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• 2012年, 第7期　刊出日期：2012-07-25 上一期    下一期
  本期栏目： 论文

论文

提供分级接入控制机制的聚合组密钥协商算法

顾小卓

2012, 34(7): 1-5. doi:

摘要 ( 297 )   PDF (401KB) ( 426 )   　　

高效并能实时更新密钥的组密钥协商算法是保证无线自组织网络通信内容安全性和私密性的前提。本文针对成员对多个资源拥有不同接入权限的情况，将集中式分级接入控制机制中的密钥管理算法应用于无线自组织网络中，提出了聚合组密钥协商算法IGK。对密钥建立时的计算开销和通信开销的理论分析表明,聚合组密钥协商算法在密钥建立时要优于单组密钥协商算法。

车载自组网中一种支持群签名认证的分布式密钥管理方案

孙一品,胡乔林,苏金树

2012, 34(7): 6-11. doi:

摘要 ( 274 )   PDF (469KB) ( 416 )   　　

群签名具备良好的匿名认证特性，满足车载自组网信息安全和隐私保护需求。但是，其作废开销较大，不适于在大规模网络环境中应用。为此，本文提出了一种支持群签名认证的分布式密钥管理方案DKM，将车载自组网的覆盖区域划分为若干子区域，车辆周期性地从所在子区域的群管理机构更新群密钥。这样，作废某个成员只需要在其拥有合法密钥的子区域内通告，而不是整个网络，有利于降低作废开销。同时，DKM中的密钥更新机制能够保证车辆的群密钥的私密性，从而避免了车辆与区域群管理机构的授权争议，保持了数字签名的不可否认性。性能分析表明DKM能够显著缩短作废列表长度，同时没有增加认证开销。

无线传感器网络中基于能量效率的多路径路由算法

樊志平1,2,金政哲1,谢冬青1

2012, 34(7): 12-17. doi:

摘要 ( 247 )   PDF (575KB) ( 416 )   　　

针对无线传感器网络节点能量受限的特点，本文提出了一种能量有效、负载均衡的多路径路由算法（EMR）。该算法在按需路由协议AODV基础上，不单纯以最小跳数或者最小时延作为路由选择依据，充分考虑到了路由的能量消耗最小化，避开剩余能量过低的节点，数据沿着最小跳数或路径关键能量比较高的路径传输，降低了网络的能量消耗，也避免关键节点的过量负载。分析与仿真结果表明, 与AODV 协议相比较, EMR具有更好的分组投递率、端到端时延，推迟了网络中出现死亡节点的时间，从而延长了网络生命周期。

无线公交车载网络切换机制研究

匡罗贝，徐明，喻卫，陈颖文

2012, 34(7): 18-23. doi:

摘要 ( 240 )   PDF (613KB) ( 388 )   　　

为公交车乘客提供高质量的Internet服务可以让其在乘车过程中享受娱乐及工作，进而大大提高乘客的生活质量。基于此，本文针对公交车载网络的切换问题进行研究。首先提出一种改进的公交车载网络结构，进而提出一种基于数据传输速率的切换触发机制。该机制可以准确触发切换，减少切换开销，改进通信稳定性。针对公交站点存在多个访问点的切换场景，本文进一步提出一种合适的切换策略–MHandoff。MHandoff以负载均衡为目标进行访问点选择，同时可以保证各个已连接的公交车辆的平均吞吐率。仿真实验表明，与传统方法相比，以上机制可以较好地提高系统性能，能更好地适于公交车载通信。

改进的字节频度负载异常入侵检测方法

翁广安1，余胜生2，周敬利2

2012, 34(7): 24-28. doi:

摘要 ( 219 )   PDF (813KB) ( 338 )   　　

数据集内容的特性对基于负载的网络异常入侵检测系统准确度有很大影响。本文分析了训练集数据包之间的内容特性差异对基于字节频度分布的模型的影响，较大的差异可能会导致分组计算频度均值的模型产生较高的误报率。本文据此提出了一种改进的模型—单包频度分布模型，以单个数据包的频度分布特征构成正常行为集，并以聚类方法控制其规模。在模拟数据集和DARPA99数据集上的实验表明，训练集数据包内容特性的差异确实导致基于均值的字节频度模型产生更多的误报，单包频度分布模型则不受影响，它有更高的检测准确度，在同等检测率下误报率更低。在数据包相互完全不同的情况下，基于均值的模型甚至失效。可认为单包频度分布模型对具有丰富动态内容的网络服务将有良好的适应能力。

FISDR：一种新的故障注入无线传感器网络性能评估系统

黄旭1,2,陈冬岩1,李会1，邵珠瑜1，于磊磊1

2012, 34(7): 29-34. doi:

摘要 ( 257 )   PDF (1257KB) ( 326 )   　　

在无线传感器网络WSN中，可靠性和容错性是评价WSN稳定性的重要指标。在WSN的实际应用中常会发生很多故障(Fault)和干扰，采用故障注入FI技术可以向WSN人为地注入这些故障和干扰，通过观察注入故障后网络的反应来评价网络的可靠性和容错性，从而对网络机制进行改进来提高网络的可靠性和稳定性。本文提出的 FISDR是一种采用故障注入的WSN性能评估系统，基于软件故障注入方法，采用一对一的方式通过特殊接口与WSN节点连接，向WSN节点注入故障命令。该系统一是可以有效地向WSN注入各种实际应用时可能遇到的故障和干扰并观察网络运行的状况；二是可以接收包括WSN节点和其它各种设备通过特殊接口发来的数据，并将其存储；三是配有上位机软件对网络拓扑结构进行监控、对传输成功率进行统计并对存储的大量信息进行分析，从而对WSN网络及其可靠性做出评价。本系统在一栋五层办公楼分别用数十个WSN节点和FISDR节点做实验，实验内容包括使用FISDR向WSN注入大规模的故障并统计网络的反应状况，验证FISDR故障注入的效果，从而对FISDR的性能进行测试和分析。实验结果表明，FISDR可以有效地向WSN注入各种故障以评价其可靠性，在测试WSN及其可靠性评价方面有很高的应用价值。

WRR算法在多类别实时数据流调度中的优化

熊李艳，张胜辉

2012, 34(7): 35-38. doi:

摘要 ( 270 )   PDF (697KB) ( 398 )   　　

随着融合型网络的发展，服务质量（包括可用带宽、端到端的时延、抖动和丢包率）对一些实时数据流应用（语音流、视频流等）越来越重要。由于传统的WRR算法只能满足各个应用队列的公平性要求，而不能保证多类别实时数据的低时延和低抖动性要求，所以本文在WRR算法的基础上提出了BSTLRR调度算法，此算法运用了二层循环和借用时隙的两个思想。BSTLRR调度算法不仅在调度低时延和低抖动的多类别实时数据流帧方面要优于WRR调度算法，而且在一定程度上也保证了各优先级队列调度上的公平性。

网络态势感知中的报警记录觉察研究

王娟1，彭静2，王灿3

2012, 34(7): 39-45. doi:

摘要 ( 244 )   PDF (1634KB) ( 423 )   　　

网络态势感知中的报警觉察在处理粒度、规模、目标等方面均不同于传统入侵检测中的报警分析，更加侧重于人的理解。本文在现有基于相似度报警分析方法的基础上设计了一种“基于相似度的宏观网络报警觉察算法”，重新定义了报警属性相似度，将“优序对比法”引入属性权重设定，最后提出以“人的瞬时理解力”为依据的阈值选择方案。实验显示该方法能帮助网络管理人员从整体上把握网络异常的时间、范围、类型，理解网络的态势。

事务存储：具有容错特性的并发控制机制

宋伟

2012, 34(7): 46-53. doi:

摘要 ( 262 )   PDF (525KB) ( 372 )   　　

随着多核处理器的发展，开发线程级并行成为提升应用程序执行性能的必要手段，这使得事务存储作为一种具有良好支持线程级并行前景的并行编程机制受到越来越多的关注。本文首先从事务存储系统的冲突检测机制和数据版本管理机制的角度对事务存储系统进行了分类；然后总结综述了目前主要的事务存储系统的实现方式；最后从容错的角度重新审视了事务存储，我们认为事务存储本身具有良好的容错特性，可以自然地与一些主要的容错技术结合，实现高效的故障隔离、检测及恢复。

多核处理器中混合分布式共享存储空间的实时划分技术

陈小文1，陈书明1，鲁中海2，Axel Jantsch2

2012, 34(7): 54-59. doi:

摘要 ( 291 )   PDF (811KB) ( 452 )   　　

在多核处理器芯片中，分布式共享存储DSM虽然提供了统一的全局寻址的存储空间，但却引入了虚地址向实地址转换的开销，这对性能产生了负面的影响。我们注意到，在并行程序的执行过程中，被处理的数据属性（私有或共享）并不是一成不变的。并行程序中不同的数据具有不同的属性，即使同一数据在程序的不同执行阶段也可能具有不同的属性。本文首先详细地阐述了一种混合式的分布式共享存储空间，支持对共享数据采用全局寻址的虚地址访问而对私有数据采用快速寻址的实地址访问；进而提出了一种针对混合式的分布式共享存储空间的实时划分技术。该技术根据并行程序中数据的属性，在程序运行时，实时地调整和划分分布式共享存储空间。当数据为私有时，通过实地址访问加快数据的访问速度，当数据为共享时则维持虚地址访问，从而减少整个并行程序运行过程中的地址转换开销，提高系统的性能。实际应用程序的实验结果表明，与传统的分布式共享存储空间相比，实时划分的混合式的分布式共享存储空间具有性能优势，性能的提升比例与具体的网络规模、计算规模、并行程序映射方式等有关。在我们的实验中，性能的提升比例最高为13.14%，最低为6.98%。

一种基于块匹配算法的SAD运算加速器

谷会涛，陈书明

2012, 34(7): 60-64. doi:

摘要 ( 304 )   PDF (649KB) ( 310 )   　　

基于块匹配算法的运动估计是图像和视频应用中的关键技术。SAD运算是运动估计中最主要的运算形式，具有极高的计算复杂度和传输带宽需求。本文提出了一种可配置的SAD运算加速器结构，采用一个16×1规模的PE阵列和一个加法树结构加速SAD运算的执行。本文将PE阵列和加法树结构的流水线进行细致划分，有效提高了工作频率。加速器采用DMA事件机制，大部分的数据传输可以与SAD计算并行进行，减少了数据传输延迟引起的性能下降。实验结果显示，搜索16×16大小的搜索窗口，本文结构只需要4 102个周期。基于SMIC 0.13μm的CMOS标准单元工艺对本文结构进行综合，最高工作频率可达到750MHz，面积约为16.8k门和3.5 KB的片上存储器。

“腾越II”嵌入式异步微处理器的设计与实现

苏博,石伟,王志英,任洪广,王友瑞

2012, 34(7): 65-70. doi:

摘要 ( 251 )   PDF (918KB) ( 406 )   　　

嵌入式系统对处理器功耗开销有严格的限制，异步电路技术可以作为设计低功耗处理器的有效方法之一。针对嵌入式多媒体应用，本文设计实现了一款低功耗异步微处理器——腾越II。处理器中包含一个异步TTA微处理器内核、一个同步TTA微处理器内核、两个存储控制器和多个外部通信接口。异步内核通过基于宏单元的异步电路设计方法实现，其它部分通过基于标准单元的半定制设计流程实现。处理器芯片采用UMC 0.18μm CMOS工艺实现，基片面积为4.89×4.89mm2，工作电压为1.8V。经测试，处理器工作主频达到200MHz，且异步内核的功耗开销低于同步内核的50%。

一种面向自动向量化和数据置换操作的中间表示

陈向， 沈立

2012, 34(7): 71-77. doi:

摘要 ( 253 )   PDF (967KB) ( 331 )   　　

在现有的SIMD程序设计中，编译器或程序员都需要借助置换指令对参与运算的向量操作数进行重新组织，才能符合SIMD指令的要求。这些置换指令带来了较大的性能损失。本文提出了一种新的中间表示，它能够完整地记录标量和向量操作数的存储地址信息，使得置换指令的产生尽可能地推后，减少了冗余置换指令的产生。利用这种中间表示实现了一种数据置换操作的优化算法，它能够有效地减少置换指令带来的性能损失。面向一组典型的多媒体程序进行测试的结果表明，本文提出的方法可以平均获得7%的性能加速。

基于CUDA编程模型的稀疏对角矩阵向量乘优化

秦晋，龚春叶，胡庆丰，刘杰

2012, 34(7): 78-83. doi:

摘要 ( 327 )   PDF (829KB) ( 433 )   　　

稀疏矩阵向量乘是很多科学计算问题中的核心问题。本文针对稀疏对角矩阵，在DIA存储格式的基础上，设计了一种新型压缩存储格式CDIA，结合CUDA编程模型的特点，在计算线程上进行了细粒度的任务分配，同时为满足CUDA对存储器的合并访问要求，将压缩矩阵做了相应的转置处理，设计了细粒度算法与程序，并根据稀疏矩阵向量乘特点，做了相应的程序优化。实验数据显示，这种存储格式能够很好地发挥CUDA在数据处理方面的优势，在测试数据中，最高获得了单精度39.6 Gflop/s和双精度19.6 Gflop/s的浮点计算性能，性能在Nathan Bell和Michael Garland的基础上分别提高了7.6%和17.4%。

GPU上循环矩阵的快速求逆算法

郑作勇，张瑞霞

2012, 34(7): 84-88. doi:

摘要 ( 555 )   PDF (652KB) ( 575 )   　　

循环矩阵是一种特殊类型的Toeplitz矩阵，在很多专业领域尤其是图像和数字信号处理中有广泛的应用。计算其逆矩阵的快速算法由三个步骤组成：（1）使用离散傅立叶变换将矩阵的第一行元素转换到频率空间；（2）计算转换后的频谱中每个幅度的倒数；（3）在调整过的频谱上施加傅立叶反变换，获得逆矩阵的第一行元素，从而构建原始循环矩阵的逆矩阵。此算法的特点是每个数据元素的计算过程完全相同，同时独立于其它元素的计算，因而非常适合在GPU上运行。本文在GPU上实现了上述循环矩阵求逆的快速算法，将其转换为一个正方形的图形绘制。实验结果表明，该算法在GPU上的运行速度比在CPU上提高了大约10倍。

基于描述逻辑的OntoUML模型的形式化表示

齐玉东，杨斌，李瑛，谢晓方

2012, 34(7): 89-92. doi:

摘要 ( 268 )   PDF (488KB) ( 361 )   　　

将形式本体理论应用于UML语言的改进是UML的形式化研究的主要方法之一，其中OntoUML是一个概念上完整、语义上清晰和更具本体意义的UML版本。虽然OntoUML基于本体对UML进行了扩充，提供了更为丰富，更能表达现实世界语义的建模原语，但其表达方式不利于在信息系统的设计与开发中应用。本文基于描述逻辑对OntoUML中的关键建模原语及其关系给出了SHIQ形式化表示方法，并进行了实例研究。该方法表达精练、语义清晰，不仅能够表达逻辑清晰的模型，而且保证模型能够正确反映领域事实。这种形式化方法为信息系统概念建模方法提供了理论和应用支撑，在一定程度上推动了OntoUML更为广泛的应用。

AADL进程子集行为语义研究

苗德成1,2,奚建清2,苏锦钿2

2012, 34(7): 93-98. doi:

摘要 ( 288 )   PDF (651KB) ( 333 )   　　

AADL是一种基于组件的半形式化建模语言,采用结构化方法对大型复杂软件系统的软硬件进行统一建模,有效描述系统的功能行为、非功能属性以及运行时的体系结构动态演化,但其许多问题需要进一步研究与完善。本文首先分析了AADL形式语义研究现状,然后定义了AADL进程子集的形式语言,建立了AADL进程子集通信模型,通过对事件的形式化定义和分析体现了事件在系统状态转变过程中的重要作用,对AADL进程子集行为语义进行了研究。与相关研究成果的对比说明了本文的优势。本文为AADL语言及其形式语义的发展提供了一种有益的参考,进一步完善大型复杂软件系统体系结构建模与分析技术。

飞行航迹再现与三维回放研究

赵向领

2012, 34(7): 99-103. doi:

摘要 ( 365 )   PDF (517KB) ( 673 )   　　

为了便于飞行事后分析，根据民用客机机载数据，本文采用了轨迹积分法重现飞行轨迹并用经纬度转换法进行校正，首次利用几何高度表示飞行轨迹中的高度。为实现在三维场景中进行飞行动态回放研究，设计了三维飞行回放程序，重点设计了飞行轨迹以及姿态的变化在三维场景中的展示。通过程序演示表明：该方法能正确流畅地对飞行进行事后回放演练，有利于观察分析，可用于飞行事后调查与研究。

基于卡尔曼滤波改进的精子图像序列分割方法

余东，黄文明，温佩芝，宁如花，黄锦芳

2012, 34(7): 104-108. doi:

摘要 ( 304 )   PDF (571KB) ( 455 )   　　

图像分割是精子图像识别的一项关键技术，在精子运动能力分析中起着至关重要的作用。本文对采集的连续精子图像序列进行灰度化、去噪等预处理后，采用Otsu算法对首幅动物精子图像二值化，对后续图像采用Kalman Filter确定二值化阈值范围，改进Otsu算法求出每一幅图像的适当阈值并进行二值化，缩短算法时间并能保证分割精度。应用形态学消除精子尾部和部分精子之间的粘连现象，通过计算和比较目标面积、形状因子，去除小颗粒杂质以及形状及灰度和精子相似的杂质，为精子运动能力检测提供高质量的分割图像。

基于图像仿射不变特征点的零水印算法

聂雪莲，戴青

2012, 34(7): 109-113. doi:

摘要 ( 272 )   PDF (633KB) ( 394 )   　　

本文提出了一种基于图像提升小波变换和仿射不变特征点的零水印算法。首先对图像进行3级提升小波变换，然后在低频部分，利用HarrisAffine算子提取出图像的仿射不变特征点和仿射协变特征区域，利用这些特征区域来构造零水印信息。实验证明，该算法不仅对常规信号处理攻击和简单的几何攻击具有很强的鲁棒性，对于剪切、纵横比改变、行列去除，局部扭曲等较复杂的几何攻击也具有较强的抵抗能力。

基于压缩感知的低数据率雷达采样与成像方法

刘吉英，朱炬波

2012, 34(7): 114-119. doi:

摘要 ( 307 )   PDF (599KB) ( 405 )   　　

传统的信号获取体制要求采样率大于两倍信号带宽，这使得高速率A/D转换成为经典超宽带高分辨雷达系统的瓶颈技术之一。压缩感知理论提供了一种低速率采样的信号精确采集和重构方式。本文基于压缩感知理论，提出一种新的雷达采样与成像方法。根据目标的散射特性，采用了基于小波变换的雷达目标稀疏表示方法；结合雷达成像原理，构造了基于Fourier束的最优测量矩阵。仿真实验表明，基于压缩感知的低数据率雷达采样与成像方法，能在数据率仅为传统系统数据率15%的条件下，获得良好的成像结果，尤其是能对弱小目标进行高分辨成像。本文所提的方法可为新体制高分辨率成像雷达系统的设计提供支持。

基于图像边缘检测的变系数误差扩散方法

段敬红

2012, 34(7): 120-123. doi:

摘要 ( 236 )   PDF (597KB) ( 486 )   　　

误差扩散算法是一种重要的图像半色调化技术，被广泛应用于各种二值化的输出设备当中，但传统的误差扩散算法生成的半色调图像易出现“蠕虫”现象和边缘模糊。针对此问题，本文提出一种结合图像边缘检测的变系数误差扩散方法，该方法以Ostromoukhov提出的变系数误差扩散算法为基础，利用其优化后的误差扩散系数，可以较好地克服“蠕虫”现象。在此基础上，采用Sobel算子检测图像的边缘并沿边缘方向修正误差扩散滤波系数，以较好地保持原图像的边缘特性。实验结果表明，利用该方法产生的半色调图像不仅具有蓝噪声特性，而且边缘结构清晰。

图像几何特征参数快速提取算法

杨程，卢蓉，范勇，陈念年

2012, 34(7): 124-129. doi:

摘要 ( 226 )   PDF (527KB) ( 325 )   　　

图像分类识别是计算机视觉系统的重要组成部分，而正确快速地提取目标特征参数是图像分类识别的前提。本文针对目前图像几何特征参数提取算法存在运算量大的问题，提出一种快速的几何特征提取算法。算法首先采用顶点链码对图像连通区域进行编码，使之映射为一个闭合区域，然后将顶点链码的方向码与离散格林定理相结合，把曲面积分变为曲线积分，使多种几何特征参数的计算均可统一在该算法框架下。实验表明，该方法具有多参数计算统一性、运算量小、可适用于特殊区域等特点。

基于因子缩放的车牌图像倾斜校正方法

李元金1,2 ,王涛1,马良1

2012, 34(7): 130-135. doi:

摘要 ( 200 )   PDF (630KB) ( 330 )   　　

针对倾斜的车牌图像对后继字符切割带来不利影响的问题，提出一种车牌图像上“字符”的宽度按高度同因子缩放的车牌图像倾斜校正方法。首先，根据车牌图像的特点将车牌图像分成四块，并使用Radon变换分别检测分割后的四块车牌图像；然后，根据检测的结果，求出车牌图像上车牌四条边框所在的直线方程以及对应的长度，并计算出上边框与下边框对应点连线的直线方程和长度，根据这个长度计算出连线上各点处的缩放因子；最后，根据所求的因子对倾斜车牌图像上所有的点进行校正。实验表明，与经典校正法相比，本文所提出的车牌图像倾斜校正方法校正的结果更符合实际的长宽字符比，校正效果更好。

非高斯噪声中的粒子滤波算法研究

王晓薇，山拜·达拉拜，陈娟，李婷婷

2012, 34(7): 136-139. doi:

摘要 ( 195 )   PDF (567KB) ( 350 )   　　

在非线性非高斯动态系统中，粒子滤波已成为解决系统参数估计和状态滤波的主流方法。然而，粒子退化是粒子滤波中不可避免的现象，粒子重采样是解决方法之一。本文针对粒子退化现象，在扩展卡尔曼滤波器的基础上研究了一种基于支持向量机粒子滤波算法，算法实现中扩展卡尔曼粒子滤波器结合支持向量机对当前时刻的重要性采样，再对粒子样本进行重采样。该算法能有效地利用量测值的最新信息，状态估计误差较小，同时避免了粒子匮乏。理论分析和仿真结果表明，新算法在双模噪声非线性系统估计的精度优于标准粒子滤波算法与扩展卡尔曼粒子滤波算法。

基于精确稀疏扩展信息滤波的粒子滤波SLAM算法研究

朱代先1,王晓华2

2012, 34(7): 140-145. doi:

摘要 ( 211 )   PDF (714KB) ( 328 )   　　

传统粒子滤波算法的单次迭代过程以及小权值粒子在重采样中被删除都使得机器人位姿的历史信息不能充分利用，因而会出现粒子的退化现象，从而导致滤波算法的估计精度较低。本文提出基于精确稀疏扩展信息滤波的粒子滤波SLAM算法，利用精确稀疏扩展信息滤波的信息矩阵反映机器人位姿相对变化的同时，也对应于状态后验概率的条件概率的性质，应用Gibbs采样直接从SLAM完全后验分布产生样本，充分利用了信息矩阵包含的不确定信息，粒子分布均匀，且保持了多样性，缓解了粒子退化现象。实验结果表明所提算法的粒子集能够更好地描述真实后验分布，显著提高了SLAM算法的估计精度。

一个新混沌系统的自适应模糊同步

任丽梅，刘建民，贾双盈

2012, 34(7): 146-149. doi:

摘要 ( 191 )   PDF (413KB) ( 286 )   　　

本文基于Takagi-Sugeno (T-S) 模糊模型，研究了混沌系统的自适应同步。基于T-S模糊模型重构了混沌系统，推导了在衰减率α下，自适应同步全局渐近稳定的充分条件；同时，在驱动系统参数未知的情况下，使用自适应参数调节律，得到响应系统参数的估计值。设计的模糊控制器均由线性函数构成，结构简单，规则少，有利于实际应用中构造控制器。数值仿真结果验证了方法的有效性。

基于一类分类的非线性回归算法

孙德山,郭 昶，徐 婷

2012, 34(7): 150-53. doi:

摘要 ( 163 )   PDF (361KB) ( 394 )   　　

一类支持向量机是只有正类样本的一类分类算法，该算法已经在孤立点检测、经济预警中有了广泛的应用。根据一类分类方法，本文提出一种非线性回归算法，该算法揭示了一类分类、二类分类以及回归之间的关系。该方法首先对训练数据的响应变量向上和向下移动ε，进而获得两个样本集合；然后应用核映射方法在高维特征空间中分别求包含两个集合的最小超球体中心；最后，通过求平分两个中心的间隔最大超平面获得回归函数。两个仿真实验结果验证了所给算法的有效性和可行性。

搜索空间边界连接的微粒群优化算法

潘章明，唐 川

2012, 34(7): 154-159. doi:

摘要 ( 180 )   PDF (696KB) ( 339 )   　　

针对粒子出界问题对微粒群优化算法收敛性能产生的不利影响，本文提出一种搜索空间边界连接的边界处理算法。该算法首先将搜索空间每一维的上下边界连接，形成一个逻辑上闭合的搜索空间，然后通过调整该空间中粒子位置的更新策略以及粒子速度更新公式中个体认知和社会认知差分向量的计算方法，消除了边界对飞行粒子的不利影响，使粒子在可行解空间中能够更加高效且均匀地搜索。实验结果表明，无论全局最优解位于搜索空间的边界区域还是中心区域，本文方法的全局搜索性能均优于现有的粒子边界处理方法。

基于种群多样性的自适应PSO算法求解VRPSPD问题

罗东升,刘衍民

2012, 34(7): 160-165. doi:

摘要 ( 189 )   PDF (644KB) ( 401 )   　　

为有效求解逆向物流车辆路径(VRPSPD)模型, 本文提出一种基于种群多样性的自适应PSO算法(SDAPSO)。在SDAPSO运行时，根据种群多样性,自适应地对种群中运行较差的粒子进行扰动操作, 提升这些粒子向最优解收敛的能力; 同时, 对全局最优粒子进行概率扰动, 以增加种群的多样性。标准检测函数的仿真结果表明SDAPSO算法是对基本PSO算法的有效改进。在对VRPSPD模型求解中, 通过与其它粒子群算法相比, 表明SDAPSO是求解该类问题的一种有效方法。

基于专家-模糊PID的冻结凿井智能流量控制研究

洪炎1，苏静明1,唐超礼1，张友能2

2012, 34(7): 166-171. doi:

摘要 ( 182 )   PDF (882KB) ( 341 )   　　

为有效提高煤矿冻结凿井效率，节省凿井能耗，本文设计了一种嵌入式专家模糊PID流量控制系统，该系统结合了嵌入式系统高效、实时的控制性能和专家模糊自适应控制的快、稳、准的控制效果，为煤矿冻结凿井流量智能控制提出了一种良好的解决方案。实验和仿真结果表明，在冻结凿井盐水流量控制中应用该控制器比单一的专家PID和模糊PID适应性更好、超调量更小、稳定速度更快，应用价值较高。

LED照明工程远程监控系统设计

杨洁翔1,2，吴影清1，刘廷章1

2012, 34(7): 172-176. doi:

摘要 ( 234 )   PDF (814KB) ( 323 )   　　

LED光源日益为人们所关注，各国都积极扶持并推进LED产业的发展。随着LED照明应用的推广，配套的运行监控及维护技术也应该相应发展起来，为LED工程的发展提供有力的支持。基于B/S模型设计的远程监控系统，针对LED照明工程地域分散的特点，将整个工程划分为不同的子区域，利用Internet将不同区域的照明线路数据连接起来，实现了照明工程的远程集中监控。同时，考虑到照明工程监控区域范围变化以及子区划分的变动，设计了可自由组合的结构，使得此系统不需经过大的改动就能灵活适应不同的情况。另外，通信系统的引入，给了管理员和远程用户一个及时沟通的平台。系统界面友善，运行稳定。

基于粒子群优化支持向量机的煤矿水位预测模型

郭凤仪1,郭长娜1, 王爱军2，王洋洋1，刘 丹1

2012, 34(7): 177-181. doi:

摘要 ( 263 )   PDF (698KB) ( 384 )   　　

支持向量机算法（SVM) 具有可靠的全局最优性和良好的泛化能力，适用于有限样本的学习，而该算法的成功与否很大程度上取决于其参数的选择，而常规经验选取方法往往不能获得满意效果。利用粒子群算法（PSO）随机搜索策略对支持向量机参数进行优选，建立基于粒子群算法参数优化的支持向量机模型(PSOSVM) 。仿真结果表明，该优化模型比传统的人工神经网络（BP）模拟效果要好，在拟合精度方面有很大的提高，且具有较好的泛化能力。

光电跟踪系统临界探测概率研究

陈 黎，武兆斌，王中许

2012, 34(7): 182-189. doi:

摘要 ( 198 )   PDF (592KB) ( 273 )   　　

光电跟踪系统的估计性能随着探测概率的下降而降低，是否存在一个临界探测概率，当跟踪系统的实际探测概率高于临界探测概率时，跟踪系统统计意义下的估计误差协方差对任意估计初值均收敛是跟踪系统设计时的一个关键问题。本文证明了跟踪系统临界探测概率的存在性，并且给出了临界探测概率的一组上下界，其上界被描述成一个非线性矩阵不等式(NMI)的最优解，其下界仅与跟踪系统状态转移矩阵的特征值有关。进一步利用摄动线性化方法给出了求解临界探测概率上界的一种迭代线性矩阵不等式(ILMI)算法，并且对跟踪系统在三种标准测试场景中的临界探测概率上界进行了仿真求解，仿真结果表明：当跟踪系统的探测概率高于50%时，其统计意义下的估计误差协方差对任意估计初值均收敛，这为跟踪系统探测概率的设计提供了理论依据。

工业以太网的一种分组调度实现

蒋维成，李兰英，黄孝斌，蒋志平

2012, 34(7): 191-194. doi:

摘要 ( 189 )   PDF (426KB) ( 289 )   　　

为了解决工业控制网络环境中，不同距离传送的实时数据帧延时问题，尤其是那些长距离传送的实时帧延迟太大，本文给出了一种调度方法，在发送数据时优先传送距离较远的实时帧。文中仔细分析了实时帧传送距离和延迟的关系，并结合实际网络例子，对实时帧的延时进行了讨论，提出了采用距离对角矩阵实现的方式，将长距离传送的实时帧延时控制在一定范围内，增加了实时数据的可用性。算法的实现不必对原有数据帧结构进行修改，降低了实现的成本和复杂性，同时也增加了对现有网络系统的支持，可将强大的网络技术应用到工业以太网中。最后，运用OPNET Modeler仿真软件进行仿真实验，验证了算法的正确性。

基于SUMO平台的微观交通仿真研究

韩光辉1，陈笑蓉1，俞 洋2，李永前2

2012, 34(7): 195-198. doi:

摘要 ( 474 )   PDF (567KB) ( 533 )   　　

微观交通仿真在城市交通控制系统中有着重要地位，而微观仿真模型的建立是其主要内容之一。Krauss模型是基于安全车速范式的微观、空间连续的车辆跟驰模型，为避免原始Krauss模型中加速度突变的问题，本文在其基础上提出了融合车辆减速度渐变过程的新模型。在SUMO仿真平台上编程实现了改进后的车辆跟驰模型，并在同等条件下对原始模型和改进模型进行了实例仿真分析，结果表明改进后的模型在一定程度上避免了加速度突变问题，交通流运行的仿真情况在整体性能上有显著改善，仿真效果与现实交通情况更趋一致。