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• 2013年, 第2期　刊出日期：2013-02-25 上一期    下一期
  本期栏目： 论文

论文

基于上下文定界的Fork/Join并行性的并发程序可达性分析

钱俊彦1,2，贾书贵1， 蔡国永1，赵岭忠1

2013, 35(2): 1-6. doi:

摘要 ( 185 )   PDF (542KB) ( 275 )   　　

随着多核技术日益发展，并发程序通过引入Fork/Join并行性，将任务分解为更细粒度的子任务并行执行，从而充分利用多核处理器提供的计算性能。并发执行线程之间的交错可能产生隐匿的程序设计错误，因此有必要对此类并发程序的正确性进行分析。上下文定界分析方法是一种检测并发程序中隐匿错误的高效方法，计算线程有限次上下文切换内的可达状态，确定错误状态是否可达。针对Fork/Join并行性的并发程序的可达性分析思想如下：首先，动态并发程序被建模为可模拟线程Fork/Join操作的动态并发下推系统P；然后从P中提取模拟其k定界执行的并发下推系统Pk。现有的上下文定界可达算法可解决提取后的并发下推系统的k定界可达性问题。

基于语义覆盖网的P2P信息共享系统研究

周广新1，唐九阳2，张扬3

2013, 35(2): 7-12. doi:

摘要 ( 122 )   PDF (942KB) ( 184 )   　　

现有P2P信息共享系统存在仅支持粗粒度、弱语义共享以及系统效率低等局限性，限制了其更大规模、更高层次的应用。基于资源相似节点通过信息聚类聚集在同一主题域，实现节点资源有序组织的思想，提出了一种基于语义覆盖网的P2P信息共享系统，建立由资源层、信息服务中心层、语义覆盖网络层和应用层四个层次组成的系统框架结构，并阐述了系统流程。分析表明，该系统有效优化了网络性能，可扩展性好，可以胜任不同的网络规模。

交换超立方网的自适应性无死锁路由算法

曹入辉，梁家荣，王新阳，豆秋丽

2013, 35(2): 13-17. doi:

摘要 ( 163 )   PDF (869KB) ( 235 )   　　

交换超立方网是一种新提出来的互连网络。首先，利用图论的方法研究了交换超立方网的拓扑性质，引入了相似子网的概念，得出相似子网和超立方体同构的结论；然后，利用将物理通道分成两条虚拟通道的方法，给出了一种交换超立方网的自适应性路由算法，并从理论上证明了该算法的无死锁性。

天河-1A互连系统的接口设计

刘路,张磊,谢旻,王永庆

2013, 35(2): 18-25. doi:

摘要 ( 170 )   PDF (705KB) ( 224 )   　　

NIC是高性能互连网络THNet的网络接口芯片，基于自主研发的通信协议，它高效地实现了无连接、零拷贝、用户级通信的RDMA传输机制，基于该机制的MPI实现具有极高的系统可扩展性。实现了基于控制报文触发的描述符队列处理机制，以支持卸载的聚合通信,包括广播和栅栏同步。使用NIC芯片的网络接口卡在测试中获得了1.57μs的最小单边延迟和6.34GB/s的带宽。NIC已成功应用于2010年TOP500排名世界第一的天河1A超级计算机。

短程力分子模拟在Hadoop上的实现及优化

焦善飞1,2，何晨2，豆育升2，唐红1,2

2013, 35(2): 26-31. doi:

摘要 ( 138 )   PDF (962KB) ( 298 )   　　

在Hadoop开源云计算平台上运行分子模拟程序，具有节省软硬件投资、缩短模拟时间等研究意义。然而，该平台并不擅长科学计算类应用中所涉及的快速迭代和子任务间通信。为此，在原子分解法基础上提出了三种解决方案并利用“读写HDFS同步法”实现短程作用力有效的分子动力学模拟的并行算法。在一个Hadoop集群上测试和分析了程序的可扩展性、加速比和各部分耗时情况，结果表明在大规模体系模拟中有较好的效果，最高取得了28倍的加速比。实验证明，Hadoop并行技术在分子模拟中有着较高的经济价值和实用价值。

高性能计算机系统电源研究与实现

姚信安1,2，宋飞2，胡世平2

2013, 35(2): 32-37. doi:

摘要 ( 128 )   PDF (1105KB) ( 224 )   　　

针对某高性能计算机系统的供电要求，采用了12V母线直流分布式供电系统，详细介绍了计算机柜和计算主板的电源设计方案，并对计算主板上的处理器电源进行了详细分析；重点介绍了回路增益、补偿网络、输出滤波器的参数设计方法。应用结果表明，该电源完全满足高性能计算机系统的供电要求。

协同虚拟样机的工作流时间管理研究

田丰春

2013, 35(2): 38-42. doi:

摘要 ( 172 )   PDF (435KB) ( 211 )   　　

协同虚拟样机的工作流管理能支持和控制分布异地的多个集成化产品开发团队的动态协同设计过程，实现对虚拟样机协同设计过程的有效管理，对改善虚拟样机工作效率、提高工作质量起着重要的作用。重点对虚拟样机的工作流时间管理进行了研究，通过对路由结构的分析，采取工作流松弛时间分配方法，调整部分弱不满足时间约束至可满足状态，使更多的工作流实例满足截止期限，降低了异常触发频率，节省了处理开销，提高了运行效率。

IPv6网络中一种基于路由协议的PMTU发现机制

程友清，余少华

2013, 35(2): 43-48. doi:

摘要 ( 192 )   PDF (535KB) ( 140 )   　　

提出了一种IPv6网络中基于路由协议的PMTU发现机制。通过对路由协议的扩展，在原有的路由信息中携带路由的MTU值，使路由的MTU在网络中传递，执行PMTU探测的主机最多只需要向其第一跳路由器发送一次探测包。使用ns2仿真工具模拟测试和在实际设备上进行拓扑及业务测试的实验结果表明，该机制可行，与传统PMTU机制相比，在探测次数及探测带来的连接时延上有极大的改进。

随机分布WSN中sink节点部署研究

刘强，毛玉明，冷甦鹏，李龙江

2013, 35(2): 49-55. doi:

摘要 ( 153 )   PDF (797KB) ( 255 )   　　

多sink节点数量和位置的合理部署能有效延长无线传感器网络寿命、控制网络成本。基于随机分布无线传感器网络结构，建立了网络寿命模型和成本模型，并采用网络寿命成本比(RLC)推导出使网络寿命和网络成本综合最优的sink节点数目的表达式。同时，还提出RDF算法可以在给定sink节点数目的情况下，快速有效地确定sink节点位置。通过理论分析和仿真验证，证明采用本文提出的部署策略能有效延长网络寿命，同时降低网络部署成本。

一种基于硬件特征和动态许可证的服务器端软件授权认证模型

高博1，李彦2

2013, 35(2): 56-61. doi:

摘要 ( 160 )   PDF (534KB) ( 271 )   　　

软件版权保护是知识产权保护体系中的重要组成部分。针对目前传统的服务器端软件授权方式无法完全满足EULA要求的问题，基于硬件特征和独立授权管理服务器的架构，提出了支持动态许可证的分布式服务器端软件授权认证模型。该模型通过“强制特征验证和原子授权”的机制解决了软件版权保护、软件迁移的重新认证授权等问题，在可行性、安全性和完备性等方面均达到了EULA协议的要求。

僵尸网络命令与控制信道的特征提取模型研究

王海龙1,2，唐勇2，龚正虎2

2013, 35(2): 62-67. doi:

摘要 ( 165 )   PDF (729KB) ( 282 )   　　

僵尸网络发起的分布式拒绝服务攻击、垃圾邮件发送以及敏感信息窃取等恶意活动已经成为网络安全面临的重要威胁。命令与控制信道正是僵尸网络操纵这些恶意活动的唯一途径。利用命令与控制信道中攻击命令具有相对固定的格式和命令字的特点，基于现有的特征提取技术，针对边缘网络的可疑流量，提出了一个新型的特征提取模型。实验结果表明，该模型能够准确地提取出具有命令格式的特征，而且由这些特征转化的入侵检测规则能够有效识别感染的僵尸主机。

 

一种防SQL注入的静态分析方法

秦广赞，郭帆，徐芳，余敏

2013, 35(2): 68-73. doi:

摘要 ( 181 )   PDF (652KB) ( 216 )   　　

提出了一种基于静态分析的SQL注入攻击的检测方法。静态分析Web应用程序的源文件，提取污染源到执行参数的构造路径，形成检测规则。动态执行时替换规则中的输入参数为用户输入值，比较得到的SQL语句和原SQL语句在语义和结构上的异同，判断是否存在SQL注入攻击。实验结果表明，该方法有效可行，增加了过滤模块后对系统的性能影响不大。

 

从BPMN模型导出组合服务的代数规约

余波

2013, 35(2): 74-80. doi:

摘要 ( 136 )   PDF (519KB) ( 174 )   　　

针对应用规约自动测试BPEL表示组合服务时需要解决BPEL服务的规约生成问题，提出了一种从BPMN模型导出BPEL规范定义的组合Web服务的由代数规约语言CASOCCWS表示的代数规约方法。首先，定义从BPMN模型转换成基调的规则和从BPMN结构转换成正则表达式的规则，设计由正则表达式导出构成公理的项的算法；然后，提出根据所得的项人工书写公理的启发式规则；最后，实现一个从BPMN模型导出组合服务基调的工具原型。案例研究表明，该方法可以解决BPEL服务的代数规约生成问题。

部分K值逻辑中完满对称函数集的确定和构造

龚志伟1 ，刘任任2

2013, 35(2): 81-84. doi:

摘要 ( 130 )   PDF (332KB) ( 150 )   　　

根据部分K值逻辑的完备性理论，对于一般的K,首先确定了保二元完满对称函数集的个数，并给出了这些函数集的构造方法；然后确定了所有的完满对称函数集的个数，并给出了这些函数集的构造方法。

一种新的李群分类器在手写体数字中的应用

王晓乾,张莉,何书萍,杨季文,李凡长

2013, 35(2): 85-90. doi:

摘要 ( 133 )   PDF (693KB) ( 223 )   　　

李群是变换空间的一种基本表示理论。目前针对李群数据所设计的分类器较少，对多分类的效果也不是很好。以手写体数字的应用为背景，引入了支持向量机分类算法来处理李群数据。由于李群数据具有矩阵表现的形式，设计了一种矩阵高斯核函数，使得支持向量机能够处理矩阵数据。仿真结果表明，支持向量机方法在李群数据上具有很好的性能。

一种改进的局部支持向量机算法

朱莹莹1, 尹传环1, 牟少敏2

2013, 35(2): 91-95. doi:

摘要 ( 126 )   PDF (444KB) ( 150 )   　　

局部支持向量机是一种用途广泛的分类器，无论在理论研究还是实际应用方面，局部支持向量机都受到越来越多的关注。目前，许多传统的局部支持向量机算法都存在一个问题，即模型中样本比例失衡，导致无法提高分类精度。在加权支持向量机的启发下，提出了将加权思想应用在局部支持向量机FalkSVM中的WFalkSVM算法，并通过实验分析验证了WFalkSVM的可行性及其有效性，最后对WFalkSVM算法进行分析总结。

 

基于流形结构重建的启动子识别

张友新,王立宏

2013, 35(2): 96-102. doi:

摘要 ( 139 )   PDF (634KB) ( 300 )   　　

启动子识别是生物信息学的一个重要研究方向，根据启动子本身的特点已经有基于信号、内容和CpG岛等多种识别算法。针对基因序列数据数据量大、维数高、非线性的特点，提出了基于流形结构重建的启动子识别算法，先利用非线性降维方法压缩数据，然后再进行启动子识别。实验结果表明，该方法能够取得较好的结果。

一种高效中文文本聚类算法

马甲林,刘金岭,于长辉

2013, 35(2): 103-108. doi:

摘要 ( 142 )   PDF (517KB) ( 246 )   　　

文本聚类算法面临着文本向量高维和极度稀疏的问题，传统降维方法多数是在假设关键词相互独立的前提下，通过统计的方法进行特征提取，这种方法往往忽略了文本在上下文语境中的语义关系，导致文本语义大量丢失。利用《知网》知识库，通过计算语义类相似度，构建了带权值的多条词汇链，根据权值大小，从中选取权值最大和次大的前两个词汇链组成代表文本的关键词序列，在此基础上提出了基于主题词汇链的文本聚类算法—TCABTLC，不但可以解决文本向量高维和稀疏导致的聚类算法运行效率低的问题，而且得到了较好的聚类效果。实验表明，在保持较好准确率下，该聚类算法的时间效率得到了大幅度提高。

基于关联规则与标签的好友推荐算法

胡文江，胡大伟，高永兵，郝斌

2013, 35(2): 109-113. doi:

摘要 ( 164 )   PDF (612KB) ( 443 )   　　

针对用户在社交网络中添加哪些用户为自己好友的问题，采用好友之间的关系推荐和喜好标签的相似度推荐相结合的方法,提出了改进的推荐算法。首先,通过用户之间的好友关系推荐出目标用户共同好友最多的TopN用户，其次,通过目标用户和推荐出的TopN用户间标签的相似性推荐分数最高的用户，再给定他们相应的权重，进行打分，选取分数最高的TopN用户进行推荐。实验结果表明，运用相结合的算法是有效的，在准确率和召回率上优于同类的好友推荐算法。

时态粒度约束下的时态元素定性关系探讨

左亚尧1,舒忠梅2,汤庸3

2013, 35(2): 114-120. doi:

摘要 ( 120 )   PDF (963KB) ( 206 )   　　

针对时态粒度约束下的时态元素之间的定性关系,引入向量空间思想,将时态粒点间的关系转换为向量空间中的运算。提出时态粒点的向量判别方法以比较两个时态粒点的先后关系，通过粒度缩放操作探讨了时态粒区之间的关系、时态粒点与时态粒区之间的定性关系，对时态数据库、时态知识推理、时态数据挖掘等时态应用研究领域起到了良好的基础支持作用。

嵌入式系统底层驱动可视化配置映射规则挖掘

舒适1,李银国2,蒋建春2

2013, 35(2): 121-126. doi:

摘要 ( 130 )   PDF (526KB) ( 223 )   　　

汽车电子嵌入式控制软件底层驱动的可视化配置屏蔽了底层实现细节，降低了配置难度，方便用户应用。但是，可视化配置的结构体嵌套使映射出的软件界面元素规则复杂化，且扩展芯片各模块结构体的未知性，使得映射规则难以普遍适用。为此，提出了一种可视化配置映射规则的挖掘方法，开发了针对芯片各模块结构体进行初始化配置的软件。通过对不同芯片底层驱动的实际配置，证实了该方法的有效性。

面向混合属性数据集的双重聚类方法

陈新泉

2013, 35(2): 127-132. doi:

摘要 ( 147 )   PDF (404KB) ( 217 )   　　

面对复杂信息环境下的数据预处理需求，提出了一种可以处理混合属性数据集的双重聚类方法。这种双重聚类方法由双重近邻无向图的构造算法或其改进算法，基于分离集合并的双重近邻图聚类算法、基于宽度优先搜索的双重近邻图聚类算法、或基于深度优先搜索的双重近邻图聚类算法来实现。通过人工数据集和UCI标准数据集的仿真实验，可以验证，尽管这三个聚类算法所采用的搜索策略不同，但最终的结果是一致的。仿真实验结果还表明，对于一些具有明显聚类分布结构且无近邻噪声干扰的数据集，该方法经常能取得比Kmeans算法和AP算法更好的聚类精度，从而说明这种双重聚类方法具有一定的有效性。为进一步推广并在实际中发掘出该方法的应用价值，最后给出了一点较有价值的研究展望。

心战Agent个性及传播建模

朱江，许彬，陈浩，纵强

2013, 35(2): 133-136. doi:

摘要 ( 127 )   PDF (598KB) ( 127 )   　　

心理战作为信息化战争中“软”打击的重要作战方式，受到越来越多的重视。心理战中人的个性形成和传播是个非常复杂的过程，传统建模方法不能反映作战中人的个性因素及对作战产生的难以预料的结果。采用复杂适应系统理论多Agent建模方法探讨作战中人的因素，在微观层面使用Agent参数表示个性，并对Agent行为引入个性表达，在宏观层面使用社会学方法研究个性的传播机制，并使用网络及Agent网络属性表达。在此基础上，构建模拟系统，进行实验。对心理战的实施具有很好的指导作用。

 

开源软件自动化评估证据框架

袁霖1,2,王怀民2,尹刚2,史殿习2,朱沿旭2

2013, 35(2): 137-141. doi:

摘要 ( 129 )   PDF (492KB) ( 247 )   　　

互联网上已形成了规模巨大、种类丰富的开源软件资源。如何准确、快速地判断一个开源项目的各种可信属性是否满足需求是当前软件工程领域研究的热点。深入分析已有开源软件评估模型，总结互联网上软件质量相关的各种信息，提出了面向开源软件的可信评估证据框架，并基于该框架构建了一种开源软件可信证据查询平台。利用该平台能够极大地提高评估效率，用户可以准确、快速、全面地了解相关软件项目的各种信息。最后，以一个知名开源软件证实了该证据框架及证据查询平台的可行性。

基于监控的可信网构软件构造方法建模

闫桂玲

2013, 35(2): 142-146. doi:

摘要 ( 120 )   PDF (481KB) ( 132 )   　　

网构软件是一种面向网络环境的新型软件形态, 其构建依赖于对开放、动态和多变环境中各网络节点软件实体之间的有效协同, 然而, 目前的软件构造方法都是基于静态可信, 即：都是研究软件制造过程中的可信度, 一旦软件制作完成, 在运行过程中, 软件的可信度是否会改变就不在研究范围之内。针对网构软件的开放、动态和多变特性, 设计了一种基于监控的可信网构软件构造模型, 该模型随着网构软件的运行, 随时根据网络节点状态等相关因素动态评估网构软件的可信度, 并根据监测结果改进网构软件和监控参数, 为网构软件提供动态可信支持, 并逐步提高网构软件的可信度。

一种基于RANSAC的点云特征线提取算法

李宝，程志全，党岗，金士尧

2013, 35(2): 147-153. doi:

摘要 ( 156 )   PDF (1047KB) ( 289 )   　　

点云中提取的特征线在点云处理中具有重要的应用价值，已被应用于对称性检测、表面重建及点云与图像之间的注册等。然而，已有的点云特征线提取算法无法有效地处理点云中不可避免的噪声、外点和数据缺失，而随机采样一致性RANSAC由于具有较高的鲁棒性，在图像和三维模型处理中具有广泛的应用。为此，针对由建筑物或机械部件等具有平面特征的物体扫描得到的点云，提出了一种基于RANSAC的特征线提取算法。本算法首先基于RANSAC在点云中检测出多个平面，然后将每个平面参数化域的边界点作为候选，在这些候选点上再应用基于全局约束的RANSAC得到最终的特征线。实验结果表明，该算法对点云中的噪声、外点和数据缺失具有很强的鲁棒性。

一种结合多特征的SVM图像分割方法

邓晓飞，徐蔚鸿

2013, 35(2): 154-158. doi:

摘要 ( 140 )   PDF (660KB) ( 230 )   　　

在分析了频域相位信息和纹理信息在表征图像特征方面的重要性之后，提出了一种结合相位一致和纹理特征的SVM图像分割方法。该方法将相位一致性统计特征、纹理特征和灰度特征一起组合成训练特征向量，采用支持向量机分类方法对图像进行分割。相对于传统方法，该方法提取的统计特征向量可以有效地反映图像边缘细节和纹理信息。实验结果表明，该方法比传统的SVM图像分割方法更有效，尤其适用于图像中目标区域的边缘对比度低和纹理信息丰富的情形。

BP神经网络在轨道电路分路不良预警中的应用

米根锁,王彦快,马学霞

2013, 35(2): 159-163. doi:

摘要 ( 129 )   PDF (578KB) ( 217 )   　　

近年来，轨道电路分路不良已成为电务部门安全整治的严重问题之一。针对站内25Hz相敏轨道电路分路不良，建立预警指标体系，设计轨道电路分路不良BP神经网络预警模型，并进行故障危险性评价及预测预警。预警结果表明，采用BP神经网络进行轨道电路分路不良故障预警时，将预警指标进行数据的归一化处理后输入到已训练好的网络中，可以在较短的时间内得出可靠的预警结果。该预警方法较现场所采用的传统预警方法，即设置数条轨道电压警线判断分路不良发生与否而实现报警的方法效率高，对现场轨道电路故障维修具有一定的参考价值和指导意义。

乒乓球轨迹预测的研究与仿真

王奇志，杨晓晓

2013, 35(2): 164-168. doi:

摘要 ( 180 )   PDF (1350KB) ( 748 )   　　

机器人打乒乓球时需要对快速运动的乒乓球的轨迹做出准确的预测。首先对乒乓球飞行轨迹预测中采用的运动学模型以及乒乓球碰撞的物理模型进行了分析，其次主要是对乒乓球飞行轨迹预测中采用的运动学模型的算法进行改进，速度反馈调节系数不再使用定值，而是采用动态系数。同时，反弹前的速度是通过对预测的轨迹用最小二乘法进行曲线拟合求导计算出来的。实验结果表明，预测效果很好。最后为了直观地分析预测轨迹，设计了基于OPENGL的3D仿真平台。

城市复杂道路网络交通流的分解模型

温凯歌，张菁

2013, 35(2): 169-173. doi:

摘要 ( 158 )   PDF (904KB) ( 205 )   　　

针对城市道路交通流非线性、不确定性和模糊性特点，将城市道路与快速干道作为整体对待，提出了面向控制应用的城市交通网络宏观动态离散模型。将城市街区作为划分基点，把整个城市道路复杂交通网络分解为交叉口和单向环形道路两个子系统，分别建立了它们的宏观动态模型。通过对交叉口进行理想虚拟变形，将各个单向环形道路连接在一起，从而形成各种复杂网络。对西安市中心区域的实际交通流数据进行了仿真研究，结果表明该交通流模型基本实现了城市道路与快速干道的统一分析建模，较好地反映了城市路网的交通流信息，可以作为城市交通控制系统分析和设计的有力工具。

基于SQL Server和Abaqus的关节轴承数据查询与性能分析系统

吕帅，沈雪瑾，黄宇锋

2013, 35(2): 174-178. doi:

摘要 ( 147 )   PDF (1076KB) ( 232 )   　　

该系统的研制是为方便轴承使用人员对关节轴承进行选型、数据查询和受力变形分析。简述了系统的功能特点、功能模块划分和包括关节轴承数据库的建立、多种查询方式界面的设计和通过脚本接口实现与Abaqus有限元软件集成的系统研制过程。该系统基于Visual Studio + SQL Server + Abaqus平台开发，可以实现关节轴承数据多方式查询，以及经简单的参数数据输入从而获取基于Abaqus有限元仿真分析后的关节轴承的应力分布和位移分布图。该系统具有极高的实用性，可推广运用到其他机械领域的研究开发。

适用QAM信号的载波同步与均衡联合算法研究

赵秋明，谭大伦，谢俊华

2013, 35(2): 179-183. doi:

摘要 ( 133 )   PDF (1179KB) ( 179 )   　　

载波同步和均衡是正交幅度调制（QAM）解调器中的两个重要组成部分。提出了一种适应于QAM信号的通用载波恢复环与自适应均衡的联合结构算法，该算法能够快速地对载波频率、载波相位进行高精度跟踪锁定。在System Generator中对其建模与仿真，仿真结果显示其误码率达到百万分之一，表明算法的性能稳定。通过对算法的简化，减少了硬件资源，同时也保证了接收机的实际性能要求。

S-57电子海图文件基础处理库的设计实现

唐经宇，刘东峰，孙粤辉，程昱，仝国明

2013, 35(2): 184-190. doi:

摘要 ( 133 )   PDF (998KB) ( 227 )   　　

国际海道测量组织制定的S57标准是目前电子海图文件的主要国际标准，S57数据集文件的处理是电子海图显示与信息系统的基础。在分析S57标准理论数据模型、数据结构和产品规范的基础上，用C++实现了一套S57数据集文件基础处理程序库，其功能包括目录文件、基础数据文件和改正数据文件的读取、数据改正以及物标信息解析。本库能完整地保持S57文件的数据信息，较好地保持数据的原始逻辑结构，能提取物标完整的几何信息，获取物标的属性/类目信息。本库与具体的用户数据结构、用户文件格式无关，具备一定的通用性，可用于电子海图应用系统的底层开发。