,在内存云分级存储架构下,提出一种基于数据重要性的迁移模型(MMDS)。首先,通过数据本身的大小、时间重要性、用户访问总量等因素对数据本身的重要性进行计算;其次,采用推荐系统中相似用户和PageRank算法中的重要性排名思想对数据的潜在价值进行评估,数据重要性和潜在价值共同决定了数据的重要程度;然后基于数据的重要性,设计了数据迁移机制。实验结果表明:该模型能够识别出数据的重要程度并分级放置数据,相比最近最少使用(LRU)、最近最不常用(LFU)、基于价值评估的数据迁移(MSDV)等算法,提高了存储系统的数据访问命中率。该模型能够缓解部分存储压力,数据访问性能也有了一定的提高。

基于预流推进的最小标号最大流算法

赵礼峰, 严子恒

2015, 35(12):  3398-3402.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.12.3398

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针对原始最高标号预流推进算法中的回溯现象导致其在部分网络中执行效率低下的问题,提出了基于预流推进的最小标号算法。该算法仍以预流推进为基础,但在选取活跃节点时依据贪心原则寻找最小标号活跃节点作为调整点,同时还需构造回溯检验方法终止回溯现象以提升算法效率。在仿真实验中,该算法能够适应各类复杂网络,并在稀疏网络中具有最高标号预流推进算法5倍以上执行速度;在被应用于图像分割领域时,该算法也具有50%以上性能提升。提出的基于预流推进的最小标号最大流算法能够满足大规模网络流量分配、计算机视觉图像处理等需求。

基于MapReduce技术的Argo浮标剖面信息融合算法

蒋华, 胡莹

2015, 35(12):  3403-3407.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.12.3403

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针对目前Argo浮标剖面以单一浮标为分析单元造成的分析不全面,以及单机处理造成的计算时间长且复杂等问题,提出一种以经纬度网格单元为分析对象,采用MapReduce技术与主曲线相结合的信息融合算法。在Map阶段,从大量数据文件中提取Argo浮标的有效信息,并对所提取的有效Argo剖面信息进行经纬度划分。在Reduce阶段,生成各划分区域Argo浮标主剖面:首先对数据进行归一化处理,然后利用K主曲线理论获得由少量剖面点和折线组成且包含区域剖面特征的主剖面,从而实现海量Argo浮标的信息融合。通过全球Argo浮标样本数据对所提算法进行验证,新的信息融合算法在投影距离为0.03~0.10时残差均值小于0.1,且相比传统的单机处理方式,存储空间节约99.4%,计算速度提升36.4%。验证结果表明,所提算法在保证生成主剖面准确度的同时节省了极大的存储空间,提高了计算速度。

信息安全

基于MapReduce的并行同态加密算法

胡持, 杨庚, 杨倍思, 闵兆娥

2015, 35(12):  3408-3412.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.12.3408

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根据云计算分布式的特点,并结合同态加密和Hadoop环境下MapReduce并行框架,提出了一种基于MapReduce计算框架的并行同态加密方案。实现了具体的并行同态加密算法,并对该方案的安全性和正确性进行了理论分析。同时,在16个核的计算集群中进行实验,数据加密的加速比可以达到13。实验结果表明,基于MapReduce的同态加密方案可以有效地减少数据的加密时间,有利于面向实时的应用。

具有细粒度访问控制和低存储空间开销的云存储系统

印凯泽, 汪海航

2015, 35(12):  3413-3418.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.12.3413

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针对目前公有云存储系统中存在的数据机密性和系统性能问题,提出了一个安全高效的方案,并将其应用于基于密文策略属性基加密(CP-ABE)的具有细粒度访问控制的密码学的云存储系统中。在这个方案中,原始的数据首先会经过一个(k,n)算法分割成小块,然后随机选择其中部分小块进行加密,最后发布到云上,且只保存一份副本。该方案能够提升用户撤销操作的性能和降低存储空间的开销,同时安全性分析也证明了这个系统在计算上是安全的。通过分析对比,实验结果表明:该方案优化了用户撤销,减少了数据拥有者对数据管理的时间,由于只需要保存一份数据副本,因此有效地减少了数据的存储空间。该方案实现了公有云存储中敏感数据的安全共享和高效存储。

适用于移动自组织网络的信息安全动态评估模型

潘磊, 李廷元

2015, 35(12):  3419-3423.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.12.3419

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在信息安全风险评估领域,针对传统静态评估手段难以适应移动自组织网络的动态拓扑结构的缺陷,提出了一种新的动态再评估模型。该模型将整个系统抽象为构件和访问路径组成的拓扑结构,将构件间的关系抽象为三类关联类型和四类组合类型,并给出不同关系条件下的安全度量方法。当系统发生变化后,以变化的构件为中心,确定其变化的影响范围和新的关系类型,只对相邻构件进行再评估,进而得到局部和全局的新安全度量。实验结果显示,所提出评估模型具有更高的评估效率,能大幅大减少评估成本。

对两个无线传感器网络中匿名身份认证协议的安全性分析

薛锋, 汪定, 曹品军, 李勇

2015, 35(12):  3424-3428.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.12.3424

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针对设计安全高效的无线传感器网络环境下匿名认证协议的问题,基于广泛接受的攻击者能力假设,采用基于场景的攻击技术,对新近提出的两个无线传感器网络环境下的双因子匿名身份认证协议进行了安全性分析。指出刘聪等提出的协议(刘聪,高峰修,马传贵,等.无线传感器网络中具有匿名性的用户认证协议.计算机工程,2012,38(22):99-103)无法实现所声称的抗离线口令猜测攻击,且在协议可用性方面存在根本性设计缺陷;指出闫丽丽等提出的协议(闫丽丽,张仕斌,昌燕.一种传感器网络用户认证与密钥协商协议.小型微型计算机系统,2013,34(10):2342-2344)不能抵抗用户仿冒攻击和离线口令猜测攻击,且无法实现用户不可追踪性。结果表明,这两个匿名身份认证协议都存在严重安全缺陷,不适于在实际无线传感器网络环境中应用。

面向软件定义网络的入侵容忍控制器架构及实现

黄亮, 姜帆, 荀浩, 马多贺, 王利明

2015, 35(12):  3429-3436.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.12.3429

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针对软件定义网络(SDN)这一集中式网络控制环境中控制平面存在单点失效问题,提出一种基于入侵容忍思想的控制器架构,通过冗余、多样的中央控制器平台来提高网络可用性与可靠性。该架构利用一种控制器消息的比对方法来检测被入侵的控制器。首先,规定了需比对的关键消息类型和字段;其次,运用一致性裁决算法对不同控制器消息进行比对;最后,将消息异常的控制器进行网络隔离并重启恢复。基于Mininet的入侵容忍可靠性测试表明,该入侵容忍控制器架构可检测并过滤异常控制器消息。基于Mininet的控制器响应延迟测试表明,当容忍度设置为1和3时,下层网络请求延时分别增加16%和42%。基于Cbench的控制器响应延迟和吞吐量测试表明,该入侵容忍控制器性能处在各个子控制器(Ryu,Floodlight)性能水平之间,且向性能高的子控制器趋近。在实际应用中,可根据应用场景的安全级别配置子控制器的数量和类型,以满足对响应速度和入侵容忍度的要求。

不确定环境下轨迹k-匿名隐私保护

朱麟, 黄胜波

2015, 35(12):  3437-3441.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.12.3437

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综合考虑不确定环境下移动对象的影响因素,提出了对船舶自动导航系统所记录的轨迹进行k-匿名的隐私保护方法。该方法首先建立一个不确定空间索引,并将不确定空间用四叉树结构存储,然后通过使用连续近邻查询方法找出与当前轨迹相似区域的轨迹,并将这些轨迹加入匿名候选集。由于考虑到路网规模影响匿名信息的有效性以及攻击者对轨迹的攻击概率,采用启发式算法生成匿名轨迹最佳利用链,从而加大对轨迹隐私保护的力度。最后实验结果表明,所提出的方法比传统方法信息丢失率降低了20%~50%,信息扭曲度随着查询范围的增大能保持在50%以下,代价损失相比传统方法降低了10%~30%。该方法可以有效防止恶意者对轨迹进行攻击获取信息,应用于公务船艇海上执勤执法。

高效的I帧分区错误隐藏方法

汪朝林, 周宇, 王晓东, 章联军

2015, 35(12):  3442-3446.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.12.3442

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针对现有I帧错误隐藏方法不能平衡恢复图像质量与算法复杂度的问题,提出了一种高效的I帧分区错误隐藏方法。首先,利用视频帧之间的运动相关性将丢失宏块分为运动宏块和静止宏块。对于静止宏块,采用帧拷贝法进行掩盖;对于运动宏块,再根据其周围正确解码宏块的纹理信息将其分为平滑块和纹理块。对平滑块采用双线性插值法进行恢复;对纹理块利用比较精细的指数分布权重的加权模板匹配(WTE)法进行掩盖。实验结果表明,与WTE算法相比,所提方法的峰值信噪比(PSNR)平均提高了2.6 dB,计算复杂度平均降低了90%。对于场景连续的具有不同特征和分辨率的视频序列,所提方法都具有一定的适用性。

一类低频重零化子的推导及频谱分析

胡建勇, 张文政

2015, 35(12):  3447-3449.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.12.3447

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针对序列密码实现有效的离散傅里叶频谱攻击,前提条件是寻找到序列的低频重乘积关系或低频重零化子。利用周期序列的离散傅里叶变换,得到满足乘积关系序列的一个充要条件,并以此为基础,定义频谱循环差分,推导出一类低频重乘积关系和低频重零化子。同时研究了m序列的频谱性质,给出了m序列的频谱空间快速计算方法以及计算实例。

用于程序循环控制的错误检测算法

邹宇, 薛小平, 张芳, 潘勇, 潘腾

2015, 35(12):  3450-3455.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.12.3450

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为确保安全苛求系统中程序执行的正确性,针对程序循环控制中内存未更新、循环提前结束和循环滞后结束的问题,提出一种基于含签名和时间戳的算术(ANBD)码的循环控制错误检测算法。该算法通过ANBD码,将程序变量编码为含签名的码字。通过校验码字签名,检测循环控制错误。运用ANBD码中的时间标签,可检测内存未更新错误。另外,在ANBD码基础上,通过采用在线语句块签名分配算法、语句块签名函数和变量签名补偿函数,检测循环提前结束错误和循环滞后结束错误。该算法理论错误漏检概率为1/A,其中A为编码素数,选取97~10993的素数进行错误漏检概率测试,得到理论模型与测试结果的归一化均方误差(NMSE)约为-30 dB。测试结果表明,该算法可检测循环控制中出现的各类错误,且编码素数A接近2³²时,错误漏检概率可达10^-9,能够满足安全苛求系统的应用要求。

人工智能

基于熵和协相关度的直觉模糊多属性决策方法

汪峰, 毛军军, 黄超

2015, 35(12):  3456-3460.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.12.3456

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针对决策信息为直觉模糊集且属性权重完全未知的多属性决策问题,提出了一种基于直觉模糊熵和协相关度的决策方法。对于直觉模糊集的直觉性和模糊性,从公理化定义出发,给出了一种改进的直觉模糊熵的定义。然后基于所有属性总不确定信息量最小化准则,利用提出的直觉模糊熵建立非线性规划模型,从而得到属性权重公式。接着,由统计学中变量间相关系数的构造思想,提出直觉模糊集协相关度的概念,并探讨了与相关系数类似的性质,且进一步得出各对象与理想对象加权的协相关度公式。最后给出了一种新的多属性决策途径,并将所提方法成功应用于教授评选的实例中,通过计算各个教师的协相关度确定最佳候选人,实现最优决策。该方法操作合理,算法易于实现,计算结果可靠,可用于多种决策问题。

直觉模糊熵约束条件的改进及新模糊熵构造

赵飞, 王青山, 郝万亮

2015, 35(12):  3461-3464.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.12.3461

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为解决直觉模糊熵的定义和度量不合理问题,提出了一种直觉模糊熵的公理化定义并构造了新的度量方法。首先分析了现有直觉模糊熵的公理化定义中存在的差异并指出其缺陷和不足;接着提出了一种改进的直觉模糊熵的公理化定义,并构造了新的直觉模糊熵的计算公式;最后,通过实例,将新公式与现有直觉模糊熵公式进行了比较对比。算例分析表明,所提出的熵公式能够反映直觉模糊集的不确定性和模糊性,并且对直觉模糊集不确定性的区分能力更强。

广义直觉模糊几何Bonferroni平均及其多属性决策

马庆功, 王峰

2015, 35(12):  3465-3471.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.12.3465

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针对直觉模糊环境中的信息集成问题,基于阿基米德T-范数和S-范数,提出新的广义直觉模糊几何Bonferroni平均算子。该算子不仅能够考虑到每种属性的重要性,而且可以有效地捕获属性间的内在联系。首先,基于阿基米德T-范数和S-范数的直觉模糊运算法则,提出一种新的广义直觉模糊几何Bonferroni平均算子,并研究该算子的几种优良性质,包括幂等性、单调性、有界性和置换不变性;其次,探讨了广义直觉模糊几何Bonferroni平均算子的几类特殊形式;最后,基于提出的算子构建一种新的直觉模糊多属性决策方法,并结合区域经济发展研究实例。实验结果表明,提出的决策方法是可行的和有效的,并且使得决策者能够依据其态度进行决策。

适用于单轮单样例标注场景的主动学习停止准则

杨菊, 李青雯, 于化龙

2015, 35(12):  3472-3476.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.12.3472

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针对现有的选择精度主动学习停止准则仅适用于批量样例标注场景这一问题,提出了一种适用于单轮单样例标注场景的改进的选择精度停止准则。该准则通过监督自本轮起前溯的固定学习轮次内的预测标记与真实标记间的匹配关系,对选择精度进行近似的评估计算,匹配度越高则选择精度越高,继而利用滑动时间窗实时监测该选择精度的变化,若当其高于事先设定的阈值,则停止主动学习算法的运行。以基于支持向量机的主动学习方法为例,通过6个基准数据集对该准则的有效性与可行性进行了验证,结果表明当选取合适的阈值时,该准则能找到主动学习停止的合理时机。该方法扩大了选择精度停止准则的适用范围,提升了其实用性。

基于潜在特征的重叠社团识别算法

孙辉霞, 李跃新

2015, 35(12):  3477-3480.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.12.3477

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针对标签空间的指数增长这一问题,提出了一种基于潜在特征的重叠社团识别算法。首先,提出了一种包含重叠社团的网络产生式模型。根据该产生式模型,通过最大化目标网络的产生概率来推导网络中节点的潜在特征,并给出了优化目标函数。然后,通过将网络诱导为二部图,分析得出了潜在特征个数的下届,并据此对标签空间进行优化。实验表明,提出的重叠社团识别算法与BigClam算法相比较,在保持运行效率和查准率基本不变的前提下,可以明显提高检索结果的召回率。该算法可以有效地应对社团识别中标签空间的指数增长。

面向产品评论的细粒度情感分析

刘丽, 王永恒, 韦航

2015, 35(12):  3481-3486.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.12.3481

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针对传统粗粒度情感分析忽略具体评价对象,以及现有细粒度情感分析方法忽略无关评价要素的问题,提出结合条件随机场(CRF)和语法树剪枝的方法对产品评论进行细粒度情感分析。采用基于MapReduce的并行化协同训练(Tri-training)的方法对语料进行半自主标注,利用融合多种语言特征的条件随机场模型,获取评论中的评价对象和正负面评价词。通过建立领域本体和句法路径库实现语法树剪枝,对含有多个评价对象和评价词的文本,去掉无关评价对象的干扰,抽取出正确的评价单元,最后形成可视化产品报告。实验结果显示,提出的方法在两种不同领域数据集上,识别情感要素的综合准确率达89%左右,情感评价单元的综合准确率也达89%左右。实验结果表明,与传统方法相比,结合CRF和语法树剪枝的方法识别准确率更高,性能更好。

融合用户内容与关系结构的用户影响力算法

马慧芳, 师亚凯, 谢蒙, 庄福振

2015, 35(12):  3487-3490.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.12.3487

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为快速检测出信息传播的途径,减少恶意信息造成的影响,提出了一种迭代的融合用户内容与关系结构的用户影响力算法(CSIAI)。该算法通过用户微博内容建模,迭代计算出词-用户文档的相似性;另外通过微博的关注和被关注行为,建立用户关系结构,计算用户影响力权值,得到用户的影响力邻接矩阵,提取k个较大影响力的节点作为信息传播的路径。在检测仿真实验中,CSIAI以影响覆盖率和响应时间作为评价指标,根据扩充后的新知识库,确定CSIAI中参数α和β的关系。随着用户数量增长,CSIAI的影响覆盖率和响应时间性能明显优于PageRank、CELF和非迭代的融合用户内容与关系结构的用户影响力算法(CSIA)。实验结果表明,CSIAI能有效地检测到信息的传播情况。

基于分层强化学习及人工势场的多Agent路径规划方法

郑延斌, 李波, 安德宇, 李娜

2015, 35(12):  3491-3496.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.12.3491

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针对路径规划算法收敛速度慢及效率低的问题,提出了一种基于分层强化学习及人工势场的多Agent路径规划算法。首先,将多Agent的运行环境虚拟为一个人工势能场,根据先验知识确定每点的势能值,它代表最优策略可获得的最大回报;其次,利用分层强化学习方法的无环境模型学习以及局部更新能力将策略更新过程限制在规模较小的局部空间或维度较低的高层空间上,提高学习算法的性能;最后,针对出租车问题在栅格环境中对所提算法进行了仿真实验。为了使算法贴近真实环境,增加算法的可移植性,在三维仿真环境中对该算法进行验证,实验结果表明该算法收敛速度快,收敛过程稳定。

基于自适应提升的概率矩阵分解算法

彭行雄, 肖如良, 张桂刚

2015, 35(12):  3497-3501.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.12.3497

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针对推荐系统中概率矩阵分解模型(PMF)泛化能力(对新用户和物品的推荐性能)较差、预测准确性不高的问题,提出一种新的基于自适应提升的概率矩阵分解算法(AdaBoostPMF)。该算法首先为每个样本分配样本权重;然后根据PMF中的每一轮随机梯度下降法学习用户和物品特征向量,并计算总体预测误差均值和标准差。从全局的角度利用AdaBoost思想自适应调整样本权重,使算法更注重学习预测误差较大的样本;最后对预测误差分配样本权重,让用户和物品特征向量找到更合适的优化方向。相比传统的PMF算法,AdaBoostPMF算法能够将预测精度平均提高约2.5%。实验结果表明,该算法通过加权预测误差较大的样本,能够较好地拟合用户特征向量和物品特征向量,提高预测精度,可以有效地应用于研究个性化推荐。

基于流行度的非平衡物质扩散推荐算法

郭强, 宋文君, 胡兆龙, 侯磊, 张一璐, 陈芳娇

2015, 35(12):  3502-3505.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.12.3502

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针对产品的异质性没有在推荐算法中得到很好利用的问题,提出一种考虑产品流行度对用户兴趣偏好影响的物质扩散算法。通过模拟物质在用户-产品二部分网络上的扩散过程,并且引入产品流行度的可调参数,对产品流行度的影响进行定量刻画。在三个真实数据集上进行数值实验结果表明,该算法与经典的物质扩散算法相比,MovieLens、Netflix和Last.FM数据集上的平均排序打分可以分别提高25.60%、10.96%和1.2%;推荐列表多样性分别提高59.30%、53.07%和8.59%。所提出的非平衡的物质扩散算法所得到的结果更切合实际。

基于Document Triage的TF-IDF算法的改进

李镇君, 周竹荣

2015, 35(12):  3506-3510.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.12.3506

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针对TF-IDF算法在加权时没有考虑特征词本身在文档中重要度的问题,提出利用用户阅读时的阅读行为来改进TF-IDF。将Document Triage引入到TF-IDF中,利用IPM收集用户阅读中行为的相关信息,计算文档评分。由于用户的标注内容往往是文章的重要内容,或者反映了用户的兴趣。因此,赋予用户标注词项更大的权重,将文档评分和用户的标注信息等作为因子引入到TF-IDF中,设计出改进的加权算法DT-TF-IDF。实验结果表明,相对传统TF-IDF算法,DT-TF-IDF的查全率、查准率,以及查准率和查全率的调和均值都有了一定的提高。DT-TF-IDF算法比传统TF-IDF算法更加有效,提高了文本相似度计算的准确性。

基于聚类分析的二分网络社区挖掘

张嫱嫱, 黄廷磊, 张银明

2015, 35(12):  3511-3514.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.12.3511

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针对二分网络中社区挖掘的准确性不高、对额外参数的依赖较大的问题,基于谱聚类算法的思想,从二分网络的拓扑结构展开,提出了一种改进的社区挖掘算法。该算法将二分网络映射到单一网络进行社区挖掘,采用资源分布矩阵替代传统的邻接矩阵,挖掘出同类节点间的隐含信息,有效地保证了原图的信息,改进了谱聚类算法的输入,提高了社区挖掘的准确性;将模块度函数概念应用到聚类分析中,用模块度衡量社区挖掘的质量,有效解决了自动确定聚类数目的问题。在实际网络和人造网络上进行实验,与蚁群优化算法、边集聚系数算法等算法进行对比,实验结果表明,所提算法不但能较准确地获得二分网络的社区数目,且在不需要任何额外参数的情况下,能获得很好的划分效果,可以应用于深入理解二分网络,进行推荐、影响力分析等。

计算机软件技术

面向可信嵌入式系统的随机实时任务能耗优化

潘雄, 江维, 文亮, 周可染, 董琪, 王峻龙

2015, 35(12):  3515-3519.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.12.3515

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针对可信嵌入式系统应用中将任务的最坏情况下的执行时间(WCET)作为任务的实际执行时间,导致系统资源的极大浪费的问题,提出了一种基于随机任务概率模型的方法。首先,考虑任务执行时间具有特定概率分布,并且任务具有不错过其死限的概率(NDVP)需求,同时考虑了动态电压和频率调整(DVFS)对系统可靠性的影响,利用该技术降低能耗。然后,基于动态规划算法,提出了一种具有多项式运行时间的优化算法,并进一步设计了状态剔除规则降低算法运行开销。仿真表明,所提算法与最坏执行时间模型下的最优算法相比,系统能耗降低了30%以上。实验结果表明,考虑任务的随机执行时间能在保证系统可靠性的同时大大节约系统资源。

时间Petri网在即时检验流程建模中的应用

王磊, 王弼陡, 罗刚银, 聂兰顺, 战德臣, 田浩然

2015, 35(12):  3520-3523.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.12.3520

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针对即时检验系统的设计与开发建模问题,提出一种基于时间Petri网的并发系统建模分析方法,为即时检验流程设计建立较为准确的信息化模型。通过将活动持续时间概念引入Petri网模型中,提出了适用于即时检验系统建模的时间Petri网建模方法,并设计了嵌入Petri网模型中的调度仿真器协助分析、优化即时检验控制过程。仿真实验结果表明所提出的时间Petri网建模方法在可达节点和运行时间等方面能够满足并行多类别即时检验调度与控制系统的流程建模实际需要,为流程仿真和分析提供有力工具,从而辅助系统设计者对即时检验系统进行优化。

基于构件使用依赖关系的构件复用可信度计算方法

王燕玲, 曾国荪

2015, 35(12):  3524-3529.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.12.3524

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在网络构件库中构件数量持续增长的情况下,为解决用户无法从质量参差不齐的海量构件中选取优质构件的问题,提出了一种基于构件使用依赖关系的复用可信度计算方法。该方法将构件库作为证据库,首先,对证据库中的构件依赖信息进行采集整理;接着,定义每一个构件的基本信任函数,在此基础上根据构件依赖信息的不同来源为每一条证据设置不同的可信权重值;然后,通过特定的转换算法将由此获得的结果生成构件最终的可信度。实例分析中,利用该方法评估构件取得的结果值与预想中的一致,且与参考构件的内部与外部质量模型所得出的结论相符,但该方法大大降低了构件可信评估的工作量,提高了评估效率。结果表明该方法能够客观反映构件的可信性,可作为构件库中构件检索的一种可信度量机制,帮助实现构件的优质检索和复用。

基于虚拟机部署策略的云平台容错即服务方法

刘晓霞, 刘靖

2015, 35(12):  3530-3535.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.12.3530

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针对如何充分利用云基础架构层资源,满足上层云应用系统租户对应用系统容错的需求多样性和高可靠性要求的问题,提出一种面向租户和云服务提供商的、基于虚拟机部署策略的云平台容错即服务方法。该方法根据租户的特定容错需求适配适合的容错方法及容错级别,据此计算并最优化云服务提供商的收益和资源使用量,在此基础上对提供容错服务的虚拟机进行优化部署,充分利用底层虚拟机资源为租户的云应用系统提供更为可靠的容错服务。实验结果表明,所提方法能够在保障云服务提供商收益的基础上,为多租户云应用系统实现更灵活且可靠性更高的容错服务。

基于Token编辑距离检测克隆代码

张久杰, 王春晖, 张丽萍, 侯敏, 刘东升

2015, 35(12):  3536-3543.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.12.3536

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针对当前Type-3克隆代码检测工具较少、效率偏低等问题,提出了一种基于Token的能有效检测Type-3克隆代码的检测方法。该方法同时能有效检测Type-1和Type-2克隆代码。首先将源代码Token化得到特定代码粒度的Token串,其次将所有Token串的定长子串进行映射,在对映射信息进行查询的基础上,利用编辑距离算法确定克隆对,然后通过并查集算法快速构建克隆群,最终反馈克隆代码信息。实现了原型工具FClones,利用基于代码突变的框架对工具进行了评价,并与领域内较优秀的两款工具NiCad及SimCad进行了对比。实验结果表明,FClones在检测三类克隆代码时查全率均不低于95%,查准率均不低于98%,能更好地检测Type-3克隆代码。

虚拟现实与数字媒体

多通道核相关滤波的实时跟踪方法

胡昭华, 邢卫国, 何军, 张秀再

2015, 35(12):  3544-3549.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.12.3544

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现有跟踪算法大都需要构建复杂的外观模型、抽取大量训练样本来实现精确的目标跟踪,会产生庞大的计算量,不利于实时跟踪。鉴于此,提出了一种多通道核相关滤波的实时跟踪方法。首先,利用核化岭回归方法对视频帧的目标信息进行训练,学习得到滤波模板;接着,用滤波模板对待检测帧的可能区域进行相关性度量;最后,将相关度最高的位置作为跟踪结果,并通过对多通道的独立输入进行加权求和,解决多通道输入问题。与现有跟踪方法的大量对比实验表明,在不同的挑战因素下,该方法在保证跟踪精度的同时,跟踪速度也存在明显优势。该方法通过相关滤波的方式可避免抽取大量样本,并利用频域的点乘代替时域的相关运算,大大降低了计算复杂度,使跟踪速度完全满足实时场景的跟踪需求。

改进的核相关滤波器目标跟踪算法

余礼杨, 范春晓, 明悦

2015, 35(12):  3550-3554.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.12.3550

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针对传统单目标的核相关滤波器(KCF)跟踪算法在目标尺度变化的跟踪中存在的问题,提出了一种基于相关滤波器(CF)和尺度金字塔的多尺度核相关滤波器(SKCF)跟踪算法。首先通过传统KCF跟踪算法中分类器的响应计算当前目标是否受到遮挡,在未受到遮挡的情况下,对当前目标建立尺度金字塔;然后通过相关滤波器求取尺度金字塔的最大响应得到当前目标尺度信息;最后使用新目标图像为训练样本更新目标的外观模型和尺度模型。与核化的结构化输出(Struck)算法、KCF算法、跟踪-学习-检测(TLD)算法和多示例学习(MIL)算法进行对比,实验结果表明,所提出的多尺度核相关滤波器(SKCF)跟踪算法在五种算法中精确度和重合度都取到最高值。所提算法能够广泛应用于目标跟踪领域,对目标进行准确的跟踪。

利用增广拉格朗日乘子的鲁棒跟踪算子

李飞彬, 曹铁勇, 黄辉, 王文

2015, 35(12):  3555-3559.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.12.3555

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针对视频目标鲁棒跟踪问题,提出了一种基于稀疏表示的生成式算法。首先提取特征构建目标和背景模板,并利用随机抽样获得足够多的候选目标状态;然后利用多任务反向稀疏表示算法得到稀疏系数矢量构造相似度测量图,这里引入了增广拉格朗日乘子(ALM)算法解决L₁-min难题;最后从相似度图中使用加性池运算提取判别信息选择与目标模板相似度最高并与背景模板相似度最小的候选目标状态作为跟踪结果,该算法是在贝叶斯滤波框架下实现的。为了适应跟踪过程中目标外观由于光照变化、遮挡、复杂背景以及运动模糊等场景引起的变化,制定了简单却有效的更新机制,对目标和背景模板进行更新。对仿真结果的定性和定量评估均表明与其他跟踪算法相比,所提算法的跟踪准确性和稳定性有了一定的提高,能有效地解决光照和尺度变化、遮挡、复杂背景等场景的跟踪难题。

基于视觉显著性图与似物性的对象检测

李君浩, 刘志

2015, 35(12):  3560-3564.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.12.3560

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为了能够准确地检测出图像中的显著性对象,提出了一种新的基于视觉显著性图与似物性的对象检测算法。该算法首先在图像上提取大量具有较高似物性度量的矩形窗口,并估算出对象可能出现的位置,将窗口级的似物性度量转换到像素级的似物性度量;然后把原始显著性图与像素级的似物性图进行融合,生成加权显著性图,分别二值化原始显著性图和加权显著性图,利用凸包检测得到最大查找窗口区域与种子窗口区域;最后结合边缘概率密度搜索出最优的对象窗口。在公开数据集MSRA-B上的实验结果表明,该算法在准确率、召回率以及F-测度方面优于最大化显著区域检测算法、区域密度最大化算法以及似物性对象检测算法等已有的多种算法。

基于视觉显著性的区域立体匹配算法

张华东, 潘晨, 章东平

2015, 35(12):  3565-3569.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.12.3565

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针对区域立体匹配算法对光照变化敏感,视差图存在目标和弱纹理区域的错配、边界不平滑等问题,提出一种利用视觉显著性特征改进的快速区域立体匹配算法。该算法先利用显著性检测定位图像主要目标区域;再结合索贝尔(Sobel)边缘特征和相角特征完成特征匹配、得到粗视差图;最后通过检测粗视差图中的视觉显著性,消除图像弱纹理区域的突兀噪声。相比绝对误差累计(SAD)、平方误差累计(SSD)和归一化灰度互相关(NCC)算法,所提算法对光照变化不敏感,得到的视差图完整,匹配率高,有利于实时系统应用。

基于多特征描述的乳腺癌肿瘤病理自动分级

龚磊, 徐军, 王冠皓, 吴建中, 唐金海

2015, 35(12):  3570-3575.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.12.3570

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为了辅助病理医生快速高效诊断乳腺癌并提供乳腺癌预后信息,提出一种计算机辅助乳腺癌肿瘤病理自动分级方法。该方法使用深度卷积神经网络和滑动窗口自动检测病理图像中的细胞;随后综合运用基于稀疏非负矩阵分解的颜色分离、前景标记的分水岭算法以及椭圆拟合得到每个细胞的轮廓。基于检测到的细胞和拟合出的细胞轮廓,提取出肿瘤的组织结构特征和上皮细胞的纹理形状特征等共203维的特征,运用这些特征训练支持向量机分类器(SVM),实现对病理组织图像自动分级。17位患者的49张H&E染色的乳腺癌病理组织图像自动分级的100次十折交叉检验评估结果表明:基于病理图像的细胞形状特征与组织的空间结构特征对病理图像的高、中、低分化等级分类整体准确率为90.20%;同时对高、中、低各分化等级的区分准确率分别为92.87%、82.88%、93.61%。相比使用单一结构特征或者纹理特征的方法,所提方法具有更高的准确率,能准确地对病理组织图像中肿瘤的高级和低级分化程度自动分级,且各分级之间的准确率差异较小。

基于暗原色先验原理的偏振图像浓雾去除算法

张晶晶, 陈自红, 张德祥, 阎庆, 寻丽娜, 张卫国

2015, 35(12):  3576-3580.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.12.3576

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在浓雾天气下,针对基于常规偏振特性去雾算法去雾效果不理想的特点,提出了一种基于暗原色先验原理的颜色空间转化算法去除偏振图像的浓雾。相比传统的成像技术,偏振图像探测技术在复杂环境下的目标探测和识别处理具有独特的优势,偏振图像通常采用强度图、偏振度图、偏振角图来表征目标的偏振信息。为了达到偏振信息与去雾模型相结合的目的,采用一种颜色空间转化的方法,首先把偏振信息转化到HIS颜色空间对应的亮度、色度、饱和度等各分量中,再把HIS颜色空间映射到RGB空间;其次,结合雾霾图像的大气散射模型用暗原色先验原理求图像的暗通道图;最后,在图像的稀疏先验基础上用softmatting算法细化修正大气传输率。实验结果表明,在能见度很低时,去雾后图像的标准差、信息熵、平均梯度等指标比现有的偏振去雾技术提高很多,该方法能有效增强浓雾天气下图像的整体对比度,提高偏振图像的目标识别能力。

行业与领域应用

移动在线水质监测平台动态避障方法

劳家骏, 杨江, 祝武明

2015, 35(12):  3581-3585.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.12.3581

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针对移动水质监测平台在自主导航中遇到移动障碍物的问题,提出了一种将障碍物运动状态预测模型结合速度避障碰撞模型的动态避障新方法。首先,通过移动水质监测平台上的超声波测距模块和图像采集模块测量移动水质监测平台与障碍物的距离和相对方位角,采用坐标系转换的方法计算出障碍物速度和运动方向;其次,利用极大似然估计法建立障碍物运动状态预测模型,通过该模型得到下一个采样时刻障碍物速度和运动方向范围;最后,利用速度避障的碰撞模型,计算出下一时刻的移动水质监测平台的航向角。实验结果证明,所提的避障方法能够规划出一条更为真实的较优路径。与无障碍物运动状态预测模型的避障方法相比,该避障方法能提高动态避障的成功率。

基于Android平台的汽车售后维修服务信息采集解决方案

孔宇, 王淑营

2015, 35(12):  3586-3591.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.12.3586

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针对产业链协同软件即服务(SaaS)平台中售后服务系统的售后维修服务业务中可能存在着售后维修服务图片信息造假的问题,提出基于Android平台的移动智能终端设备采集售后服务信息并进行相关信息处理的解决方案。该解决方案首先通过移动智能终端数字图像采集技术采集维修服务信息;其次采用图片字符识别技术获取维修服务信息中的底盘号、里程表等关键信息;然后采用数字水印技术将这些关键信息嵌入采集的图片中;最后通过网络服务技术将移动智能终端与售后服务系统集成。通过在汽车产业链协同SaaS平台中的售后维修服务业务中的服务图片信息采集及防止图片造假处理的具体应用,验证了基于Android平台的售后维修服务信息采集解决方案的可行性和有效性。

基于圆柱体轴向包围盒检测的巷道相交建模

王翀, 安伟强, 王红娟

2015, 35(12):  3592-3596.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.12.3592

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针对岩土工程中三维巷道相交建模复杂、运算时间长的问题,根据巷道的几何特性,提出了一种圆柱体-轴向包围盒的双层包围盒检测方法。该方法能够快速查找出可能相交的三角形单元,结合三维实体布尔运算实现了一种不规则三角形网(TIN)巷道曲面相交的快速构建方法。详细讲述了圆柱体-轴向包围盒(AABB)双层包围盒碰撞检测的基本原理以及实体相交布尔运算中的关键技术,对生成的实体网格提出优化方案。通过工程实例验证,在巷道曲面相交建模中,相比于层次有向包围盒(OBB)算法,圆柱体-AABB双层包围盒在包围盒生成方面效率提高近50%,具有建模简单、检测时间短、顶层检测准确度高等特点。

基于Smith控制与预测函数控制的再热汽温多变量控制快速计算方法

王富强, 李晓理, 张秋生, 张金营

2015, 35(12):  3597-3601.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.12.3597

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针对再热汽温控制系统控制变量多、控制难度大等问题,提出了一种基于Smith控制与预测函数控制(PFC)的多变量控制快速计算方法。首先,将再热汽温多变量控制系统分解为三个单变量控制系统,在每个单变量控制系统中,将其中两个控制量作为干扰项;其次,根据Smith控制思想,设计每个单变量控制系统;最后在改进预测函数控制的性能指标的基础上,综合考虑三个单变量控制系统,实现对再热汽温度的控制。再热汽温控制仿真实验表明所提方法的计算速度是传统约束条件下预测控制的50倍左右,并且调整参数少,物理意义明确。实验结果表明该算法在现场使用中能够有效地提高再热汽温控制品质。

基于聚偏二氟乙烯步态智能检测的乘客计数系统

谢瑜, 胡昕彤, 孟希赟, 刘云杰

2015, 35(12):  3602-3606.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.12.3602

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针对现有的以低成本、耐损耗的聚偏二氟乙烯(PVDF)为压电材料的客流计数传感器存在的误计数、漏计数而导致精度不够的问题,提出了一种基于PVDF步态智能检测技术的乘客计数系统。采用ANSYS软件对乘客上下车步态作应力分析,观察PVDF压电信号的分布规律,设计多输入信号调理电路获取多通道足底信号,结合信号处理算法,设计了传感器机械结构和基于实验室虚拟仪器集成环境(LabVIEW)的公交车人数统计系统。实验结果表明,该系统平均计数误差为5.3%,与已有的PVDF客流计数传感器相比,提高了精度;与视频图像计数和人体红外检测技术相比,大大降低了成本,具有很高的实用性,可以广泛应用于我国公共交通客运车。

面向系统级芯片的串行外设接口模块设计

杨晓, 李战明

2015, 35(12):  3607-3610.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.12.3607

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针对传统串行外设接口(SPI)模块设计不灵活、不利于扩展、不支持乱序访问的缺陷,设计了一种面向系统级芯片(SoC)的SPI模块。首先,根据SPI通信协议,设计SPI基本架构;其次,根据SPI架构,设计相应输入输出状态机(FSM)、扩展端口及支持乱序访问的标识(ID)模块;再次,利用Synopsys公司的Verilog模拟器编译(VCS)仿真工具对该SPI设计的正确性进行验证;最后,为该SPI设计搭建参数可配置的随机验证环境,对代码覆盖率报告进行分析,并有针对性地手动加入测试点提高各项代码覆盖率。仿真结果表明,与传统的SPI设计相比,面向SoC的SPI模块设计支持高级可扩展接口(AXI)总线扩展,具有8个独立的读写通道,各通道间支持可乱序访问,不会出现通道堵塞情况。