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• 2013年, 第12期　刊出日期：2013-12-25 上一期    下一期
  本期栏目： 论文

论文

GPGPU性能模型研究

王锋，杜云飞，陈娟

2013, 35(12): 1-7. doi:

摘要 ( 146 )   PDF (666KB) ( 308 )   　　

GPGPU的发展为并行程序带来了丰富的计算资源，但是对程序优化提出了更高的要求。程序性能模型对定位程序性能瓶颈，指导优化方法，平衡与其他设备的负载等方面起着重要作用。描述了当前性能模型的研究现状，并对其进行分类和分析。总体上性能模型分为基于统计方法的性能模型和性能解析模型，性能解析模型又分为性能度量模型、计算和访存并行性感知的模型和分部件定量分析性能模型。每种模型都给出了优缺点，并且实现了一个基于统计信息的插值性能模型，用于指导负载平衡。最后对存在的问题和未来的挑战进行了阐述。

对象存储并行文件系统小文件性能优化研究

周恩强，董勇，张伟，卢宇彤

2013, 35(12): 8-13. doi:

摘要 ( 191 )   PDF (687KB) ( 414 )   　　

对象存储并行文件系统在高性能计算领域被广泛采用，虽然大文件访问性能优异，但其小文件访问存在局限性。通过分析典型对象存储并行文件系统下的小文件的访问开销，采用服务端小文件专用缓存和基于对象命名关联性预取的方法提高小文件的缓存命中率，降低对象存储架构下小文件的读取延迟。基于Lustre并行文件系统实现了该方法。实际系统测试表明，该方法可显著提高小文件访问性能，其中小文件打包性能提升最大可达88%。

超级计算中心供电系统探讨

宋飞，姚信安，胡世平

2013, 35(12): 14-19. doi:

摘要 ( 119 )   PDF (744KB) ( 254 )   　　

随着高性能计算机系统规模的扩大，能耗已成为阻碍高性能计算产业发展的主要瓶颈之一。构建绿

色节能超级计算中心最关键、最核心的就是用电效率的问题。首先对超级计算中心供电系统结构进行阐述

并给出了优化方案；然后总结了针对供电系统自身的节能策略，并介绍了超级计算中心综合能源管理调度

的设想；最后，总结并展望了该领域未来的发展方向。

基于SPICE协议的桌面虚拟化技术研究与改进方案

徐浩，兰雨晴

2013, 35(12): 20-25. doi:

摘要 ( 234 )   PDF (543KB) ( 277 )   　　

随着云计算的不断发展，虚拟桌面解决方案VDI日益成熟，桌面虚拟化成为典型的云计算应用。虚

拟桌面技术能够有效地解决传统个人计算机使用过程中存在的诸多问题，降低企业的运维成本，受到业界

的广泛关注。SPICE协议作为开源的虚拟桌面传输协议具有其独特的技术架构和应用特性，通过SPICE协议

能够在服务器和远程用户终端上部署虚拟桌面，并提供性能比较好的用户体验QoE。但是，SPICE协议本身

目前还存在许多不足之处，不能适用于带宽较低的网络环境。在讨论了虚拟桌面传输协议的原理以及影响

虚拟桌面性能的因素的基础上，详细分析了SPICE协议的架构以及核心技术，指出目前SPICE协议的不足，

并提出了保证QoE情况下的改进方案，对于当前桌面虚拟化技术的发展将起到一定的指导作用。

分子结构与基因序列数据综合可视化方法研究

宋成龙，邹辰，王文珂，李思昆

2013, 35(12): 26-33. doi:

摘要 ( 111 )   PDF (1060KB) ( 257 )   　　

随着系统生物学的兴起和迅速发展，为了探索不同生物层次信息之间的关联关系，对不同层次生物

科学计算数据综合可视化的需求日益迫切。提出了一种通过构建集成框架实现分子结构与基因组序列数据

的综合可视化方法。综合可视化集成框架可实现不同层次可视化工具统一管理以及统一用户交互界面，通

过定义关联数据描述方法，建立已有的分子结构与基因组序列数据间的关联性，有效支持分子结构数据与

基因序列数据的综合可视化功能开发。应用该方法开发了一个分子结构数据与基因序列数据综合可视化原

型系统，实现了分子结构数据与基因序列数据的同步显示、基因片段与相应分子局部空间结构综合显示等

综合可视化功能。初步应用与分析表明，所提出的综合集成可视化方法扩展性好，所实现的综合可视化功

能在研究分子结构及基因序列数据关联关系中具有良好的应用前景。

基于社交网络的蠕虫动态传播模型

赵英，易平科

2013, 35(12): 34-38. doi:

摘要 ( 124 )   PDF (817KB) ( 362 )   　　

近年来，通过用户交互行为传播的社交网络蠕虫频繁出现，该类蠕虫利用社会工程学手段欺骗用户

点击蠕虫链接，对网络安全造成严重威胁。提出了一种基于社交网络的蠕虫动态传播模型，揭示了蠕虫在

网络节点间的传播过程。通过仿真实验验证了模型的有效性，并分析了在线用户数量、用户点击蠕虫链接

概率、免疫补丁发布时间和安装补丁的用户数量对蠕虫传播的影响。

移动应用层组播中基于父节点备份机制的快速重定向策略研究

崔建群1,叶咏佳1,高宽1,范静2,吴黎兵2

2013, 35(12): 39-44. doi:

摘要 ( 91 )   PDF (623KB) ( 192 )   　　

针对移动环境下应用层组播节点的高度动态性问题，提出了一种基于设施的移动环境下组播系统故

障恢复策略。该策略利用所提出的主动故障恢复方案以及备份父节点重定向算法，达到快速重定向的目的

。还提出利用组播树的相似度来衡量重定向算法对组播拓扑变化的影响，从而判断重定向策略的好坏。实

验仿真结果表明，所提出的快速重定向策略具有时延低的优势，并且重定向后对组播拓扑变化影响较小。

一种基于接收端SNR的IEEE 802.11WLAN速率自适应算法

邓晓衡1，李旭1，刘强1，陈志刚2

2013, 35(12): 45-51. doi:

摘要 ( 121 )   PDF (886KB) ( 206 )   　　

速率自适应调整对于提高IEEE 802.11物理层传输性能具有重要意义，现有许多算法对于碰撞所带

来的性能影响没有充分考虑，通过区分信道错误和链路层碰撞，进而依据测量的接收端SNR信息实现速率

调整，通过ACK帧捎带速率调整信息给发送端。接收端SNR能反映信道状况，避免碰撞带来不必要的速率下

降。仿真实验结果表明，提出的速率自适应算法RAS能避免碰撞对速率调整的影响，在多节点争用信道的

情况下有较高的吞吐量和较低的延迟。

异构混合网络环境下TCP协议性能分析

殷齐鹏，吴纯青，虞万荣，赵宝康，马延鹏

2013, 35(12): 52-57. doi:

摘要 ( 93 )   PDF (1683KB) ( 276 )   　　

目前，有线网络、无线网络、卫星网络、高速网络均已成为承载网络，这种异构混合网络的主要特

点是部分链路误码率高、时延长、带宽不对称等。TCP是针对一般有线网络设计的协议，无法在异构混合

网络特别是卫星网络中发挥出最佳性能。利用OPNET模拟异构混合网络环境，得到误码率、时延、非对称

性对TCP 协议性能的影响规律，可以为恶劣环境下的TCP协议性能优化提供借鉴。

无线Mesh网络中一种基于剩余时延的公平调度策略

符琦1,2,陈志刚1,蒋云霞2,尹风雨2,李润求2

2013, 35(12): 58-65. doi:

摘要 ( 93 )   PDF (994KB) ( 237 )   　　

在基于IEEE 802.11e标准的无线Mesh网络中，由于802.11e机制中保障多媒体传输服务质量的参数

（如竞争窗口、传输机会等）是静态分配的，且所有支持该协议的通信节点均使用相同的参数配置，导致

其更适合在一跳范围内提供较好的传输性能，不能有效地适应动态无线多跳环境下的服务质量需求。针对

由于具有较大时延界限的数据流长期占用传输信道而导致具有较低时延界限数据流出现大量丢包、重传，

从而影响整个网络的吞吐量及多数据流传输的公平性问题，从数据包的剩余时延出发，提出了一种公平共

享的数据包调度策略，在减少数据包的重传次数的同时，提高多个数据流传输的公平性。仿真结果表明，

相比原有802.11e机制，该策略具有更高的效率。

一种改进的基于MMAC协议的认知无线网络MAC协议

王挥，高刃

2013, 35(12): 66-75. doi:

摘要 ( 116 )   PDF (1178KB) ( 271 )   　　

面对当前频谱资源稀缺和多种异构无线接入技术并存的通信网络格局，认知无线网络技术的提出被

认为是解决该问题的关键技术。媒体访问控制MAC协议决定了节点通过共享的无线信道发送和接收数据的

方式，MAC协议能否合理地利用有限的无线信道资源对认知无线网络的性能起着决定性的影响。围绕如何

设计高效的认知无线网络MAC协议，提出了CRMMAC协议，CRMMAC是一种基于专用控制信道的MAC协议，

该协议是将MMAC协议进行了适当的改进，使之适合于认知无线网络环境，从网络假设条件、信道使用模型

、协议帧结构、感知和接入信道的策略等方面详细阐述了该协议。仿真分析表明CRMMAC协议具有较好的

性能。

复杂网络中重叠社区检测

张振宇,张珍,杨文忠,吴晓红

2013, 35(12): 76-83. doi:

摘要 ( 128 )   PDF (1082KB) ( 297 )   　　

社区检测是研究复杂网络结构的基础。在分析现有重叠社区检测算法的基础上，提出了一种基于边

的重叠社区发现算法SAEC。算法将社区看成是由边构成的集合，通过定义边的相似度，得到概率转移矩阵

。利用谱聚类方法自动确定社区数目，最后调用Kmeans算法实现重叠社区划分。通过随机生成网络和真

实网络的测试，验证了该算法的有效性。

基于随机图的CR Ad Hoc网络频谱管理方案

周健1，2，3,余永红1,孙丽艳1

2013, 35(12): 84-89. doi:

摘要 ( 89 )   PDF (1018KB) ( 241 )   　　

针对认知无线电网络Ad Hoc共享频段协商困难问题，提出了一种基于随机图的频谱管理方案，通信实体根据频谱数量、网络规模和链路连通概率选择合理规模的备选频段，在保证网络有效连通性的前提下，限制通信实体的频谱规模。实验表明，节点从频谱池中选择较少的频段就可以保证连通性，节点间的通信路径长度不会因为频谱选择而增加。该方案适合快速部署CR Ad Hoc网络应用环境。

基于着色Petri网的IS-IS路由协议互操作性测试的研究

赵玉兰，冀超，蒋凤仙，朱洋洋，雷厉霆，张志斌

2013, 35(12): 90-95. doi:

摘要 ( 121 )   PDF (1058KB) ( 231 )   　　

网络已经成为我们生活当中不可或缺的一部分，高效稳定的路由协议变得日益重要。对主流内部网关协议ISIS进行了互操作性测试的研究。首先对ISIS协议建立了分层的互操作性测试的CPN模型；然后使用CPN Tools工具自动生成完全状态空间，根据测试目的生成测试序列，编写测试例；最后搭建测试平台，在Windows XP平台下，使用路由模拟软件GNS 3模拟Cisco 7200、Cisco 3640等设备，用得到的测试例对ISIS协议进行了互操作性测试，并对测试结果进行了分析，给出了测试报告。

战术MANET中基于链路可用时间的AODV路由协议研究

周胶,田杰,戴晨铖，李婷君

2013, 35(12): 96-101. doi:

摘要 ( 107 )   PDF (659KB) ( 235 )   　　

基于距离向量的按需路由协议AODV是Ad Hoc网络研究的热点之一。本文针对AODV路由协议提出一种链路可用时间算法，在路由请求数据包中增加链路可用时间参数，路由应答数据包中增加路径可用时间参数，路由维护阶段提出预先维护的思想，保证数据的稳定传输。NS2平台仿真表明，改进后的AODV协议使路由的可靠性得到改进，提高了分组的投递率，降低了端到端平均传输时延。

基于多目标遗传算法的动态负载均衡方案

金杉，李秋

2013, 35(12): 102-106. doi:

摘要 ( 111 )   PDF (522KB) ( 289 )   　　

针对大型、异构网络的资源负载均衡问题展开研究。首先通过数学建模在理论上对问题进行分析，设计了满足端系统和网络性能多重约束的目标函数；其次将模型转化为多目标最小生成树问题，并设计了一种多目标遗传算法对问题进行处理，进而提出了基于该算法的动态资源负载均衡方案DSMG。仿真实验结果显示，通过选择适当的实验参数，方案可在轻载节点与重载节点间进行有效的负载均衡；同时与其它动态负载均衡方案相比，通过运行DSMG，系统的节点资源占用率和瓶颈节点数比率两项指标均表现出良好的性能。

大规模互联网推荐系统优化算法

姜鹏，许峰，周文欢

2013, 35(12): 107-113. doi:

摘要 ( 118 )   PDF (750KB) ( 293 )   　　

推荐系统是互联网应用中的关键技术之一，该系统通过分析用户行为，用主动向用户推荐产品的方式替代被动地接受用户请求。优秀的推荐系统不仅可以提高用户体验，还能增加用户购买欲望。协同过滤算法是推荐系统中广泛应用的算法之一。在大规模网络中，传统协同过滤算法将出现极端稀疏问题，且算法效率低下。设计了一种通过对网络分割、分组的协同过滤算法，该算法的目的是将大规模网络通过一定的分割规则分割并分组，利用分治的思想，将问题分解为子问题然后求解，以优化算法性能。

一种面向移动终端的自适应消息推送策略

刘永玲，刘兀，郭克华

2013, 35(12): 114-119. doi:

摘要 ( 126 )   PDF (590KB) ( 230 )   　　

在移动应用中，传统的消息推送机制难以兼顾终端的多样性、电量消耗、流量消耗和消息实时性方面的性能需求。针对这些问题，提出了一种新的自适应消息推送策略。该策略分析移动终端的运行参数，为终端动态分配消息推送方式。实验表明，该策略在适应终端多样性的同时，降低了移动终端的耗电量，节省了网络流量，并保证了消息的实时性。

一种Web服务使用者体验时间的动态更新方法

鞠兴隆1，段友祥1，马成1，修南海1，鞠海燕2

2013, 35(12): 120-125. doi:

摘要 ( 92 )   PDF (644KB) ( 226 )   　　

Web服务的使用离不开质量因素。Web服务的许多QoS属性值是动态变化的，如服务的使用者体验时间等，相对于静态QoS属性值而言，动态QoS属性值更能反映服务的真实质量状态。提出了一种新的Web服务使用者体验时间的动态更新方法－HDBQoSDPM方法。经典Web服务模型中是不包含QoS信息的，为了验证提出的方法的正确性，提出了一种基于QoS的Web服务模型－QoSBWSA模型。在QoSBWSA模型中，加入了QoS信息的处理功能。通过实验验证了提出的使用者体验时间的动态更新方法的可行性和正确性。

基于混沌系统的数字水印加密算法研究

吴静，景凤宣，齐富民

2013, 35(12): 126-133. doi:

摘要 ( 175 )   PDF (1063KB) ( 333 )   　　

针对目前大多数图像数字水印鲁棒性不强以及安全性较弱等问题，提出了基于多因子加密和Contourlet变换的图像数字水印算法。利用Chebyshev映射良好的伪随机性、数学统计特性及生成序列简单快捷等优点产生三个混沌序列，其中两个用于对水印图像加密，另外一个作为水印嵌入的密钥；利用Contourlet变换提取出原始载体和加密后水印的子带系数，再将水印的系数嵌入原始载体的系数中，完成水印嵌入。将提出的水印算法与其他文献中的方法进行鲁棒性和安全性比较，结果表明，提出的算法在具有较强的鲁棒性和安全性的同时，数字水印的不可见性也得到较好的均衡。

用于基本路径测试的路径字符串组合算法

王敏1，陈亚光2

2013, 35(12): 134-140. doi:

摘要 ( 111 )   PDF (625KB) ( 246 )   　　

自McCabe提出基本路径测试法以来，人们一直在探索基本路径集的求解算法，以提高基本路径测试的效率。为此，提出一种基于路径字符串组合的基本路径集的求解算法，算法把被测程序看作是若干基本结构的组合，构建了各基本结构路径字符串的构成方式和组合方式，制定了路径字符串的组合规则。依据这些方式及规则导出了基本路径集的求解算法。实验表明，在满足相同覆盖准则的情况下，该算法比McCabe所提出的方法求解过程更简洁，并且输出的中间结果易于理解，便于测试用例集的优化。

一种基于TDH的手绘图形方向识别方法

张友根1，吴玲达1,2，宋汉辰1

2013, 35(12): 141-145. doi:

摘要 ( 77 )   PDF (624KB) ( 221 )   　　

在方向可变的手绘图形识别中，要使用对方向敏感的特征及识别方法，识别图形的方向是一个前提和关键性的问题。提出了一种基于切向直方图TDH特征的手绘图形方向识别方法，利用图形采样点集的局部切方向统计特征TDH描述手绘图形的笔画方向信息，通过TDH旋转匹配确定待识别图形的方向相对于模板图形方向的旋转角度，进而可将二者旋转对齐。在包含7类共52种点军标的手绘图形集上的实验结果表明，基于TDH的方法对超过80%的图形所得的方向识别角度误差在5°以内，识别速度满足交互实时性的要求，验证了本文方法的有效性。

一种新的激光成像数据多视粗拼接算法

左超，鲁敏，谭志国，郭裕兰

2013, 35(12): 146-152. doi:

摘要 ( 91 )   PDF (1456KB) ( 210 )   　　

针对激光成像数据的多视拼接问题，采用先粗后细的拼接策略，提出了一种新的粗拼接算法。该算法首先估计出待拼接点云数据存在的旋转偏移角，再通过相应的旋转来消除这种偏移，从而实现粗拼接。在此基础上，采用精确拼接ICP算法作最终拼接。实验表明，本文提出的粗拼接算法能够有效地实现不同视点下激光成像数据的粗拼接，该方法简单、高效，且适用于不同分辨率的数据拼接。

不完备决策软集与优势可信规则获取

耿生玲1,2，李永明2,刘震3

2013, 35(12): 153-160. doi:

摘要 ( 92 )   PDF (472KB) ( 212 )   　　

软集理论是一种新的处理不确定性知识的计算工具, 它能灵活地表示数据，有效简化数据分析过程, 在人工智能和系统科学领域有着重要的应用。针对基于优势关系的不完备决策信息系统, 给出了一种拓展的软集模型, 提出了不完备决策软集的概念以及决策软集的优势关系和优势集概念, 进一步给出了一种基于优势关系的决策软集获得不完备决策系统中的优势可信规则的方法, 以及软最优可信规则的提取算法。理论和实例分析表明，该优势可信规则挖掘方法是有效的, 与粗糙集理论相比极大地约简了规则冗余, 提高了运算的效率。

基于本体的医学术语服务系统的设计与实现

杨虎1,2，王立军1，黄永峰1

2013, 35(12): 161-166. doi:

摘要 ( 79 )   PDF (603KB) ( 343 )   　　

针对我国各医院的医学术语异构性以及互操作难的问题，提出了基于本体论的医学术语服务系统的构建方法，建立了基于服务模式（SoA）的医学术语服务系统架构，设计了服务系统核心模块的实现算法。该系统通过本体概念实现了医学术语间的语义互操作，并采用数据库加载器等子系统，结合SoA模式，为用户提供相关在线服务。应用结果表明,系统能够很好地实现医学术语的语义检索并提供在线服务。

面向装备作战仿真数据流的改进型贝叶斯分类方法研究

曹波伟，薛青，汤再江

2013, 35(12): 167-172. doi:

摘要 ( 73 )   PDF (506KB) ( 206 )   　　

针对装备作战仿真数据流的无限流入和概念漂移现象影响分类模型准确度的问题，提出了一种基于权值窗口的增量学习型朴素贝叶斯分类算法。该算法通过在装备作战仿真数据流上建立权值窗口，以充分利用历史时间数据的后验信息学习新分类模型，目标是降低装备作战仿真数据流的无限流入和概念漂移现象对其分类模型准确度的影响，提高朴实贝叶斯分类模型的准确度。数值实验说明了该算法的有效性，并且其在分类性能、 分类准确率、分类速度上优于同类算法。

抗干扰词攻击的免疫垃圾邮件过滤模型

王小伟1, 郭红涛2, 王中锋3

2013, 35(12): 173-177. doi:

摘要 ( 104 )   PDF (608KB) ( 221 )   　　

针对当前基于人工免疫技术的垃圾邮件过滤算法中很少考虑干扰词攻击的情况，提出了一种抗干扰词攻击的免疫垃圾邮件过滤模型训练算法ANWAIS。该算法在基因库生成阶段，采用互信息差值作为评估函数，可以过滤掉垃圾邮件中的好词和正常邮件中的垃圾词，从而使基因库更能反映垃圾邮件的特征；同时，在抗体更新阶段，通过维护丢弃词表，可保证基因库的纯洁性。仿真实验表明，该算法能够比未考虑干扰词攻击的垃圾邮件过滤算法获得更好的抗体质量和更优的分类性能。

一种基于信息融合的新颖电梯调度算法

陈玉仙1,2，罗三定2

2013, 35(12): 178-184. doi:

摘要 ( 89 )   PDF (856KB) ( 397 )   　　

针对传统电梯调度过程中调度策略较为复杂，难以准确适应乘梯客流变化的缺点，提出了一种基于信息融合的电梯调度算法。该算法通过对乘梯客流变化形势的分析，对电梯的运动方向实行整体决策和分步调度。算法有效地兼顾了客流乘梯需求和电梯资源供给的相关条件，对传统电梯调度策略进行了改进。实例分析表明，该算法的相关性能指标要优于传统的调度算法，对电梯服务质量进行了有效的改进。

杂波环境下雷达/红外融合跟踪的修正概率数据互联滤波算法

崔彦凯1,梁晓庚1,2

2013, 35(12): 185-190. doi:

摘要 ( 76 )   PDF (530KB) ( 201 )   　　

为解决杂波环境下转弯机动目标跟踪过程中的数据关联问题，提出了雷达/红外融合跟踪修正概率数据互联滤波算法。修正概率数据互联算法利用前一时刻目标的状态和转弯角速度，依据目标转弯机动能力及测量噪声等因素的影响，求出当前时刻转弯角速度变化范围，在转弯角速度变化范围内，求出与当前时刻每一测量值最匹配的转弯角速度、预测中心、新息协方差阵及权重系数，从而决定该测量在状态更新时的权重。仿真结果表明，雷达/红外融合跟踪修正概率数据互联滤波算法提高了跟踪精度，降低了航迹丢失率。