• 2020年 第43卷 第2期 刊出日期：2020-04-28 上一期 下一期

综述

• 从5G到6G的思考:需求、挑战与技术发展趋势
• 易芝玲, 王森, 韩双锋, 崔春风, 王亚峰
• 北京邮电大学学报. 2020, 43(2): 1-9. DOI:10.13190/j.jbupt.2020-024
• 摘要 ( 3322 )     PDF ( 1111 ) HTML     　　
• 面向第5代移动通信系统（5G）到第6代移动通信系统（6G）的演进，从5G指标增强、混合场景多目标优化、新业务场景的新需求和网络运营4个方面，探讨了6G网络的需求和挑战.通过对5G性能满足度及条件分析，给出了现有5G标准潜在性能可提升之处，并据此提出了6G需求指标建议，探讨了相应的技术发展趋势和初步解决思路.
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论文

• 基于博弈论的WiFi接入资源动态分配算法
• 叶晓彤, 刘周斌, 邵苏杰, 亓峰
• 北京邮电大学学报. 2020, 43(2): 10-15,58. DOI:10.13190/j.jbupt.2019-095
• 摘要 ( 621 )     PDF ( 546 ) HTML     　　
• 无线共享网络的接入资源分散，容量有限，且价格互有差异，为了在保证用户满意度的同时提高运营商总体收益，需要对网络接入资源进行合理分配.因此，提出了一个基于博弈论的WiFi接入资源动态分配算法.首先，以总收益最大化为目标，兼顾用户满意度，建立基于斯塔克尔伯格博弈的网络接入资源动态分配模型；其次，通过两阶段博弈，运营商制定价格策略，激励用户执行网络选择策略，提出基于粒子群算法的网络资源动态分配求解算法，得出最优的网络价格及资源分配.仿真实验表明，算法能够实现接入资源的合理分配，在用户满意的同时实现运营商收益最大化.
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• 电力SDN通信网中面向负载均衡的路由重构
• 刘保菊, 喻鹏, 丰雷, 邱雪松, 江昊
• 北京邮电大学学报. 2020, 43(2): 16-22. DOI:10.13190/j.jbupt.2019-100
• 摘要 ( 699 )     PDF ( 782 ) HTML     　　
• 在通信网络发生故障时，为确保路径可靠性与网络负载均衡的统一，由于软件定义网络（SDN）的通信网络体系在电力通信网中已具可行性，故结合SDN逻辑集中式架构下路由快速收敛的特点，构建了路径重构模型，并采用业务路由重构算法求解.首先依据业务紧急程度、端到端通信时延、带宽需求及对电网实际运行的影响程度等因素将业务分为不同的优先级；然后以链路可用度最大为目标，以业务时延、站点等级差等为约束建立模型，以流量标准差、业务恢复率为评价指标，并在IEEE14母线系统上进行测试验证.仿真结果表明，所提算法在保证业务性能的同时具有更低的流量标准差和站点等级差，能有效实现路径重构，并确保负载均衡.
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• 基于Rete规则推理的告警关联性分析
• 杨杨, 石晓丹, 宋双, 霍永华, 陈连栋
• 北京邮电大学学报. 2020, 43(2): 23-28. DOI:10.13190/j.jbupt.2019-113
• 摘要 ( 702 )     PDF ( 582 ) HTML     　　
• 针对现有规则推理算法无法实现在当前大规模复杂多变的网络环境中准确、实时地推理告警规则的问题，提出了一种改进的规则推理算法Im_Rete.该算法结合网络告警数据的特点，采用面向告警缺失的模糊推理策略和基于概率关联模型的事实传播策略，在提高推理准确性的同时平衡推理速度，能够更加有效地对告警进行关联分析.通过仿真实验进行对比分析，结果表明Im_Rete算法在推理速度和准确性方面均具有较好的性能.
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• 基于平均场博弈的超密集网络边缘缓存和删除分配研究
• 王孟哲, 滕颖蕾, 宋梅, 韩丹涛, 张勇
• 北京邮电大学学报. 2020, 43(2): 29-39. DOI:10.13190/j.jbupt.2019-104
• 摘要 ( 793 )     PDF ( 726 ) HTML     　　
• 超密集网络设备数目庞大导致缓存分配算法复杂度极高，频繁地缓存和删除同样的内容导致的系统不稳定，为此，提出了基于平均场博弈（MFG）的分布式缓存分配算法和基于李雅普诺夫漂移加惩罚（DPP）方法的分布式删除分配算法.MFG方法使缓存分配算法的复杂度与基站数目无关.DPP方法将具有时间相关性的删除分配问题解耦成为每个时刻的问题，并求解得到了兼顾系统稳定性和网络开销优化的删除分配策略.仿真结果表明，MFG方法能够使网络最优控制策略快速收敛，并且在超密集场景下得到明显低于基本缓存分配方法的网络开销；李雅普诺夫DPP方法能够实现兼顾网络开销优化的网络缓存和删除稳定性.
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• 一种鲁棒网络流量分类及新类型发现算法
• 仇景明, 曲桦, 赵季红
• 北京邮电大学学报. 2020, 43(2): 40-45. DOI:10.13190/j.jbupt.2019-094
• 摘要 ( 688 )     PDF ( 794 ) HTML     　　
• 提出了一种鲁棒网络流量分类及新类型的发现算法.网络流量一般为高维数据，且在网络流量收集过程中易受到网络波动或网络攻击的影响，为此，在堆栈自编码器的基础上，基于互相关熵理论提出了一种新的网络模型进行数据的特征提取，通过基于阈值的主动学习分类算法进行分类，达到识别新应用类型的目的.对比实验结果表明，所提算法中分类算法的准确度可达到91.08%，对新应用类型的识别度可达到98.8%.
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• 基于时延和能耗的SD-DCN的路由优化算法
• 姚赞, 王颖, 邱雪松, 文禹棋
• 北京邮电大学学报. 2020, 43(2): 46-51. DOI:10.13190/j.jbupt.2019-105
• 摘要 ( 613 )     PDF ( 514 ) HTML     　　
• 为了更好地实现数据中心网络的节能，基于交换机链路速率级的能耗特点，基于软件定义网络技术，提出一种Floyd-Warshall动态规划和局部重路由的节能服务质量路由优化算法.控制器在保障流的时延性能前提下，采用流在空间和时间上均衡传输的策略，依次为每个流计算传输路径和传输速率；在选路失败的情况下，尽量用较少的开销提高网络的接受率.仿真结果表明，该算法有效地降低了能耗，同时提高了网络流的接受率.
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• 一种频变传输线系统电磁脉冲响应的数值算法
• 王川川, 贾锐, 曾勇虎, 汪连栋
• 北京邮电大学学报. 2020, 43(2): 52-58. DOI:10.13190/j.jbupt.2019-080
• 摘要 ( 3106 )     PDF ( 1137 ) HTML     　　
• 在传输线系统电磁脉冲（EMP）响应的精确计算中，通常必须将端接负载的频变效应考虑在内，为此提出了一种端接频变负载传输线系统电磁脉冲响应的数值算法.首先，应用矢量网络分析仪或阻抗分析仪测试或计算得到端接频变负载电路的幅频特性和相频特性；然后，应用矢量匹配（VF）法对幅频特性和相频特性进行拟合，得到一系列极点、留数和常数项；最后，结合拟合得到的数据，应用时域有限差分（FDTD）法建立端接频变负载传输线系统的数值模型，并应用到分段线性递归卷积技术以提高卷积计算效率.所提算法具有较高的计算效率和精度，可应用于多种端接频变负载传输线系统电磁脉冲响应计算.
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• 全双工能量受限中继网络的安全波束成形设计
• 陈佩佩, 李陶深, 葛志辉, 方兴
• 北京邮电大学学报. 2020, 43(2): 59-65,79. DOI:10.13190/j.jbupt.2019-110
• 摘要 ( 462 )     PDF ( 424 ) HTML     　　
• 为了解决全双工能量受限中继网络的无线物理层安全问题，提出了一种基于能量和信息联合传输的安全波束成形方法.在满足中继节点和能量收集节点收集能量的约束条件下，通过联合优化能量信号协方差矩阵、波束成形矩阵和功率分配因子，实现了系统安全速率最大化.目标问题是非凸的，采用分步优化方法将原始问题转化为2个子问题.将第1个子问题转化为双层优化问题，外层优化问题采用一维搜索求解，内层优化问题采用半定松弛技术解决；然后通过一维搜索得到第2个子问题的最优解.仿真结果表明，提出的方法显著提高了系统的安全速率.
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• 物联网中基于iBeacon的防碰撞广播方案
• 许凌毅, 韩道岐, 刘雯
• 北京邮电大学学报. 2020, 43(2): 66-73. DOI:10.13190/j.jbupt.2019-096
• 摘要 ( 652 )     PDF ( 1084 ) HTML     　　
• 针对密集物联网环境下的信号碰撞问题，提出了一种分组及时应答多个节点、降低碰撞率的广播协议.通过多周期迭代分析碰撞概率，建立了理论模型，有效地解决了大规模传感器节点并发广播信道碰撞严重的问题.使用蒙特卡洛法仿真评估延迟、容量指标，分析了影响性能的关键参数，模型计算结果与仿真结果一致.与无应答式的广播协议相比，所采用的广播应答机制可以高效确认，降低了23%的网络延迟和90%的广播碰撞，并使系统容量提升1倍.
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• SRS资源受限场景中联合导频分配的多用户分组
• 曾天一, 常永宇, 李君瑶
• 北京邮电大学学报. 2020, 43(2): 74-79. DOI:10.13190/j.jbupt.2019-128
• 摘要 ( 498 )     PDF ( 695 ) HTML     　　
• 为解决时分双工大规模多输入多输出（MIMO）系统中探测参考信号（SRS）资源受限造成的系统性能下降问题，基于用户信道变化速率的不同，提出确定用户探测周期的准则，设计扩充了可调度用户集合的导频分配方案，并提出了匹配的多用户分组调度方案.采用3-D MIMO信道对算法进行了验证，仿真结果表明，该算法可有效提升系统性能.
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• 低轨卫星网络动态路径切换技术
• 王璇, 侯蓉晖, 徐伟琳
• 北京邮电大学学报. 2020, 43(2): 80-86,109. DOI:10.13190/j.jbupt.2019-114
• 摘要 ( 1113 )     PDF ( 1286 ) HTML     　　
• 面向星座式低轨（LEO）卫星网络，针对动态路由技术重构时间长导致的资源利用率下降问题，提出了一种基于预测的路径切换机制.依据卫星飞行轨迹，预测星间链路的可用时间，从而判断当前传输路径的可用寿命.在当前路径断开之前及时触发路由重构，为当前传输寻找备用路径，避免路由重构导致传输中断.提出了新型路径选择方案，根据当前路径代价和网络全局负载状态设计了综合代价函数，用于选择最优路径.仿真结果表明，所提出的路径切换技术可有效降低数据转发的丢包率，提升网络整体吞吐量.
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• 基于深度强化学习的综合能源业务通道优化机制
• 马庆刘, 喻鹏, 吴佳慧, 熊翱, 颜拥
• 北京邮电大学学报. 2020, 43(2): 87-93. DOI:10.13190/j.jbupt.2019-103
• 摘要 ( 598 )     PDF ( 497 ) HTML     　　
• 为了保障综合能源系统的稳定运行，承载综合能源业务的通信网络需要具备高可靠、低风险等特征.依据综合能源业务的通道要求，提出了一种深度强化学习的算法，旨在对大规模综合能源业务在承载的电力通信网上寻找到整体最优的路径.该方法以整体时延和网络负载均衡度为目标，对网络拓扑进行训练，并保存模型，然后通过迭代学习获取最优的结果.仿真结果表明，该方法找到的路径既可以保证整体时延较短，又可以保证网络的整体负载均衡.同时，在网络规模很大、业务数量很多的情况下，深度强化学习算法可有效提高计算效率.
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• 基于Linux系统的LEO卫星动态路由协议研究与实现
• 王程, 徐玭, 张素兵, 王力权, 王卫东
• 北京邮电大学学报. 2020, 43(2): 94-102. DOI:10.13190/j.jbupt.2019-112
• 摘要 ( 847 )     PDF ( 1549 ) HTML     　　
• 基于虚拟拓扑算法思想，提出了一种基于网络状态的低轨（LEO）卫星动态路由协议.通过预测卫星周期运动来划分快照，按照每个快照内的拓扑预计算路由.根据卫星节点的实时状态动态调整网络拓扑并重计算路由，以提高卫星网络的应急能力，增强网络的抗毁性.除在NS3仿真平台验证协议正确性之外，主要在Linux系统实现了该路由协议，针对划分的4个模块在实现功能时的难点提出了解决方案.在Linux系统中对实现的协议进行功能测试和性能测试，验证了协议的路由功能.与传统的基于虚拟拓扑算法相比，该协议在时延、丢包率和吞吐量性能上有所提升.
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研究报告

• 一种面向边缘计算的混合内存系统
• 孙浩, 陈岚, 郝晓冉, 刘晨吉, 倪茂
• 北京邮电大学学报. 2020, 43(2): 103-109. DOI:10.13190/j.jbupt.2019-091
• 摘要 ( 581 )     PDF ( 899 ) HTML     　　
• 针对物联网智能终端的低功耗需求，提出了一种基于内存控制器扩展的低功耗混合内存系统.使用动态随机存储器和相变存储器构成混合内存结构，通过在内存控制器中添加迁移控制模块对混合内存进行管理.设计了一种改进的双队列算法，筛选出相变存储器中写请求较多的内存页面，并通过地址映射模块和迁移控制模块将写请求较多的页面从相变存储器迁移到动态随机存储器中，规避相变存储器写操作的缺陷，从而实现对低功耗混合内存系统的性能优化.仿真结果表明，与动态随机存储器构成的内存系统相比，混合内存系统的功耗延时积平均降低了43.9%，在面向边缘计算的应用场景中具有一定的可行性.
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• 移动边缘计算中的时延和能耗均衡优化算法
• 景泽伟, 杨清海, 秦猛
• 北京邮电大学学报. 2020, 43(2): 110-115. DOI:10.13190/j.jbupt.2019-093
• 摘要 ( 1353 )     PDF ( 1539 ) HTML     　　
• 为了提升移动边缘计算（MEC）网络中的任务卸载效用，提出了一种基于任务卸载增益最大化的时延和能耗均衡优化算法.通过分析通信资源和计算资源对时延和能耗这2种性能指标的制约关系，将原问题分解为联合发射功率子信道分配子问题和MEC计算频率分配子问题.通过Karush-Kuhn-Tucker条件，导出了最优的MEC计算频率闭式解.此外，提出了一种基于二分法的发射功率分配算法和基于匈牙利二部图匹配的子信道分配算法.仿真结果表明，提出的算法相比传统算法可以显著提升用户的任务卸载效用.
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• Spark环境下基于数据倾斜模型的Shuffle分区优化方案
• 阎逸飞, 王智立, 邱雪松, 王嘉潞
• 北京邮电大学学报. 2020, 43(2): 116-121. DOI:10.13190/j.jbupt.2019-092
• 摘要 ( 804 )     PDF ( 787 ) HTML     　　
• 针对Spark分布式平台在shuffle阶段中导致数据量分配不均衡的问题，首先分析了Spark平台中数据倾斜的原因，建立了一个可以统一量化shuffle后key-value数据倾斜程度的倾斜模型；基于倾斜模型提出了一个可以解决Spark平台中多种数据倾斜问题的shuffle分区方案.该分区方案首先对Map阶段的输出数据进行采样，预测出全局中间数据的大小，再根据基于哈希的最佳适应算法对采样数据进行预分区，得到一张预分区表，最后根据预分区表对全部的中间数据完成分区.在key和value这2种不同倾斜情况下的实验结果表明，该shuffle分区方案具有普适性和高效性，可以有效处理key和value倾斜的情况.
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• 基于无线通信组网的DPFC系统控制策略
• 陈汹, 封科, 钟亮民, 赵静波, 朱开阳
• 北京邮电大学学报. 2020, 43(2): 122-128. DOI:10.13190/j.jbupt.2019-108
• 摘要 ( 668 )     PDF ( 481 ) HTML     　　
• 为了解决分布式潮流控制（DPFC）系统因单元数量众多、分布距离远导致控制难的问题，提出了一种基于无线通信组网的DPFC系统控制策略.针对DPFC装置分布式安装的特点和快速控制的要求，从系统层面提出一种基于无线通信组网方式的控制系统架构.该方案通过主从控制方式，由主控制器同时对多个子单元进行协调控制.对集中控制的控制策略进行了研究，并通过仿真算例验证了策略的有效性.
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• 一种基于ResNet网络特征的视觉目标跟踪算法
• 马素刚, 赵祥模, 侯志强, 王忠民, 孙韩林
• 北京邮电大学学报. 2020, 43(2): 129-134. DOI:10.13190/j.jbupt.2019-071
• 摘要 ( 845 )     PDF ( 549 ) HTML     　　
• 针对复杂场景下目标容易丢失的问题，提出了一种基于深度残差网络（ResNet）特征的尺度自适应视觉目标跟踪算法.首先，通过ResNet提取图像感兴趣区域的多层深度特征，考虑到修正线性单元（ReLU）激活函数对目标特征的抑制作用，在ReLU函数之前选取用于提取目标特征的卷积层；然后，在提取的多层特征上分别构建基于核相关滤波的位置滤波器，并对得到的多个响应图进行加权融合，选取响应值最大的点即为目标中心位置.目标位置确定后，对目标进行多个尺度采样，分别提取不同尺度图像的方向梯度直方图（fHOG）特征，在此基础上构建尺度相关滤波器，从而实现对目标尺度的准确估计.在视频集OTB100中与其他6种相关算法进行了比较，实验结果表明，所提算法取得了较高的跟踪成功率和精确度，能够较好地适应目标的尺度变化、背景干扰等复杂场景.
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