• 2019年 第42卷 第5期 刊出日期：2019-10-28 上一期 下一期

论文

• 选择公理与Tukey引理等价性的机器证明
• 孙天宇, 郁文生
• 北京邮电大学学报. 2019, 42(5): 1-7. DOI:10.13190/j.jbupt.2019-001
• 摘要 ( 423 )     PDF ( 978 ) HTML     　　
• 基于计算机证明辅助工具Coq，提出一种选择公理与Tukey引理等价性的形式化证明.在公理化集合论形式化系统基础上，给出选择公理与Tukey引理的形式化描述，这是Tukey引理的首次形式化.完成了选择公理与Tukey引理等价性的证明代码，并在Coq中通过验证.体现了基于Coq的数学定理机器证明具有可读性和交互性的特点，其证明过程规范、严谨、可靠，在集合论、拓扑学和代数学的形式化构建中具有重要应用.
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• 隐式超松弛LU-SGS间断Galerkin算法
• 段治健, 谢公南, 张迎春
• 北京邮电大学学报. 2019, 42(5): 8-14. DOI:10.13190/j.jbupt.2019-023
• 摘要 ( 403 )     PDF ( 571 ) HTML     　　
• 为了提高求解欧拉（Euler）方程和纳维-斯托克斯（NS）方程的计算效率，结合隐式时间离散格式研究了间断伽辽金有限元方法（DGM）.通过改进上下三角分解对称高斯赛德尔（LU-SGS）格式，引入舍入误差项，构造了超松弛内迭代LU-SGS离散格式，实现了非定常可压缩绕流流场的计算.通过Sod激波管问题、二维管道问题验证了算法的可靠性和准确性.数值计算了RAE2822翼型、ONERA M6机翼跨声速可压缩绕流问题，并与多步龙格库塔（RK）算法、LU-SGS算法和广义极小残余（GMRES）算法的计算结果进行了比较.结果表明，超松弛内迭代LU-SGS算法具有良好的稳定性和高效性，计算效率是LU-SGS格式的2.35~3.1倍，是RK格式的5.4倍.
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• 基于高阶关联矩阵方法的混沌系统参数辨识
• 吴林冲, 颜子翔, 肖井华
• 北京邮电大学学报. 2019, 42(5): 15-21. DOI:10.13190/j.jbupt.2019-021
• 摘要 ( 386 )     PDF ( 527 ) HTML     　　
• 为了减小系统非线性和噪声对参数辨识效果的影响，采用缺失变量的高阶关联矩阵方法（HOCC），以处于混沌状态的蔡氏电路为研究对象，分别对模拟蔡氏电路以及存在噪声的单个实验蔡氏电路和耦合实验蔡氏电路进行动力学参数辨识.研究结果表明，该方法在蔡氏电路电感电流未知情况下进行参数辨识是有效的，同时对噪声具有很好的鲁棒性.所得的参数辨识结果和电路标定参数的相对差距均能在20%的范围之内.该研究结果可以为蔡氏电路中器件参数测量提供参考依据，并能进一步应用到其他网络结构参数辨识实验中.
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• 基于深度神经网络复杂场景下的机器人拣选方法
• 韩兴, 刘晓平, 王刚, 韩松
• 北京邮电大学学报. 2019, 42(5): 22-28. DOI:10.13190/j.jbupt.2019-015
• 摘要 ( 373 )     PDF ( 623 ) HTML     　　
• 针对提高快递包裹的分拣效率和识别准确率，提出了一种基于深度神经网络复杂场景下的机器人拣选方法.首先，提出一种改进的目标检测算法，通过将多层浅层特征图与最终的特征图进行融合，提取更加细节的特征，以提升识别的速度与精度；其次，提出了一种基于关键点的级联卷积最优拣选位置检测网络模型，对包裹最优拣选位置进行实时预测估计；最后，结合目标包裹最优拣选框与场景的深度信息和基于三维信息的目标姿态估计算法实现机器人拣选，并通过实验验证了该方法的有效性.
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• 基于最小二乘支持向量机的时变信道建模
• 赵雄文, 孙宁姚, 耿绥燕, 张钰, 杜飞
• 北京邮电大学学报. 2019, 42(5): 29-35. DOI:10.13190/j.jbupt.2019-008
• 摘要 ( 380 )     PDF ( 617 ) HTML     　　
• 基于2.55 GHz市区微蜂窝多输入多输出信道实测数据，将机器学习中的最小二乘支持向量机（LS-SVM）算法应用于时变信道参数的建模中，建立了基于遗传算法（GA）优化的LS-SVM信道参数预测模型，对信道参数如时延扩展、接收端的水平角度扩展和垂直角度扩展的数据特征进行了学习，并实现了准确预测；同时通过与反向传播神经网络模型以及传统的LS-SVM模型进行比较，验证了算法的有效性.基于GA优化的LS-SVM模型能够在有限数据量下对信道参数的变化有着良好的适应性，可实现非线性时变信道参数的准确预测.
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• 优化传输性能的机会协作中继系统动态时间分配策略
• 李陶深, 宁倩丽, 王哲
• 北京邮电大学学报. 2019, 42(5): 36-41,99. DOI:10.13190/j.jbupt.2019-007
• 摘要 ( 316 )     PDF ( 485 ) HTML     　　
• 为了优化能量收集无线网络传输性能，延长网络中能量受限型节点的生命周期，提出了一种基于解码转发策略的机会协作中继系统动态时间分配策略.在满足系统最低传输速率的约束下，推导出中断概率与时间分配系数之间的关系表达式；通过减小系统中断概率来优化时间分配系数，得出系统吞吐量和能量效率的表达式；设计了一种基于次优迭代的时间分配算法，实现问题的求解.仿真实验结果表明，在非理想信道状况下，所提出的策略有较高的系统吞吐量和能量效率，可优化无线网络的传输性能，提高可靠运行度.
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• 基于改进MUSIC算法的短波非规则天线阵列测向系统
• 刘寅生, 段洪涛, 范振雄, 李蓉, 李景春
• 北京邮电大学学报. 2019, 42(5): 42-47. DOI:10.13190/j.jbupt.2019-006
• 摘要 ( 432 )     PDF ( 709 ) HTML     　　
• 针对短波无线电测向场地选址困难的问题，提出了一种基于改进多信号分类（MUSIC）算法的短波非规则天线阵列测向系统.该算法可使短波无线电测向系统部署在地势平坦地区，还可以部署在山区、丘陵等复杂地形，有效解决了短波无线电测向系统的选址问题.在对该算法进行理论建模和计算机仿真验证的基础上，开发了短波非规则阵列测向原型系统，并在实际环境中进行了大量现场测试.测试结果表明，改进MUSIC算法具备了在非规则阵列条件下进行来波信号方位测定的能力，相应的非规则天线阵列测向系统能够在复杂地形条件下实现测向功能.
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• 超密集场景下考虑业务动态的功率匹配算法
• 张晖, 刘姝, 赵海涛, 孙雁飞
• 北京邮电大学学报. 2019, 42(5): 48-53. DOI:10.13190/j.jbupt.2019-002
• 摘要 ( 394 )     PDF ( 415 ) HTML     　　
• 提出了一种面向超密集场景的考虑业务动态的无线网络功率资源匹配算法.首先，根据网络异构和业务动态变化特征，建立双层动态博弈模型.针对不同博弈层参与者的需求特性，以最大化效用函数为准则，设计不同的效益模型，并通过对网络中业务动态性的预测调整定价因子，以更准确地反映网络环境的变化；其次，根据双层非合作博弈的特性进行分层功率博弈求解，通过宏蜂窝用户与微基站以及微蜂窝用户之间的多次非合作功率博弈达到均衡；最后，通过与现有功率资源匹配算法仿真比较，所提算法具有优越的性能.
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• 智能电网时变电价下基站的动态能量管理
• 刘迪迪, 马丽纳, 孙浩天, 胡聪
• 北京邮电大学学报. 2019, 42(5): 54-61. DOI:10.13190/j.jbupt.2018-320
• 摘要 ( 360 )     PDF ( 512 ) HTML     　　
• 对于具有能量收集装置的基站，由于收集的能量具有随机性，为保证基站稳定运行，在智能电网作为基站能源补充的情况下，基于排队论和Lyapunov优化方法提出了基站非弹性能量需求和弹性能量需求2种情况下的动态能量管理算法.运用所提算法，基站可根据系统状态动态地选择在电价低时从智能电网适当购买能量存储在充电电池中，以备将来电价高且收集的能量不能满足需求时使用，从而减小基站的能耗成本.所提的动态能量管理算法复杂度低，不需要能量收集、基站能量需求、时变电价的先验统计信息.理论分析结果表明，所提算法可使基站的能耗成本无限接近最优值，且保证弹性能量需求情况下的时延不超过可容忍的期限.仿真结果验证了所提算法的有效性和电池容量大小对算法性能的影响.
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• 一种在线集群异常作业预测方法
• 谢丽霞, 汪子荧
• 北京邮电大学学报. 2019, 42(5): 62-68. DOI:10.13190/j.jbupt.2018-308
• 摘要 ( 384 )     PDF ( 6279 ) HTML     　　
• 设计了作业子任务动态特征计算方式；其次依据此动态特征提出一种改进门控递归单元（IGRU）神经网络；然后采用IGRU根据动态特征实时预测任务终止状态是否异常；最后根据作业与其子任务运行状态之间的状态相关性检索异常作业，完成对异常作业的预测.实验结果表明，在线集群异常作业预测在预测灵敏度、误差率、精确度和预测时长方面与其他预测方法相比有明显提升；在保障集群平台安全方面具有一定的应用性.
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• 基于身份的车载网批量匿名认证方案研究
• 宋成, 顾心安, 王磊, 刘志中, 闫玺玺
• 北京邮电大学学报. 2019, 42(5): 69-74. DOI:10.13190/j.jbupt.2018-274
• 摘要 ( 340 )     PDF ( 541 ) HTML     　　
• 针对车载网匿名认证的安全与效率问题，运用双线性对理论，提出一个基于身份的车载网批量匿名认证方案.通过车载单元的防篡改装置与可信中心协同完成车辆的身份匿名和消息的签名，进一步增强方案的安全性，同时减轻可信中心的负载；通过批量验证，提高车载网匿名认证效率.安全性和效率分析结果表明，所提方案不仅满足匿名性、不可伪造性和不可否认性等安全特性，而且具有更好的时间复杂度和空间复杂度.仿真结果显示，所提方案在有效性和可行性方面均取得了较好的效果.
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• 非均匀故障保护的分组修复码构造
• 王静, 刘艳, 余春雷, 王秘, 刘向阳
• 北京邮电大学学报. 2019, 42(5): 75-82. DOI:10.13190/j.jbupt.2019-026
• 摘要 ( 348 )     PDF ( 364 ) HTML     　　
• 考虑到实际分布式存储系统中存在热度不同的文件，构造了一种基于非均匀故障保护的分组修复码（GRC-NFP），可对热文件和高故障概率节点提供更高等级保护，并降低多故障节点修复的磁盘读取开销.在文件冷热分组后，用所存目标节点故障概率表征数据块故障概率，并排序，存入长度依次递增的多个数据分组，并生成组编码块.性能分析和实际系统部署结果表明，与里德-所罗门码和分组修复码相比，GRC-NFP可在存储开销较小的条件下拥有较高的容错能力和较低的修复局部性，并且使热文件能够受到更有效地保护.系统部署下较少的编码和故障修复时间进一步证明了GRC-NFP的可行性.
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• 基于重心映射的三角形网格参数化方法研究与实现
• 管焱然, 奥利弗·范凯克, 管有庆
• 北京邮电大学学报. 2019, 42(5): 83-90. DOI:10.13190/j.jbupt.2018-266
• 摘要 ( 594 )     PDF ( 715 ) HTML     　　
• 针对在几何处理领域有着广泛应用的三角形网格参数化问题，研究了基于重心映射的三角形网格参数化方法.利用geometry-processing-js类库中的半边数据结构，采用均匀拉普拉斯权重、拉普拉斯-贝尔特拉米权重和中值权重3种加权方案，实现了重心映射法，并根据三角形的形变量分析了参数化结果.结果表明，中值权重为重心映射法的最优加权方案.
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• 基于D-S证据理论的嵌入式固件Web代码静态漏洞检测技术
• 王思琪, 缪思薇, 张小玲, 石志强, 卢新岱
• 北京邮电大学学报. 2019, 42(5): 91-99. DOI:10.13190/j.jbupt.2018-212
• 摘要 ( 203 )     PDF ( 255 ) HTML     　　
• 固件的漏洞挖掘和检测主要包含基于虚拟仿真的动态漏洞挖掘与检测技术和基于逆向工程的静态白盒审计技术等，其存在仿真率低或误报率高等问题，为此，提出了一种基于多维度特征的固件Web漏洞检测方法，利用多维度特征、多层级处理技术和基于D-S证据理论的漏洞推理规则，针对固件Web中常见的各类漏洞进行有效检测，并能降低漏洞检测误报率.
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研究报告

• 一种基于距离分区的BIM模型零水印算法
• 景旻, 任娜, 朱长青, 周子宸
• 北京邮电大学学报. 2019, 42(5): 100-106. DOI:10.13190/j.jbupt.2019-027
• 摘要 ( 392 )     PDF ( 597 ) HTML     　　
• 针对建筑信息模型（BIM）模型版权保护的问题，基于BIM的数据特征提出了一种BIM模型的零水印算法.首先，将不同数据中约束性不强的点图元排除，获得其他点图元的位置信息，计算单体模型的特征点到各个点图元的基准点之间的距离作为水印构造的载体；其次，将特征值进行排序，求出相邻点之间的变化率，将不符合要求的特征值排除；最后，根据特征值的特征对特征值分区，利用各分区中特征值的奇偶性构造一种用于BIM模型版权保护的零水印算法.实验结果证明，所提算法安全性高，可对常规攻击平移、旋转和模型详细程度的变化有较强的鲁棒性，能够满足实用性的需求，对BIM模型的版权保护有重要价值.
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• 基于能量约束的火星车路径规划研究
• 刘涛, 唐玲, 袁宝峰, 魏世民
• 北京邮电大学学报. 2019, 42(5): 107-112. DOI:10.13190/j.jbupt.2019-025
• 摘要 ( 531 )     PDF ( 578 ) HTML     　　
• 针对火星车在火星行驶过程中存在的能量消耗过多等问题，提出了一种基于能量约束的路径规划算法.首先，考虑火星车克服重力做功以及驱动机构内部损耗等因素，推导出火星车的运动能量消耗函数，并求解其最小值，构建能量带权图；然后通过迪杰斯特拉算法，计算得到火星车能量带权图的能量消耗最小路径，并使用五次多项式插值拟合的方法实现火星车的行驶轨迹规划；最后，采用Adams软件建立火星典型地形和火星车动力学模型，采用Matlab/Simulink软件搭建火星车控制器模型，对火星车在典型地形中的行驶过程进行动力学与控制联合仿真实验，验证了所提路径规划算法的效果.结果表明，相对于传统的避障路径规划算法，所提算法使火星车能量消耗减少了15%以上，可有效提高火星车的能量利用效率.
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• 山区复杂地形的无线传感器网络节点定位算法
• 胡中栋, 王俊岭, 王振东, 曾珽
• 北京邮电大学学报. 2019, 42(5): 113-118. DOI:10.13190/j.jbupt.2019-019
• 摘要 ( 413 )     PDF ( 595 ) HTML     　　
• 针对在山区地形上非测距三维基于距离向量的定位算法存在定位误差较大的问题，提出了山区复杂地形的无线传感器网络节点定位算法（NLA-MT）.该算法有效地利用了山区地形环境的特点，用局部平面拟合山区地形表面，并将三维空间定位运算降为二维平面的定位运算来进行节点定位，有效提高了节点的定位精度.不同通信半径、不同锚节点比例、不同节点总数的多角度仿真实验结果显示，NLA-MT定位算法在山区地形场景中表现良好，有效提高了无线传感器网络非测距定位算法精度.
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• 基于目标形态特征的工件自动分割方法
• 逄增治, 史建杰, 尹建芹, 朱利民, 李金屏
• 北京邮电大学学报. 2019, 42(5): 119-126. DOI:10.13190/j.jbupt.2018-309
• 摘要 ( 374 )     PDF ( 520 ) HTML     　　
• 为了使交互式工件分割算法满足实时性的要求，提出了一种将工件形态特征与图像分割算法相结合的工件自动分割方法.利用MeanShift算法分割图像提取目标区域；利用形态学开运算消除目标区域的噪声，进而分离相连的目标区域；对目标区域进行边缘检测，计算完整的工件轮廓信息，然后根据外轮廓的面积确定工件区域；利用工件区域的最小外接矩形在图像中标出前景和背景区域，再利用GrabCut算法分别对前景和背景建立高斯混合模型，然后通过mincut/maxflow算法分割前景与背景区域，最终实现工件目标的提取.实验结果表明，对于制造商提供的样本，该方法分割工件的召回率和准确率分别为94.97%和88.48%，具有较强的实用性和良好的实时性.
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• 基于级联和频+差频效应的平坦带宽波长转换器
• 刘涛, 孙春阳, 朱聪, 王平平, 房新新
• 北京邮电大学学报. 2019, 42(5): 127-132. DOI:10.13190/j.jbupt.2018-311
• 摘要 ( 424 )     PDF ( 1351 ) HTML     　　
• 针对改善波长转换器转换特性的问题，研究了周期极化铌酸锂晶体中采用分段准相位匹配光栅结构对基于级联和频+差频效应的波长转换器特性的影响.对于单通和双通构型，增加段数，并优化设计每段的极化周期，可以同时获得高转换效率、大转换带宽和较好的平坦性.在相同条件下，双通构型波长转换器的转换效率和平坦性较好，但转换带宽比单通构型稍差.与采用位移泵浦光的波长提高平坦性的方法相比，利用分段准相位匹配光栅结构能够获得几乎相同的平坦性，但转换效率和转换带宽却比泵浦光波长位移法好.此外，研究了晶体长度对基于分段准相位匹配光栅结构波长转换器特性的影响.
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• GSM-MBM系统中基于松弛迭代的低复杂度检测算法
• 金宁, 宋伟婧, 金小萍, 陈东晓, 许翎靖
• 北京邮电大学学报. 2019, 42(5): 133-138. DOI:10.13190/j.jbupt.2018-302
• 摘要 ( 161 )     PDF ( 236 ) HTML     　　
• 针对基于媒介调制的广义空间调制（GSM-MBM）系统接收端最大似然（ML）检测算法计算复杂度高且随激活天线数呈指数递增的问题，提出一种基于能量排序下的松弛迭代思想的低复杂度检测算法（EO-RIM）.该算法对所有可能的发射天线组合及相应镜像激活模式组合下的信号能量总值进行排序，再通过松弛迭代算法依次检测相应的调制信号，并通过预设阈值来协调误码率（BER）性能和计算复杂度之间的关系.仿真结果表明，在GSM-MBM系统中，EO-RIM算法的BER性能逼近ML检测算法，与基于有序块的最小均方误差（OB-MMSE）检测算法几乎一致，而EO-RIM的计算复杂度随激活天线数呈平方递增而非指数递增，相比OB-MMSE算法降低了一个数量级.
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