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2019年 第41卷 第8期
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2019, 41(8): 1779-1786.
doi: 10.11999/JEIT180824
摘要:
為了能全面研究基于容錯學(xué)習(xí)(LWE)的屬性基加密(ABE)方案的安全性，考察其抵抗現(xiàn)有攻擊手段的能力，在綜合考慮格上算法和方案噪聲擴張對參數(shù)的限制后，利用已有的解決LWE的算法及其可用程序模塊，該文提出了針對基于LWE的ABE方案的具體安全性分析方法。該方法可以極快地給出滿足方案限制要求的具體參數(shù)及方案達到的安全等級，此外，在給定安全等級的條件下，該方法可以給出相應(yīng)的具體參數(shù)值。最后，利用該方法分析了4個典型的基于LWE的屬性基加密方案的具體安全性。實驗數(shù)據(jù)表明，滿足一定安全等級的基于LWE的屬性基方案的參數(shù)尺寸過大，還無法應(yīng)用到實際中。
為了能全面研究基于容錯學(xué)習(xí)(LWE)的屬性基加密(ABE)方案的安全性，考察其抵抗現(xiàn)有攻擊手段的能力，在綜合考慮格上算法和方案噪聲擴張對參數(shù)的限制后，利用已有的解決LWE的算法及其可用程序模塊，該文提出了針對基于LWE的ABE方案的具體安全性分析方法。該方法可以極快地給出滿足方案限制要求的具體參數(shù)及方案達到的安全等級，此外，在給定安全等級的條件下，該方法可以給出相應(yīng)的具體參數(shù)值。最后，利用該方法分析了4個典型的基于LWE的屬性基加密方案的具體安全性。實驗數(shù)據(jù)表明，滿足一定安全等級的基于LWE的屬性基方案的參數(shù)尺寸過大，還無法應(yīng)用到實際中。
2019, 41(8): 1787-1792.
doi: 10.11999/JEIT180982
摘要:
異構(gòu)簽密可以保證異構(gòu)密碼系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的機密性和不可偽造性。該文分析了一個傳統(tǒng)公鑰密碼(PKI)和身份密碼(IBC)之間的PKI→IBC和IBC→PKI雙向匿名異構(gòu)簽密方案的安全性，指出PKI→IBC方案和IBC→PKI方案均不能抵擋敵手攻擊，敵手在獲取密文前提下均可解密密文。為了增強安全性，該文提出一個改進的PKI→IBC和IBC→PKI方案，并在隨機預(yù)言模型下基于計算性Diffie-Hellman困難問題和雙線性Diffie-Hellman困難問題證明新方案滿足機密性與不可偽造性。同時效率分析表明，所提方案具有更高的通信效率。
異構(gòu)簽密可以保證異構(gòu)密碼系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的機密性和不可偽造性。該文分析了一個傳統(tǒng)公鑰密碼(PKI)和身份密碼(IBC)之間的PKI→IBC和IBC→PKI雙向匿名異構(gòu)簽密方案的安全性，指出PKI→IBC方案和IBC→PKI方案均不能抵擋敵手攻擊，敵手在獲取密文前提下均可解密密文。為了增強安全性，該文提出一個改進的PKI→IBC和IBC→PKI方案，并在隨機預(yù)言模型下基于計算性Diffie-Hellman困難問題和雙線性Diffie-Hellman困難問題證明新方案滿足機密性與不可偽造性。同時效率分析表明，所提方案具有更高的通信效率。
2019, 41(8): 1793-1799.
doi: 10.11999/JEIT180805
摘要:
在云數(shù)據(jù)庫環(huán)境下，為保證云存儲數(shù)據(jù)的安全性，通常將數(shù)據(jù)加密存儲。針對加密存儲數(shù)據(jù)查詢開銷大，不支持密文排序，查詢等缺點，該文提出一種 f-mOPE數(shù)據(jù)庫密文檢索方案。該方案基于可變保序編碼(mOPE)，采用二叉排序樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)思想，生成明文一一對應(yīng)的保序編碼；基于AES加密方案將數(shù)據(jù)明文轉(zhuǎn)化為密文存儲；采用改進的部分同態(tài)加密算法提升保序加密方案的安全性。通過安全性分析及實驗結(jié)果表明，該方案在保證數(shù)據(jù)隱私的基礎(chǔ)上，不但能抵御統(tǒng)計型攻擊，而且能夠有效地降低服務(wù)器計算開銷，提高數(shù)據(jù)庫處理效率。
在云數(shù)據(jù)庫環(huán)境下，為保證云存儲數(shù)據(jù)的安全性，通常將數(shù)據(jù)加密存儲。針對加密存儲數(shù)據(jù)查詢開銷大，不支持密文排序，查詢等缺點，該文提出一種 f-mOPE數(shù)據(jù)庫密文檢索方案。該方案基于可變保序編碼(mOPE)，采用二叉排序樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)思想，生成明文一一對應(yīng)的保序編碼；基于AES加密方案將數(shù)據(jù)明文轉(zhuǎn)化為密文存儲；采用改進的部分同態(tài)加密算法提升保序加密方案的安全性。通過安全性分析及實驗結(jié)果表明，該方案在保證數(shù)據(jù)隱私的基礎(chǔ)上，不但能抵御統(tǒng)計型攻擊，而且能夠有效地降低服務(wù)器計算開銷，提高數(shù)據(jù)庫處理效率。
2019, 41(8): 1800-1807.
doi: 10.11999/JEIT190063
摘要:
移動網(wǎng)鑒權(quán)認(rèn)證協(xié)議攻擊不斷涌現(xiàn)，針對5G網(wǎng)絡(luò)新協(xié)議EAP-AKA\begin{document}$ '$\end{document} ![]()
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移動網(wǎng)鑒權(quán)認(rèn)證協(xié)議攻擊不斷涌現(xiàn)，針對5G網(wǎng)絡(luò)新協(xié)議EAP-AKA
2019, 41(8): 1808-1814.
doi: 10.11999/JEIT180944
摘要:
針對現(xiàn)有屬性基可搜索加密方案缺乏對云服務(wù)器授權(quán)的服務(wù)問題，該文提出一種基于授權(quán)的可搜索密文策略屬性基加密(CP-ABE)方案。方案通過云過濾服務(wù)器、云搜索服務(wù)器和云存儲服務(wù)器協(xié)同合作實現(xiàn)搜索服務(wù)。用戶可將生成的授權(quán)信息和陷門信息分別發(fā)送給云過濾服務(wù)器和云搜索服務(wù)器，在不解密密文的情況下，云過濾服務(wù)器可對所有密文進行檢測。該方案利用多個屬性授權(quán)機構(gòu)，在保證數(shù)據(jù)機密性的前提下能進行高效的細(xì)粒度訪問，解決數(shù)據(jù)用戶密鑰泄露問題，提高數(shù)據(jù)用戶對云端數(shù)據(jù)的檢索效率。通過安全性分析，證明方案在提供數(shù)據(jù)檢索服務(wù)的同時無法竊取數(shù)據(jù)用戶的敏感信息，且能夠有效地防止數(shù)據(jù)隱私的泄露。
針對現(xiàn)有屬性基可搜索加密方案缺乏對云服務(wù)器授權(quán)的服務(wù)問題，該文提出一種基于授權(quán)的可搜索密文策略屬性基加密(CP-ABE)方案。方案通過云過濾服務(wù)器、云搜索服務(wù)器和云存儲服務(wù)器協(xié)同合作實現(xiàn)搜索服務(wù)。用戶可將生成的授權(quán)信息和陷門信息分別發(fā)送給云過濾服務(wù)器和云搜索服務(wù)器，在不解密密文的情況下，云過濾服務(wù)器可對所有密文進行檢測。該方案利用多個屬性授權(quán)機構(gòu)，在保證數(shù)據(jù)機密性的前提下能進行高效的細(xì)粒度訪問，解決數(shù)據(jù)用戶密鑰泄露問題，提高數(shù)據(jù)用戶對云端數(shù)據(jù)的檢索效率。通過安全性分析，證明方案在提供數(shù)據(jù)檢索服務(wù)的同時無法竊取數(shù)據(jù)用戶的敏感信息，且能夠有效地防止數(shù)據(jù)隱私的泄露。
2019, 41(8): 1815-1822.
doi: 10.11999/JEIT180874
摘要:
為解決用戶在混幣過程中無法請求退出的問題，該文提出一種支持用戶匿名撤銷混幣的方案。采用承諾技術(shù)將用戶和其目的地址進行綁定；當(dāng)用戶請求退出混洗服務(wù)時，利用累加器和知識簽名對承諾進行零知識證明。最后將撤銷用戶的混淆輸出地址修改為其指定的目的地址。安全性分析表明，該方案基于雙離散對數(shù)問題和強RSA假設(shè)滿足退群用戶匿名性，且不用修改當(dāng)前比特幣系統(tǒng)即可實施。在n(n≥10)個誠實用戶參與的混淆過程中，方案允許至多n–2個用戶退出混幣操作。
為解決用戶在混幣過程中無法請求退出的問題，該文提出一種支持用戶匿名撤銷混幣的方案。采用承諾技術(shù)將用戶和其目的地址進行綁定；當(dāng)用戶請求退出混洗服務(wù)時，利用累加器和知識簽名對承諾進行零知識證明。最后將撤銷用戶的混淆輸出地址修改為其指定的目的地址。安全性分析表明，該方案基于雙離散對數(shù)問題和強RSA假設(shè)滿足退群用戶匿名性，且不用修改當(dāng)前比特幣系統(tǒng)即可實施。在n(n≥10)個誠實用戶參與的混淆過程中，方案允許至多n–2個用戶退出混幣操作。
2019, 41(8): 1823-1830.
doi: 10.11999/JEIT180850
摘要:
該文提出在無證書公鑰密碼體制(CLPKC)和傳統(tǒng)公共密鑰基礎(chǔ)設(shè)施體制(TPKI)下部分盲簽密方案的形式化定義，并在此基礎(chǔ)上提出一個在CLPKC-TPKI環(huán)境下具有雙線性對的部分盲簽密方案。依據(jù)隨機預(yù)言模型，計算Diffie-Hellman困難問題(CDHP)和修改逆計算Diffie-Hellman困難問題(MICDHP)假設(shè)，使得方案在異構(gòu)環(huán)境下滿足不可偽造性、機密性、部分盲性、不可跟蹤性、不可否認(rèn)性等性質(zhì)。最后和相關(guān)方案進行了比較分析，該文方案在增加了盲性同時并未顯著增加計算量的開銷。
該文提出在無證書公鑰密碼體制(CLPKC)和傳統(tǒng)公共密鑰基礎(chǔ)設(shè)施體制(TPKI)下部分盲簽密方案的形式化定義，并在此基礎(chǔ)上提出一個在CLPKC-TPKI環(huán)境下具有雙線性對的部分盲簽密方案。依據(jù)隨機預(yù)言模型，計算Diffie-Hellman困難問題(CDHP)和修改逆計算Diffie-Hellman困難問題(MICDHP)假設(shè)，使得方案在異構(gòu)環(huán)境下滿足不可偽造性、機密性、部分盲性、不可跟蹤性、不可否認(rèn)性等性質(zhì)。最后和相關(guān)方案進行了比較分析，該文方案在增加了盲性同時并未顯著增加計算量的開銷。
2019, 41(8): 1831-1837.
doi: 10.11999/JEIT180942
摘要:
數(shù)據(jù)壓縮和解壓縮已廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代通信和數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域。但是如何解壓縮損壞的無損壓縮文件仍然是一個挑戰(zhàn)。針對在通用編碼領(lǐng)域廣泛使用的無損數(shù)據(jù)壓縮算法，該文提出一種能夠修復(fù)誤碼并解壓還原損壞的LZSS文件的有效方法，并給出了理論依據(jù)。該方法通過利用編碼器留下的殘留冗余攜帶校驗信息，在不損失任何壓縮性能的情況下，能夠修復(fù)LZSS壓縮數(shù)據(jù)中的錯誤。所提方法不需要增加額外比特，也不改變編碼規(guī)則和數(shù)據(jù)格式，所以與標(biāo)準(zhǔn)算法完全兼容。即采用具有錯誤修復(fù)能力的LZSS方案壓縮的數(shù)據(jù)，仍然可以通過標(biāo)準(zhǔn)LZSS解碼器進行解壓。實驗結(jié)果驗證了所提算法的有效性和實用性。
數(shù)據(jù)壓縮和解壓縮已廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代通信和數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域。但是如何解壓縮損壞的無損壓縮文件仍然是一個挑戰(zhàn)。針對在通用編碼領(lǐng)域廣泛使用的無損數(shù)據(jù)壓縮算法，該文提出一種能夠修復(fù)誤碼并解壓還原損壞的LZSS文件的有效方法，并給出了理論依據(jù)。該方法通過利用編碼器留下的殘留冗余攜帶校驗信息，在不損失任何壓縮性能的情況下，能夠修復(fù)LZSS壓縮數(shù)據(jù)中的錯誤。所提方法不需要增加額外比特，也不改變編碼規(guī)則和數(shù)據(jù)格式，所以與標(biāo)準(zhǔn)算法完全兼容。即采用具有錯誤修復(fù)能力的LZSS方案壓縮的數(shù)據(jù)，仍然可以通過標(biāo)準(zhǔn)LZSS解碼器進行解壓。實驗結(jié)果驗證了所提算法的有效性和實用性。
2019, 41(8): 1838-1846.
doi: 10.11999/JEIT181025
摘要:
該文首先利用屬性攻擊圖理論構(gòu)建了網(wǎng)絡(luò)動態(tài)威脅分析屬性攻擊圖(DT-AAG)模型，該模型在全面刻畫系統(tǒng)漏洞和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)導(dǎo)致的威脅轉(zhuǎn)移關(guān)系的基礎(chǔ)上，結(jié)合通用漏洞評分標(biāo)準(zhǔn)(CVSS)和貝葉斯概率轉(zhuǎn)移計算方法設(shè)計了威脅轉(zhuǎn)移概率度量算法；其次基于構(gòu)建的DT-AAG模型，利用威脅與漏洞、服務(wù)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，設(shè)計了動態(tài)威脅屬性攻擊圖生成算法(DT-AAG-A)，并針對生成的屬性攻擊圖存在的威脅傳遞環(huán)路問題，設(shè)計了環(huán)路消解機制；最后通過實驗驗證了該模型和算法的有效性。
該文首先利用屬性攻擊圖理論構(gòu)建了網(wǎng)絡(luò)動態(tài)威脅分析屬性攻擊圖(DT-AAG)模型，該模型在全面刻畫系統(tǒng)漏洞和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)導(dǎo)致的威脅轉(zhuǎn)移關(guān)系的基礎(chǔ)上，結(jié)合通用漏洞評分標(biāo)準(zhǔn)(CVSS)和貝葉斯概率轉(zhuǎn)移計算方法設(shè)計了威脅轉(zhuǎn)移概率度量算法；其次基于構(gòu)建的DT-AAG模型，利用威脅與漏洞、服務(wù)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，設(shè)計了動態(tài)威脅屬性攻擊圖生成算法(DT-AAG-A)，并針對生成的屬性攻擊圖存在的威脅傳遞環(huán)路問題，設(shè)計了環(huán)路消解機制；最后通過實驗驗證了該模型和算法的有效性。
2019, 41(8): 1847-1854.
doi: 10.11999/JEIT180898
摘要:
為了解決集成電路設(shè)計中多方合作的成員信息泄漏問題，該文提出一種基于正交混淆的多硬件IP核安全防護方案。該方案首先利用正交混淆矩陣產(chǎn)生正交密鑰數(shù)據(jù)，結(jié)合硬件特征的物理不可克隆函數(shù)(PUF)電路，產(chǎn)生多硬件IP核的混淆密鑰；然后，在正交混淆狀態(tài)機的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)多硬件IP核的正交混淆安全防護算法；最后，利用ISCAS-85基準(zhǔn)電路和密碼算法，驗證正交混淆方法的有效性。在臺灣積體電路制造股份有限公司(TSMC) 65 nm工藝下測試正交混淆的多硬件IP核方案，正確密鑰和錯誤密鑰下的Toggle翻轉(zhuǎn)率小于5%，在較大規(guī)模的測試電路中面積和功耗開銷占比小于2%。實驗結(jié)果表明，采用正交混淆的方式能夠提高多硬件IP核的安全性，可以有效防御成員信息泄漏、狀態(tài)翻轉(zhuǎn)率分析等攻擊。
為了解決集成電路設(shè)計中多方合作的成員信息泄漏問題，該文提出一種基于正交混淆的多硬件IP核安全防護方案。該方案首先利用正交混淆矩陣產(chǎn)生正交密鑰數(shù)據(jù)，結(jié)合硬件特征的物理不可克隆函數(shù)(PUF)電路，產(chǎn)生多硬件IP核的混淆密鑰；然后，在正交混淆狀態(tài)機的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)多硬件IP核的正交混淆安全防護算法；最后，利用ISCAS-85基準(zhǔn)電路和密碼算法，驗證正交混淆方法的有效性。在臺灣積體電路制造股份有限公司(TSMC) 65 nm工藝下測試正交混淆的多硬件IP核方案，正確密鑰和錯誤密鑰下的Toggle翻轉(zhuǎn)率小于5%，在較大規(guī)模的測試電路中面積和功耗開銷占比小于2%。實驗結(jié)果表明，采用正交混淆的方式能夠提高多硬件IP核的安全性，可以有效防御成員信息泄漏、狀態(tài)翻轉(zhuǎn)率分析等攻擊。
2019, 41(8): 1855-1860.
doi: 10.11999/JEIT180836
摘要:
大整數(shù)乘法是公鑰加密中最為核心的計算環(huán)節(jié)，實現(xiàn)運算快速的大數(shù)乘法單元是RSA, ElGamal，全同態(tài)等密碼體制中急需解決的問題之一。針對全同態(tài)加密(FHE)應(yīng)用需求，該文提出一種基于Sch?nhage-Strassen算法(SSA)的768 kbit大整數(shù)乘法器硬件架構(gòu)。采用并行架構(gòu)實現(xiàn)了其關(guān)鍵模塊64k點有限域快速數(shù)論變換(NTT)的運算，并主要采用加法和移位操作以保證并行處理的最大化，有效提高了處理速度。該大整數(shù)乘法器在Stratix-V FPGA上進行了硬件驗證，通過與CPU上使用數(shù)論庫(NTL)和GMP庫實現(xiàn)的大整數(shù)乘法運算結(jié)果對比，驗證了該文設(shè)計方法的正確性和有效性。實驗結(jié)果表明，該方法實現(xiàn)的大整數(shù)乘法器運算時間比CPU平臺上的運算大約有8倍的加速。
大整數(shù)乘法是公鑰加密中最為核心的計算環(huán)節(jié)，實現(xiàn)運算快速的大數(shù)乘法單元是RSA, ElGamal，全同態(tài)等密碼體制中急需解決的問題之一。針對全同態(tài)加密(FHE)應(yīng)用需求，該文提出一種基于Sch?nhage-Strassen算法(SSA)的768 kbit大整數(shù)乘法器硬件架構(gòu)。采用并行架構(gòu)實現(xiàn)了其關(guān)鍵模塊64k點有限域快速數(shù)論變換(NTT)的運算，并主要采用加法和移位操作以保證并行處理的最大化，有效提高了處理速度。該大整數(shù)乘法器在Stratix-V FPGA上進行了硬件驗證，通過與CPU上使用數(shù)論庫(NTL)和GMP庫實現(xiàn)的大整數(shù)乘法運算結(jié)果對比，驗證了該文設(shè)計方法的正確性和有效性。實驗結(jié)果表明，該方法實現(xiàn)的大整數(shù)乘法器運算時間比CPU平臺上的運算大約有8倍的加速。
2019, 41(8): 1861-1868.
doi: 10.11999/JEIT180885
摘要:
該文針對無線多播網(wǎng)絡(luò)中基于隨機線性網(wǎng)絡(luò)編碼(RLNC)調(diào)度方案計算復(fù)雜度高，且網(wǎng)絡(luò)傳輸性能易受反饋信息影響等問題，提出一種基于自適應(yīng)RLNC的優(yōu)先級調(diào)度方案(PSARLNC)。該方案結(jié)合視頻流的特征采用適應(yīng)多播的RLNC，相較于傳統(tǒng)RLNC計算復(fù)雜度降低。經(jīng)過初始傳輸后，在后續(xù)數(shù)據(jù)恢復(fù)階段，綜合考慮數(shù)據(jù)包剩余傳輸時隙，選取目的節(jié)點增益最大傳輸方式，最大化數(shù)據(jù)傳輸。同時，各中繼節(jié)點根據(jù)接收情況，構(gòu)建各自解碼概率值，并以此為依據(jù)確定調(diào)度優(yōu)先級并完成轉(zhuǎn)發(fā)，自適應(yīng)調(diào)整各節(jié)點傳輸，有效減少對反饋信息的依賴。仿真結(jié)果表明該方案與完全反饋方案性能十分接近，且在減小計算復(fù)雜度和降低對反饋信息依賴同時保證了較好的性能。
該文針對無線多播網(wǎng)絡(luò)中基于隨機線性網(wǎng)絡(luò)編碼(RLNC)調(diào)度方案計算復(fù)雜度高，且網(wǎng)絡(luò)傳輸性能易受反饋信息影響等問題，提出一種基于自適應(yīng)RLNC的優(yōu)先級調(diào)度方案(PSARLNC)。該方案結(jié)合視頻流的特征采用適應(yīng)多播的RLNC，相較于傳統(tǒng)RLNC計算復(fù)雜度降低。經(jīng)過初始傳輸后，在后續(xù)數(shù)據(jù)恢復(fù)階段，綜合考慮數(shù)據(jù)包剩余傳輸時隙，選取目的節(jié)點增益最大傳輸方式，最大化數(shù)據(jù)傳輸。同時，各中繼節(jié)點根據(jù)接收情況，構(gòu)建各自解碼概率值，并以此為依據(jù)確定調(diào)度優(yōu)先級并完成轉(zhuǎn)發(fā)，自適應(yīng)調(diào)整各節(jié)點傳輸，有效減少對反饋信息的依賴。仿真結(jié)果表明該方案與完全反饋方案性能十分接近，且在減小計算復(fù)雜度和降低對反饋信息依賴同時保證了較好的性能。
2019, 41(8): 1869-1876.
doi: 10.11999/JEIT181053
摘要:
在多控制器管理的軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)中，時延和負(fù)載是控制器放置問題(CPP)要考慮的重要因素。該文以降低控制器之間的傳播時延、流請求的傳播時延和排隊時延、均衡控制器間負(fù)載為目標(biāo)，提出一種控制器放置及動態(tài)調(diào)整的策略，其中包括用于初始控制器放置的負(fù)載均衡算法(BCRA)和遺傳算法(GA)，用于動態(tài)調(diào)整控制器負(fù)載的在線調(diào)整算法(ADOA)。以上算法均考慮網(wǎng)絡(luò)連通性。仿真結(jié)果表明：在初始控制器放置時，在保證流請求的傳播時延、排隊時延和控制器傳播時延較低的情況下，BCRA部署在中小型網(wǎng)絡(luò)中時，其負(fù)載均衡性能與GA相近且優(yōu)于k-center和k-means算法；GA部署在大型網(wǎng)絡(luò)中時，與BCRA, k-center和k-means算法相比，使得負(fù)載均衡率平均提高了49.7%。在動態(tài)情況下，與現(xiàn)有動態(tài)調(diào)整算法相比，ADOA可以保證較低排隊時延和運行時間的同時，仍能使負(fù)載均衡參數(shù)小于1.54。
在多控制器管理的軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)中，時延和負(fù)載是控制器放置問題(CPP)要考慮的重要因素。該文以降低控制器之間的傳播時延、流請求的傳播時延和排隊時延、均衡控制器間負(fù)載為目標(biāo)，提出一種控制器放置及動態(tài)調(diào)整的策略，其中包括用于初始控制器放置的負(fù)載均衡算法(BCRA)和遺傳算法(GA)，用于動態(tài)調(diào)整控制器負(fù)載的在線調(diào)整算法(ADOA)。以上算法均考慮網(wǎng)絡(luò)連通性。仿真結(jié)果表明：在初始控制器放置時，在保證流請求的傳播時延、排隊時延和控制器傳播時延較低的情況下，BCRA部署在中小型網(wǎng)絡(luò)中時，其負(fù)載均衡性能與GA相近且優(yōu)于k-center和k-means算法；GA部署在大型網(wǎng)絡(luò)中時，與BCRA, k-center和k-means算法相比，使得負(fù)載均衡率平均提高了49.7%。在動態(tài)情況下，與現(xiàn)有動態(tài)調(diào)整算法相比，ADOA可以保證較低排隊時延和運行時間的同時，仍能使負(fù)載均衡參數(shù)小于1.54。
2019, 41(8): 1877-1884.
doi: 10.11999/JEIT180897
摘要:
近年來，通過引入移動設(shè)備(ME)為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSNs)進行無線充電和數(shù)據(jù)收集成為一個研究熱點。傳統(tǒng)方法一般先根據(jù)節(jié)點的充電需求優(yōu)先級確定移動路徑，再根據(jù)該路徑依次對節(jié)點進行數(shù)據(jù)收集。該文同時考慮充電需求和數(shù)據(jù)收集兩個維度，以最大化ME的總能量利用率和最小化數(shù)據(jù)收集平均時延為目標(biāo)，建立多目標(biāo)一對多充電及數(shù)據(jù)收集模型。在ME攜帶的行駛能量和充電能量不足的前提下，設(shè)計路徑規(guī)劃策略和均衡化充電策略，并改進多目標(biāo)蟻群算法對該文問題進行求解。實驗結(jié)果表明，該文算法在多種場景下的目標(biāo)值、Pareto解的數(shù)量、Pareto解集的均勻性、分布范圍等性能指標(biāo)均優(yōu)于NSGA-II算法。
近年來，通過引入移動設(shè)備(ME)為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSNs)進行無線充電和數(shù)據(jù)收集成為一個研究熱點。傳統(tǒng)方法一般先根據(jù)節(jié)點的充電需求優(yōu)先級確定移動路徑，再根據(jù)該路徑依次對節(jié)點進行數(shù)據(jù)收集。該文同時考慮充電需求和數(shù)據(jù)收集兩個維度，以最大化ME的總能量利用率和最小化數(shù)據(jù)收集平均時延為目標(biāo)，建立多目標(biāo)一對多充電及數(shù)據(jù)收集模型。在ME攜帶的行駛能量和充電能量不足的前提下，設(shè)計路徑規(guī)劃策略和均衡化充電策略，并改進多目標(biāo)蟻群算法對該文問題進行求解。實驗結(jié)果表明，該文算法在多種場景下的目標(biāo)值、Pareto解的數(shù)量、Pareto解集的均勻性、分布范圍等性能指標(biāo)均優(yōu)于NSGA-II算法。
2019, 41(8): 1885-1892.
doi: 10.11999/JEIT180837
摘要:
針對時分波分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)(TWDM-PON)多個光線路終端(OLT)間資源缺乏協(xié)同集中調(diào)度問題，該文提出一種帶有軟件定義的基于帶寬預(yù)測的資源分配策略(RABP)。在光線路終端間，設(shè)計粒子群優(yōu)化的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測各光線路終端所需帶寬，避免了控制器與光線路終端信息交互時延對資源分配實時性的影響；其次，在光線路終端內(nèi)，動態(tài)設(shè)定滑動周期并基于光網(wǎng)絡(luò)單元授權(quán)信息實時統(tǒng)計資源池共享帶寬，同時，設(shè)計負(fù)載均衡的波長調(diào)度機制實現(xiàn)多波長的高效利用。仿真結(jié)果表明，該策略提高了信道資源利用率，降低了平均包時延。
針對時分波分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)(TWDM-PON)多個光線路終端(OLT)間資源缺乏協(xié)同集中調(diào)度問題，該文提出一種帶有軟件定義的基于帶寬預(yù)測的資源分配策略(RABP)。在光線路終端間，設(shè)計粒子群優(yōu)化的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測各光線路終端所需帶寬，避免了控制器與光線路終端信息交互時延對資源分配實時性的影響；其次，在光線路終端內(nèi)，動態(tài)設(shè)定滑動周期并基于光網(wǎng)絡(luò)單元授權(quán)信息實時統(tǒng)計資源池共享帶寬，同時，設(shè)計負(fù)載均衡的波長調(diào)度機制實現(xiàn)多波長的高效利用。仿真結(jié)果表明，該策略提高了信道資源利用率，降低了平均包時延。
2019, 41(8): 1893-1901.
doi: 10.11999/JEIT180861
摘要:
為解決以軟件實現(xiàn)的虛擬網(wǎng)絡(luò)功能(VNF)性能受限問題，軟件定義網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化(SDN/NFV)等新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)引入了硬件加速資源。硬件加速資源的部署，使得VNF能夠為日益增長的數(shù)據(jù)流量提供服務(wù)保障。該文針對已有研究未考慮具有高性能數(shù)據(jù)處理需求的服務(wù)鏈VNF部署問題，提出一種支持硬件加速的VNF部署模型。該模型基于硬件加速資源的承載特性，在保證未加速VNF到商用服務(wù)器的優(yōu)化部署下，優(yōu)先實現(xiàn)交換機中加速資源的復(fù)用，并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的性能需求，靈活調(diào)整加速資源與VNF的映射約束。仿真實驗表明，與其他典型部署方法相比，在引入相同硬件加速資源的情況下，該模型可以承載更多的業(yè)務(wù)流量，滿足服務(wù)鏈高性能數(shù)據(jù)處理需求，有效提高了部署在網(wǎng)絡(luò)中加速硬件的資源利用率。
為解決以軟件實現(xiàn)的虛擬網(wǎng)絡(luò)功能(VNF)性能受限問題，軟件定義網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化(SDN/NFV)等新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)引入了硬件加速資源。硬件加速資源的部署，使得VNF能夠為日益增長的數(shù)據(jù)流量提供服務(wù)保障。該文針對已有研究未考慮具有高性能數(shù)據(jù)處理需求的服務(wù)鏈VNF部署問題，提出一種支持硬件加速的VNF部署模型。該模型基于硬件加速資源的承載特性，在保證未加速VNF到商用服務(wù)器的優(yōu)化部署下，優(yōu)先實現(xiàn)交換機中加速資源的復(fù)用，并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的性能需求，靈活調(diào)整加速資源與VNF的映射約束。仿真實驗表明，與其他典型部署方法相比，在引入相同硬件加速資源的情況下，該模型可以承載更多的業(yè)務(wù)流量，滿足服務(wù)鏈高性能數(shù)據(jù)處理需求，有效提高了部署在網(wǎng)絡(luò)中加速硬件的資源利用率。
2019, 41(8): 1902-1908.
doi: 10.11999/JEIT180818
摘要:
該文針對采用非正交多址接入(NOMA)技術(shù)的兩用戶單小區(qū)網(wǎng)絡(luò)，考慮信道衰落的隨機性和業(yè)務(wù)到達的動態(tài)性，以均衡用戶排隊時延并最大化網(wǎng)絡(luò)總吞吐量為目標(biāo)，構(gòu)建了資源管理的隨機優(yōu)化問題。基于李雅普諾夫優(yōu)化方法，推導(dǎo)了隨機優(yōu)化問題的最優(yōu)解的閉式表達式，并提出一種低復(fù)雜度的聯(lián)合時延均衡和功率控制的最優(yōu)資源管理方法。對比了采用NOMA時的次優(yōu)資源管理方法與采用時分多址接入方法時的最優(yōu)資源管理方法，仿真結(jié)果表明所提方法能夠顯著提升網(wǎng)絡(luò)性能。
該文針對采用非正交多址接入(NOMA)技術(shù)的兩用戶單小區(qū)網(wǎng)絡(luò)，考慮信道衰落的隨機性和業(yè)務(wù)到達的動態(tài)性，以均衡用戶排隊時延并最大化網(wǎng)絡(luò)總吞吐量為目標(biāo)，構(gòu)建了資源管理的隨機優(yōu)化問題。基于李雅普諾夫優(yōu)化方法，推導(dǎo)了隨機優(yōu)化問題的最優(yōu)解的閉式表達式，并提出一種低復(fù)雜度的聯(lián)合時延均衡和功率控制的最優(yōu)資源管理方法。對比了采用NOMA時的次優(yōu)資源管理方法與采用時分多址接入方法時的最優(yōu)資源管理方法，仿真結(jié)果表明所提方法能夠顯著提升網(wǎng)絡(luò)性能。
2019, 41(8): 1909-1915.
doi: 10.11999/JEIT180842
摘要:
針對基于非正交多址接入(NOMA)技術(shù)的中繼通信系統(tǒng)，在兼顧系統(tǒng)性能與計算復(fù)雜度的基礎(chǔ)上，該文提出一種結(jié)合統(tǒng)計信道信息(S-CSI)和瞬時信道信息(I-CSI)的混合功率分配策略(H-PAS)來有效實現(xiàn)上述折中。仿真結(jié)果表明，NOMA方案在H-PAS策略下，一方面比單純利用S-CSI時的傳統(tǒng)正交多址接入技術(shù)具有更高的頻譜效率；另一方面在和速率差別不大的情況下，又比單純利用I-CSI時的NOMA方案具有更低的信令開銷和計算復(fù)雜度。
針對基于非正交多址接入(NOMA)技術(shù)的中繼通信系統(tǒng)，在兼顧系統(tǒng)性能與計算復(fù)雜度的基礎(chǔ)上，該文提出一種結(jié)合統(tǒng)計信道信息(S-CSI)和瞬時信道信息(I-CSI)的混合功率分配策略(H-PAS)來有效實現(xiàn)上述折中。仿真結(jié)果表明，NOMA方案在H-PAS策略下，一方面比單純利用S-CSI時的傳統(tǒng)正交多址接入技術(shù)具有更高的頻譜效率；另一方面在和速率差別不大的情況下，又比單純利用I-CSI時的NOMA方案具有更低的信令開銷和計算復(fù)雜度。
2019, 41(8): 1916-1923.
doi: 10.11999/JEIT180891
摘要:
針對大樣本下未知干擾類型的分類識別問題，該文提出一種基于信號特征空間的未知干擾自適應(yīng)識別方法。首先，基于Hilbert信號空間理論對干擾信號進行處理，建立干擾信號特征空間，進而利用投影定理對未知干擾進行最佳逼近，提出基于信號特征空間的概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(PNN)分類算法，并設(shè)計了未知干擾分類識別器的處理流程。仿真結(jié)果表明，與兩種傳統(tǒng)方法相比，該方法在已知干擾的分類精度方面分別提高了12.2%和2.8%；滿足條件的未知干擾最佳逼近效果隨功率強度呈線性變化，設(shè)計的分類識別器在滿足最佳逼近的各類干擾中總體識別率達到91.27%，處理干擾識別的速度明顯改善；在信噪比達到4 dB時，對未知干擾識別準(zhǔn)確率達到92%以上。
針對大樣本下未知干擾類型的分類識別問題，該文提出一種基于信號特征空間的未知干擾自適應(yīng)識別方法。首先，基于Hilbert信號空間理論對干擾信號進行處理，建立干擾信號特征空間，進而利用投影定理對未知干擾進行最佳逼近，提出基于信號特征空間的概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(PNN)分類算法，并設(shè)計了未知干擾分類識別器的處理流程。仿真結(jié)果表明，與兩種傳統(tǒng)方法相比，該方法在已知干擾的分類精度方面分別提高了12.2%和2.8%；滿足條件的未知干擾最佳逼近效果隨功率強度呈線性變化，設(shè)計的分類識別器在滿足最佳逼近的各類干擾中總體識別率達到91.27%，處理干擾識別的速度明顯改善；在信噪比達到4 dB時，對未知干擾識別準(zhǔn)確率達到92%以上。
2019, 41(8): 1924-1930.
doi: 10.11999/JEIT181041
摘要:
針對基于互質(zhì)陣列的欠定DOA估計方法對于虛擬陣元非連續(xù)部分利用率不高的問題，該文提出一種基于Toeplitz協(xié)方差矩陣重構(gòu)的DOA估計方法。首先，從互質(zhì)陣列差聯(lián)合陣的角度分析虛擬陣元分布特性，結(jié)合其與協(xié)方差矩陣中各元素得到的波程差存在對應(yīng)關(guān)系，將協(xié)方差矩陣進行擴展得到一個數(shù)據(jù)缺失的高維協(xié)方差矩陣；然后，根據(jù)矩陣填充理論，用跡范數(shù)代替秩范數(shù)進行松弛，對缺失元素進行填充；最后，利用現(xiàn)有root-MUSIC方法進行DOA估計。理論分析和仿真結(jié)果表明，該方法提升了虛擬陣元的利用率，從而增加了虛擬孔徑和可估計信號數(shù)，同時無需對角度域進行離散化處理，有效消除了模型失配的影響，并且避免了正則化參數(shù)選取問題，提高了估計精度和分辨率。
針對基于互質(zhì)陣列的欠定DOA估計方法對于虛擬陣元非連續(xù)部分利用率不高的問題，該文提出一種基于Toeplitz協(xié)方差矩陣重構(gòu)的DOA估計方法。首先，從互質(zhì)陣列差聯(lián)合陣的角度分析虛擬陣元分布特性，結(jié)合其與協(xié)方差矩陣中各元素得到的波程差存在對應(yīng)關(guān)系，將協(xié)方差矩陣進行擴展得到一個數(shù)據(jù)缺失的高維協(xié)方差矩陣；然后，根據(jù)矩陣填充理論，用跡范數(shù)代替秩范數(shù)進行松弛，對缺失元素進行填充；最后，利用現(xiàn)有root-MUSIC方法進行DOA估計。理論分析和仿真結(jié)果表明，該方法提升了虛擬陣元的利用率，從而增加了虛擬孔徑和可估計信號數(shù)，同時無需對角度域進行離散化處理，有效消除了模型失配的影響，并且避免了正則化參數(shù)選取問題，提高了估計精度和分辨率。
2019, 41(8): 1931-1938.
doi: 10.11999/JEIT181078
摘要:
高頻地波雷達(HFSWR)利用電磁波繞射原理進行目標(biāo)探測，具有超視距的特性。然而，探測距離的增加會使得雷達目標(biāo)回波能量減弱，進而使得雷達探測能力下降。為了改善高頻地波雷達的探測性能，該文提出了一種基于信息幾何理論的局域聯(lián)合矩陣恒虛警率(CFAR)檢測器，利用信號在角度、多普勒速度和距離的多維信息進行檢測；并使用對數(shù)行列式散度(LDD)和對稱對數(shù)行列式散度(SLDD)代替黎曼距離(RD)作為距離度量。最后，實驗結(jié)果驗證了該文提出的檢測器能夠有效地改善雷達對目標(biāo)的檢測性能。
高頻地波雷達(HFSWR)利用電磁波繞射原理進行目標(biāo)探測，具有超視距的特性。然而，探測距離的增加會使得雷達目標(biāo)回波能量減弱，進而使得雷達探測能力下降。為了改善高頻地波雷達的探測性能，該文提出了一種基于信息幾何理論的局域聯(lián)合矩陣恒虛警率(CFAR)檢測器，利用信號在角度、多普勒速度和距離的多維信息進行檢測；并使用對數(shù)行列式散度(LDD)和對稱對數(shù)行列式散度(SLDD)代替黎曼距離(RD)作為距離度量。最后，實驗結(jié)果驗證了該文提出的檢測器能夠有效地改善雷達對目標(biāo)的檢測性能。
2019, 41(8): 1939-1945.
doi: 10.11999/JEIT180946
摘要:
隨著輕小型無人機(UAV)日益發(fā)展，基于UAV平臺搭載微型SAR系統(tǒng)的探測手段會給信息獲取方式帶來革命性的影響，這也對微型載荷提出了的更高的需求。針對這一需求，該文介紹了一種W波段UAV微型SAR系統(tǒng)，提出了基于鎖相技術(shù)的線性調(diào)頻源的設(shè)計方法，并對毫米波(MMW)介質(zhì)集成波導(dǎo)天線、3維集成、運動補償方法等關(guān)鍵問題進行研究，研制W波段無人機微型SAR系統(tǒng)原理樣機，基于多旋翼無人機平臺開展飛行成像應(yīng)用試驗。研究結(jié)果表明，原理樣機在系統(tǒng)分辨率、體積、重量等方面具有處于業(yè)內(nèi)領(lǐng)先水平，飛行試驗獲得了聚焦效果良好的高信噪比(SNR)圖像。
隨著輕小型無人機(UAV)日益發(fā)展，基于UAV平臺搭載微型SAR系統(tǒng)的探測手段會給信息獲取方式帶來革命性的影響，這也對微型載荷提出了的更高的需求。針對這一需求，該文介紹了一種W波段UAV微型SAR系統(tǒng)，提出了基于鎖相技術(shù)的線性調(diào)頻源的設(shè)計方法，并對毫米波(MMW)介質(zhì)集成波導(dǎo)天線、3維集成、運動補償方法等關(guān)鍵問題進行研究，研制W波段無人機微型SAR系統(tǒng)原理樣機，基于多旋翼無人機平臺開展飛行成像應(yīng)用試驗。研究結(jié)果表明，原理樣機在系統(tǒng)分辨率、體積、重量等方面具有處于業(yè)內(nèi)領(lǐng)先水平，飛行試驗獲得了聚焦效果良好的高信噪比(SNR)圖像。
2019, 41(8): 1946-1951.
doi: 10.11999/JEIT180983
摘要:
合成孔徑雷達(SAR)系統(tǒng)的輻射定標(biāo)可以構(gòu)建SAR圖像與地物后向散射截面積(RCS)的關(guān)系，反演目標(biāo)物理特性，滿足SAR定量化遙感需求。相對于其它波段，S波段SAR的定量化遙感工作罕見報道。該文利用已知SAR及平臺參數(shù)進行S波段SAR輻射定標(biāo)處理，首先推得了圖像像素值與目標(biāo)后向散射系數(shù)的關(guān)系，接下來詳細(xì)分析了各項誤差對定標(biāo)精度的影響，給出了天線指向誤差對定標(biāo)精度影響的解析表達式。該文的分析有利于建立各參數(shù)與輻射定標(biāo)精度的關(guān)系，方便設(shè)計時候的誤差分配。該文給出了草地、道路和平靜水面的S波段后向散射截面積統(tǒng)計值。最終實際數(shù)據(jù)處理結(jié)果表明，該系統(tǒng)利用該定標(biāo)方法可以在20°的視角范圍內(nèi)實現(xiàn)較高的絕對輻射精度。
合成孔徑雷達(SAR)系統(tǒng)的輻射定標(biāo)可以構(gòu)建SAR圖像與地物后向散射截面積(RCS)的關(guān)系，反演目標(biāo)物理特性，滿足SAR定量化遙感需求。相對于其它波段，S波段SAR的定量化遙感工作罕見報道。該文利用已知SAR及平臺參數(shù)進行S波段SAR輻射定標(biāo)處理，首先推得了圖像像素值與目標(biāo)后向散射系數(shù)的關(guān)系，接下來詳細(xì)分析了各項誤差對定標(biāo)精度的影響，給出了天線指向誤差對定標(biāo)精度影響的解析表達式。該文的分析有利于建立各參數(shù)與輻射定標(biāo)精度的關(guān)系，方便設(shè)計時候的誤差分配。該文給出了草地、道路和平靜水面的S波段后向散射截面積統(tǒng)計值。最終實際數(shù)據(jù)處理結(jié)果表明，該系統(tǒng)利用該定標(biāo)方法可以在20°的視角范圍內(nèi)實現(xiàn)較高的絕對輻射精度。
2019, 41(8): 1952-1959.
doi: 10.11999/JEIT180936
摘要:
通?？臻g自旋目標(biāo)的3維(3D)重構(gòu)都是通過對散射點軌跡進行矩陣分解的方法得到的，散射點軌跡是從雷達序列圖提取并關(guān)聯(lián)得到的。由于散射點提取與關(guān)聯(lián)誤差的存在，3D重構(gòu)會出現(xiàn)精度下降，甚至失敗的問題。另一方面，轉(zhuǎn)臺目標(biāo)的散射點軌跡符合圓屬性，這與幾何投影理論認(rèn)為散射點投影軌跡的橢圓屬性相違背。為解決以上問題，該文提出了基于短時的空間目標(biāo)3D重構(gòu)算法。首先對提取的散射點軌跡進行2維圓屬性擬合，使其軌跡光滑，更接近理論曲線。然后采用多視角的方法估計雷達視角(LOS)，通過乘以雷達視角構(gòu)成的系數(shù)，將圓屬性軌跡曲線轉(zhuǎn)變成橢圓屬性軌跡曲線。通過對散射點橢圓屬性軌跡進行矩陣分解的方法獲得目標(biāo)的3D結(jié)構(gòu)。最后通過2個實驗驗證了該文所提算法的有效性。
通?？臻g自旋目標(biāo)的3維(3D)重構(gòu)都是通過對散射點軌跡進行矩陣分解的方法得到的，散射點軌跡是從雷達序列圖提取并關(guān)聯(lián)得到的。由于散射點提取與關(guān)聯(lián)誤差的存在，3D重構(gòu)會出現(xiàn)精度下降，甚至失敗的問題。另一方面，轉(zhuǎn)臺目標(biāo)的散射點軌跡符合圓屬性，這與幾何投影理論認(rèn)為散射點投影軌跡的橢圓屬性相違背。為解決以上問題，該文提出了基于短時的空間目標(biāo)3D重構(gòu)算法。首先對提取的散射點軌跡進行2維圓屬性擬合，使其軌跡光滑，更接近理論曲線。然后采用多視角的方法估計雷達視角(LOS)，通過乘以雷達視角構(gòu)成的系數(shù)，將圓屬性軌跡曲線轉(zhuǎn)變成橢圓屬性軌跡曲線。通過對散射點橢圓屬性軌跡進行矩陣分解的方法獲得目標(biāo)的3D結(jié)構(gòu)。最后通過2個實驗驗證了該文所提算法的有效性。
2019, 41(8): 1960-1965.
doi: 10.11999/JEIT180914
摘要:
探月工程嫦娥4號中繼星任務(wù)同時搭載月球軌道微衛(wèi)星，受地面測控資源分配限制，微衛(wèi)星的軌道測量由地基S/X頻段統(tǒng)一測控(TT&C)系統(tǒng)天線(USB)保障。該文通過分析地月轉(zhuǎn)移軌道段中繼星、微衛(wèi)星相對于跟蹤測站的幾何構(gòu)型，依托深空干涉測量系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)對微衛(wèi)星、中繼星的同波束干涉測量(SBI)跟蹤；發(fā)揮中繼星測控資源豐富、軌道精度高的優(yōu)勢，獲取了微衛(wèi)星優(yōu)于1 ns的測角觀測量；并應(yīng)用于微衛(wèi)星短弧定軌，統(tǒng)計分析表明定軌精度由2 km提升至優(yōu)于1 km、預(yù)報精度由6 km提升至2 km，為微衛(wèi)星軌道機動后的快速高精度軌道確定與預(yù)報提供了有力支撐。
探月工程嫦娥4號中繼星任務(wù)同時搭載月球軌道微衛(wèi)星，受地面測控資源分配限制，微衛(wèi)星的軌道測量由地基S/X頻段統(tǒng)一測控(TT&C)系統(tǒng)天線(USB)保障。該文通過分析地月轉(zhuǎn)移軌道段中繼星、微衛(wèi)星相對于跟蹤測站的幾何構(gòu)型，依托深空干涉測量系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)對微衛(wèi)星、中繼星的同波束干涉測量(SBI)跟蹤；發(fā)揮中繼星測控資源豐富、軌道精度高的優(yōu)勢，獲取了微衛(wèi)星優(yōu)于1 ns的測角觀測量；并應(yīng)用于微衛(wèi)星短弧定軌，統(tǒng)計分析表明定軌精度由2 km提升至優(yōu)于1 km、預(yù)報精度由6 km提升至2 km，為微衛(wèi)星軌道機動后的快速高精度軌道確定與預(yù)報提供了有力支撐。
2019, 41(8): 1966-1973.
doi: 10.11999/JEIT180948
摘要:
在分析了矢量跟蹤環(huán)路和標(biāo)量跟蹤環(huán)路故障檢測方面差異的基礎(chǔ)上，該文指出全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)矢量接收機自主完好性監(jiān)控(RAIM)技術(shù)所存在的問題，即RAIM檢測量受噪聲影響導(dǎo)致檢測故障不準(zhǔn)確，和故障信息在環(huán)路中的傳播使得難以準(zhǔn)確識別出故障源。針對上述問題，對矢量接收機的結(jié)構(gòu)進行了改進，提出基于預(yù)濾波器的雙環(huán)路跟蹤結(jié)構(gòu)。在新結(jié)構(gòu)中，通過基于容積卡爾曼濾波算法的預(yù)濾波器削弱噪聲的影響，并通過雙環(huán)路切換的方法阻止故障信息的傳播。仿真實驗結(jié)果表明，改進后的矢量接收機不僅RAIM檢測統(tǒng)計量的均值和方差都顯著減小，而且識別故障的準(zhǔn)確率有了明顯的提高，RAIM性能較原來得到了有效提升。
在分析了矢量跟蹤環(huán)路和標(biāo)量跟蹤環(huán)路故障檢測方面差異的基礎(chǔ)上，該文指出全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)矢量接收機自主完好性監(jiān)控(RAIM)技術(shù)所存在的問題，即RAIM檢測量受噪聲影響導(dǎo)致檢測故障不準(zhǔn)確，和故障信息在環(huán)路中的傳播使得難以準(zhǔn)確識別出故障源。針對上述問題，對矢量接收機的結(jié)構(gòu)進行了改進，提出基于預(yù)濾波器的雙環(huán)路跟蹤結(jié)構(gòu)。在新結(jié)構(gòu)中，通過基于容積卡爾曼濾波算法的預(yù)濾波器削弱噪聲的影響，并通過雙環(huán)路切換的方法阻止故障信息的傳播。仿真實驗結(jié)果表明，改進后的矢量接收機不僅RAIM檢測統(tǒng)計量的均值和方差都顯著減小，而且識別故障的準(zhǔn)確率有了明顯的提高，RAIM性能較原來得到了有效提升。
2019, 41(8): 1974-1982.
doi: 10.11999/JEIT181135
摘要:
為提高雙極化衛(wèi)星通信的安全傳輸性能，該文提出一種基于雙層多參數(shù)加權(quán)類分?jǐn)?shù)階傅里葉變換(DL-MPWFRFT)的安全傳輸方法。該方法中對相互正交的兩路極化狀態(tài)-幅相聯(lián)合調(diào)制信號進行DL-MPWFRFT變換處理，并通過數(shù)模轉(zhuǎn)換和射頻化處理上載到衛(wèi)星信道中。仿真結(jié)果表明，該方法使傳輸信號的星座圖發(fā)生旋轉(zhuǎn)和擴散，抗掃描能力提高，在增加系統(tǒng)容量的同時增強了系統(tǒng)的抗截獲性。
為提高雙極化衛(wèi)星通信的安全傳輸性能，該文提出一種基于雙層多參數(shù)加權(quán)類分?jǐn)?shù)階傅里葉變換(DL-MPWFRFT)的安全傳輸方法。該方法中對相互正交的兩路極化狀態(tài)-幅相聯(lián)合調(diào)制信號進行DL-MPWFRFT變換處理，并通過數(shù)模轉(zhuǎn)換和射頻化處理上載到衛(wèi)星信道中。仿真結(jié)果表明，該方法使傳輸信號的星座圖發(fā)生旋轉(zhuǎn)和擴散，抗掃描能力提高，在增加系統(tǒng)容量的同時增強了系統(tǒng)的抗截獲性。
2019, 41(8): 1983-1991.
doi: 10.11999/JEIT180921
摘要:
相關(guān)濾波(CF)方法應(yīng)用于視覺跟蹤領(lǐng)域中效果顯著，但是由于邊界效應(yīng)的影響，導(dǎo)致跟蹤效果受到限制，針對這一問題，該文提出一種基于樣本質(zhì)量估計的正則化自適應(yīng)的相關(guān)濾波視覺跟蹤算法。首先，該算法在濾波器的訓(xùn)練過程中加入空間懲罰項，構(gòu)建目標(biāo)與背景的顏色及灰度直方圖模板并計算樣本質(zhì)量系數(shù)，使得空間正則項根據(jù)樣本質(zhì)量系數(shù)自適應(yīng)變化，不同質(zhì)量的樣本受到不同程度的懲罰，減小了邊界效應(yīng)對跟蹤的影響；其次，通過對樣本質(zhì)量系數(shù)的判定，合理優(yōu)化跟蹤結(jié)果及模型更新，提高了跟蹤的可靠性和準(zhǔn)確性。在OTB2013和OTB2015數(shù)據(jù)平臺上的實驗數(shù)據(jù)表明，與近幾年主流的跟蹤算法相比，該文算法的成功率均為最高，且與空間正則化相關(guān)濾波(SRDCF)算法相比分別提高了9.3%和9.9%。
相關(guān)濾波(CF)方法應(yīng)用于視覺跟蹤領(lǐng)域中效果顯著，但是由于邊界效應(yīng)的影響，導(dǎo)致跟蹤效果受到限制，針對這一問題，該文提出一種基于樣本質(zhì)量估計的正則化自適應(yīng)的相關(guān)濾波視覺跟蹤算法。首先，該算法在濾波器的訓(xùn)練過程中加入空間懲罰項，構(gòu)建目標(biāo)與背景的顏色及灰度直方圖模板并計算樣本質(zhì)量系數(shù)，使得空間正則項根據(jù)樣本質(zhì)量系數(shù)自適應(yīng)變化，不同質(zhì)量的樣本受到不同程度的懲罰，減小了邊界效應(yīng)對跟蹤的影響；其次，通過對樣本質(zhì)量系數(shù)的判定，合理優(yōu)化跟蹤結(jié)果及模型更新，提高了跟蹤的可靠性和準(zhǔn)確性。在OTB2013和OTB2015數(shù)據(jù)平臺上的實驗數(shù)據(jù)表明，與近幾年主流的跟蹤算法相比，該文算法的成功率均為最高，且與空間正則化相關(guān)濾波(SRDCF)算法相比分別提高了9.3%和9.9%。
2019, 41(8): 1992-2000.
doi: 10.11999/JEIT181097
摘要:
針對如何提高紙幣識別率的問題，該文提出一種改進深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(DCNN)的紙幣識別算法。該算法首先通過融合遷移學(xué)習(xí)、帶泄露整流(Leaky ReLU)函數(shù)、批量歸一化(BN)和多層次殘差單元構(gòu)造深度卷積層，對輸入的不同尺寸紙幣進行穩(wěn)定而快速的特征提取與學(xué)習(xí)；然后采用改進的多層次空間金字塔池化算法對提取的紙幣特征實現(xiàn)固定大小的輸出表示；最后通過網(wǎng)絡(luò)全連接層和softmax層實現(xiàn)紙幣圖像分類。實驗結(jié)果表明，該算法在分類性能、泛化能力與穩(wěn)定性上明顯優(yōu)于常用的紙幣分類算法；同時該算法也能夠滿足紙幣清分系統(tǒng)的實時性要求。
針對如何提高紙幣識別率的問題，該文提出一種改進深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(DCNN)的紙幣識別算法。該算法首先通過融合遷移學(xué)習(xí)、帶泄露整流(Leaky ReLU)函數(shù)、批量歸一化(BN)和多層次殘差單元構(gòu)造深度卷積層，對輸入的不同尺寸紙幣進行穩(wěn)定而快速的特征提取與學(xué)習(xí)；然后采用改進的多層次空間金字塔池化算法對提取的紙幣特征實現(xiàn)固定大小的輸出表示；最后通過網(wǎng)絡(luò)全連接層和softmax層實現(xiàn)紙幣圖像分類。實驗結(jié)果表明，該算法在分類性能、泛化能力與穩(wěn)定性上明顯優(yōu)于常用的紙幣分類算法；同時該算法也能夠滿足紙幣清分系統(tǒng)的實時性要求。
2019, 41(8): 2001-2008.
doi: 10.11999/JEIT180886
摘要:
樹增強樸素貝葉斯(TAN)結(jié)構(gòu)強制每個屬性結(jié)點必須擁有類別父結(jié)點和一個屬性父結(jié)點，也沒有考慮到各個屬性與類別之間的相關(guān)性差異，導(dǎo)致分類準(zhǔn)確率較差。為了改進TAN的分類準(zhǔn)確率，該文首先擴展TAN結(jié)構(gòu)，允許屬性結(jié)點沒有父結(jié)點或只有一個屬性父結(jié)點；提出一種利用可分解的評分函數(shù)構(gòu)建樹形貝葉斯分類模型的學(xué)習(xí)方法，采用低階條件獨立性(CI)測試初步剔除無效屬性，再結(jié)合改進的貝葉斯信息標(biāo)準(zhǔn)(BIC)評分函數(shù)利用貪婪搜索獲得每個屬性結(jié)點的父結(jié)點，從而建立分類模型。對比樸素貝葉斯(NB)和TAN，構(gòu)建的分類器在多個分類指標(biāo)上表現(xiàn)更好，說明該方法具有一定的優(yōu)越性。
樹增強樸素貝葉斯(TAN)結(jié)構(gòu)強制每個屬性結(jié)點必須擁有類別父結(jié)點和一個屬性父結(jié)點，也沒有考慮到各個屬性與類別之間的相關(guān)性差異，導(dǎo)致分類準(zhǔn)確率較差。為了改進TAN的分類準(zhǔn)確率，該文首先擴展TAN結(jié)構(gòu)，允許屬性結(jié)點沒有父結(jié)點或只有一個屬性父結(jié)點；提出一種利用可分解的評分函數(shù)構(gòu)建樹形貝葉斯分類模型的學(xué)習(xí)方法，采用低階條件獨立性(CI)測試初步剔除無效屬性，再結(jié)合改進的貝葉斯信息標(biāo)準(zhǔn)(BIC)評分函數(shù)利用貪婪搜索獲得每個屬性結(jié)點的父結(jié)點，從而建立分類模型。對比樸素貝葉斯(NB)和TAN，構(gòu)建的分類器在多個分類指標(biāo)上表現(xiàn)更好，說明該方法具有一定的優(yōu)越性。
2019, 41(8): 2009-2016.
doi: 10.11999/JEIT180692
摘要:
針對Apriori算法與FP-Growth算法在最大頻繁項集挖掘過程中存在的運行低效、內(nèi)存消耗大、難以適應(yīng)稠密數(shù)據(jù)集的處理、影響大數(shù)據(jù)價值挖掘時效等問題，該文提出一種基于鄰接表的最大頻繁項集挖掘算法。該算法只需遍歷數(shù)據(jù)庫一次，同時用哈希表對鄰接表進行輔助存儲，減小了遍歷的空間規(guī)模。理論分析與實驗結(jié)果表明，該算法時間與空間復(fù)雜度較低，提高了最大頻繁項集挖掘速率，尤其在處理稠密數(shù)據(jù)集時具有較好的優(yōu)越性。
針對Apriori算法與FP-Growth算法在最大頻繁項集挖掘過程中存在的運行低效、內(nèi)存消耗大、難以適應(yīng)稠密數(shù)據(jù)集的處理、影響大數(shù)據(jù)價值挖掘時效等問題，該文提出一種基于鄰接表的最大頻繁項集挖掘算法。該算法只需遍歷數(shù)據(jù)庫一次，同時用哈希表對鄰接表進行輔助存儲，減小了遍歷的空間規(guī)模。理論分析與實驗結(jié)果表明，該算法時間與空間復(fù)雜度較低，提高了最大頻繁項集挖掘速率，尤其在處理稠密數(shù)據(jù)集時具有較好的優(yōu)越性。
2019, 41(8): 2017-2024.
doi: 10.11999/JEIT180949
摘要:
針對常規(guī)最大類間方差法在多閾值圖像分割中存在的運算量大、計算時間長、分割精度較低等問題，該文提出一種基于改進的自適應(yīng)差分演化(JADE)算法的2維Otsu多閾值分割法。首先，為增強初始化種群的質(zhì)量、提升控制參數(shù)的適應(yīng)性，將混沌映射機制融入到JADE算法中；進而，通過該改進算法求解2維 Otsu 多閾值圖像的最佳分割閾值；最終，將該算法與差分進化(DE), JADE，改進正弦參數(shù)自適應(yīng)的差分進化(LSHADE-cnEpSin)以及增強的適應(yīng)性微分變換差分進化(EFADE) 4種算法的2維Otsu多閾值圖像分割進行比較。實驗結(jié)果表明，與其它4種算法相比，基于改進JADE算法的2維Otsu多閾值圖像分割在分割速度以及精度上均有較明顯的改善。
針對常規(guī)最大類間方差法在多閾值圖像分割中存在的運算量大、計算時間長、分割精度較低等問題，該文提出一種基于改進的自適應(yīng)差分演化(JADE)算法的2維Otsu多閾值分割法。首先，為增強初始化種群的質(zhì)量、提升控制參數(shù)的適應(yīng)性，將混沌映射機制融入到JADE算法中；進而，通過該改進算法求解2維 Otsu 多閾值圖像的最佳分割閾值；最終，將該算法與差分進化(DE), JADE，改進正弦參數(shù)自適應(yīng)的差分進化(LSHADE-cnEpSin)以及增強的適應(yīng)性微分變換差分進化(EFADE) 4種算法的2維Otsu多閾值圖像分割進行比較。實驗結(jié)果表明，與其它4種算法相比，基于改進JADE算法的2維Otsu多閾值圖像分割在分割速度以及精度上均有較明顯的改善。
2019, 41(8): 2025-2032.
doi: 10.11999/JEIT180828
摘要:
為準(zhǔn)確有效地實現(xiàn)自然圖像的壓縮感知(CS)重構(gòu)，該文提出一種基于圖像非局部低秩(NLR)和加權(quán)全變分(WTV)的CS重構(gòu)算法。該算法考慮圖像的非局部自相似性(NSS)和局部光滑特性，對傳統(tǒng)的全變分(TV)模型進行改進，只對圖像的高頻分量設(shè)置權(quán)重，并用一種差分曲率的邊緣檢測算子來構(gòu)造權(quán)重系數(shù)。此外，算法以改進的TV模型與NLR模型為約束構(gòu)建優(yōu)化模型，并分別采用光滑非凸函數(shù)和軟閾值函數(shù)來求解低秩和全變分優(yōu)化問題，很好地利用了圖像的自身性質(zhì)，保護了圖像的細(xì)節(jié)信息，并提高了算法的抗噪性和適應(yīng)性。仿真結(jié)果表明，與基于NLR的CS算法相比，相同采樣率下，該文所提算法的峰值信噪比最高可提高2.49 dB，且抗噪性更強，驗證了算法的有效性。
為準(zhǔn)確有效地實現(xiàn)自然圖像的壓縮感知(CS)重構(gòu)，該文提出一種基于圖像非局部低秩(NLR)和加權(quán)全變分(WTV)的CS重構(gòu)算法。該算法考慮圖像的非局部自相似性(NSS)和局部光滑特性，對傳統(tǒng)的全變分(TV)模型進行改進，只對圖像的高頻分量設(shè)置權(quán)重，并用一種差分曲率的邊緣檢測算子來構(gòu)造權(quán)重系數(shù)。此外，算法以改進的TV模型與NLR模型為約束構(gòu)建優(yōu)化模型，并分別采用光滑非凸函數(shù)和軟閾值函數(shù)來求解低秩和全變分優(yōu)化問題，很好地利用了圖像的自身性質(zhì)，保護了圖像的細(xì)節(jié)信息，并提高了算法的抗噪性和適應(yīng)性。仿真結(jié)果表明，與基于NLR的CS算法相比，相同采樣率下，該文所提算法的峰值信噪比最高可提高2.49 dB，且抗噪性更強，驗證了算法的有效性。
