• 2023年 第46卷 第6期 刊出日期：2023-12-28 上一期 下一期

智慧医疗

• 基于人工智能的白质纤维束分割方法与研究进展
• 宗芳荣, 张迪, 魏婧怡, 王怡然, 刘勇
• 北京邮电大学学报. 2023, 46(6): 1-0.
• 摘要 ( 358 )     PDF ( 222 ) 　　
• 基于扩散磁共振成像数据进行纤维追踪可得到白质纤维轨迹，根据纤维特征将其分割成不同簇束有助于临床针对性分析和精确诊疗。首先介绍大脑白质纤维学和分割原理；然后归纳基于体素和基于纤维流线的方法，重点介绍不同人工智能技术并设计实验以展示分割结果；最后梳理纤维束分割方法面临的挑战，探讨该领域的研究趋势，展望人工智能技术应用的发展前景，为亚健康人和疾病患者的神经科学研究提供全面的方法总结与诊断支持。
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• 基于类重平衡无监督域自适应的睡眠分期算法
• 邵恒益 郑宇博 罗莹莹 李蕾 张琳
• 北京邮电大学学报. 2023, 46(6): 8-0.
• 摘要 ( 238 )     PDF ( 132 ) 　　
• 睡眠障碍严重影响人体健康，基于脑电图的深度学习自动睡眠分期算法可帮助专家正确诊断患者的睡眠障碍。然而，训练数据的不平衡不利于少数类特征的学习，且由于数据分布的差异，训练数据上得到的自动睡眠分期模型在实际数据上的准确性往往会下降。对此，提出了一种融合类重平衡策略和半监督学习的无监督域自适应算法，并引入均衡损失函数以缓解睡眠分期数据集中数据不平衡的问题；同时，设计了平均教师方法，并引入随机的输出插值和相关置信度阈值以提升伪标签的精确度，通过鉴别器网络优化目标域数据的特征分布，从而改善模型在目标域上的分类准确性。在SHHS，Sleep-EDF和ISRUC-Sleep数据集上进行实验，证明所提算法的有效性，相比直接迁移算法的准确率提高了3.28%~13.27%，相比域统计对齐算法的准确率提高了6.73%~14.52%，相比自适应域统计对齐算法的准确率提高了0.78%~5.82%。
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• 面向SSVEP-BCI的最大后验准则异步检测算法
• 张洪欣 王俊淞 杨晨
• 北京邮电大学学报. 2023, 46(6): 15-0.
• 摘要 ( 158 )     PDF ( 69 ) 　　
• 面向非等概先验概率的实际脑机接口应用场景，提出了一种基于最大后验准则的稳态视觉诱发电位脑机接口（SSVEP-BCI）异步检测算法。利用空-时均衡多窗算法并通过引入最大后验准则，设计了一种基于序贯检测的动态窗异步算法，充分利用了先验信息以提高异步脑机接口系统的性能。实验结果表明，相比于传统的空-时均衡多窗算法，所提算法的目标识别准确率和平均实用比特率提升较明显，而平均指令时间和平均虚警率显著减少，验证了所提算法的有效性与实用性。
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• 基于不可压缩数密度SPH的硅油填充和乳化仿真
• 王佳敏 王笑琨 班晓娟 徐衍睿 黄厚斌
• 北京邮电大学学报. 2023, 46(6): 20-0.
• 摘要 ( 110 )     PDF ( 58 ) 　　
• 玻璃体切割联合硅油填充手术缺乏对硅油合适填充量和去除时间的量化研究，易发生各种眼部并发症而影响术后的视力恢复。对此，提出了一种基于不可压缩数密度的光滑粒子流体动力学(SPH)方法，以模拟眼球内部硅油和水两相流体的耦合交互。结合表面张力模型和局部平衡模型模拟了硅油的强表面张力和乳化扩散现象，并引入弹性模型以实现硅油和眼内液体与眼球组织的稳定耦合。实验结果表明，通过对硅油填充和乳化过程的可视化仿真，能够为医生临床诊断、手术规划和预后监测提供一种有效的计算机辅助手段，提高手术的成功率和改善预后。
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• 基于联邦风格迁移的图像分割
• 马静超 印象 胡陈菲 马博渊 班晓娟
• 北京邮电大学学报. 2023, 46(6): 27-0.
• 摘要 ( 260 )     PDF ( 91 ) 　　
• 针对联邦学习中的非独立同分布问题，提出了一种基于联邦风格迁移的影像分割方法，联邦风格迁移通过共享用户隐私中不敏感的信息，以此生成合成数据进行数据增广，在保证数据重要结构信息不泄露的情况下降低不同用户之间的数据差异。实验结果表明，联邦风格迁移可有效降低肝脏图像分割中各节点之间的非独立同分布现象对联邦模型性能的影响，在统一测试集上的准确率逼近数据集中的训练结果。联邦风格迁移可提高联邦模型的性能，为打破数据孤岛和建立医疗领域的通用分割模型提供可能。
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• 基于形状感知的显微图像目标定位方法
• 马静超 康文彬 李欣凝 陈薪 班晓娟
• 北京邮电大学学报. 2023, 46(6): 33-0.
• 摘要 ( 124 )     PDF ( 62 ) 　　
• 针对卵细胞浆内单精子注射显微图像中注射针针尖点定位不准确的问题，提出了一种基于形状感知的显微图像针尖定位方法。通过将目标形状和边界信息作为约束条件引入图像分割网络的损失函数中，使卷积神经网络在训练过程中更关注目标的形状和边界特征，从而提高针尖点的定位准确度。实验结果表明，基于形状感知的显微图像针尖定位方法在3种常用基线分割模型上的性能提高了7%以上，所提方法可作为即插即用的模块以提高算法的泛化能力，并且对针尖的定位效果优于领域内其他方法。
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• 改进鲸鱼优化LightGBM的可解释性心脏病风险预测模型
• 王洁 李金泽 王子曈 周淑怡 彭岩
• 北京邮电大学学报. 2023, 46(6): 39-0.
• 摘要 ( 168 )     PDF ( 83 ) 　　
• 针对现有心脏病风险预测模型准确率较低且可解释性较差等问题，提出了一种改进鲸鱼优化轻量级梯度提升机(LightGBM)的可解释性心脏病风险预测模型。首先，使用深度自编码器有效地实现了数据降维；然后，采用halton序列初始化种群、非线性收敛因子和动态螺旋更新等策略改进鲸鱼优化算法，以获取LightGBM超参数的全局最优解；最后，引入沙普利加性解释方法对该模型的重要特征进行可解释性分析。与其他主流降维方法及分类模型的对比实验表明，该模型具有更高的预测精度，能高效地提取心脏病风险的潜在特征。
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论文

• 车载时间敏感网络：现状与展望
• 黄韬 鲁京京 朱海龙 张华宇 贾庆民
• 北京邮电大学学报. 2023, 46(6): 46-0.
• 摘要 ( 494 )     PDF ( 200 ) 　　
• 为了方便网络和汽车领域的研究人员全面了解车载时间敏感网络，总结了车载时间敏感网络的研究现状，包括时间同步、流量调度、可靠性与安全和资源管理等关键技术，以及电子电气架构、综合设计和车辆对外通信等应用场景；分析了车载时间敏感网络应对的挑战，主要体现在电子电气架构的通信性能要求严格、多流混合调度复杂、时间敏感网络和第5代移动通信系统-车联网融合困难和工具链不完善等方面，基于这些挑战展望了车载时间敏感网络的发展趋势。
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• 面向车联网的通信感知一体化资源分配算法
• 张志龙 谢文婷 李雪菲 刘丹谱
• 北京邮电大学学报. 2023, 46(6): 55-0.
• 摘要 ( 291 )     PDF ( 144 ) 　　
• 毫米波通信技术能实现不同车辆间感知信息的高效传输，增强车辆的感知能力。提出了面向车联网增强应用中传感器扩展场景的毫米波感知通信时分集成系统，研究通信车辆之间的匹配问题和感知通信一体化系统中的时间资源分配问题，以雷达互信息率为性能评估指标，采用匈牙利算法和模拟退火算法进行求解。仿真实验结果表明，所提算法能有效扩展车辆的感知范围，并提高车联网的整体感知性能。
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• 模糊逻辑决策室内VLC多址接入与功率分配方案
• 刘焕淋 陈科 杨健 陈浩楠 杨帅
• 北京邮电大学学报. 2023, 46(6): 61-0.
• 摘要 ( 136 )     PDF ( 59 ) 　　
• 为了满足大规模用户接入以及差异化的用户请求速率的需求，研究了室内可见光通信(VLC)中模糊逻辑决策的非正交多址接入(NOMA)和正交多址接入方案。所提方案考虑了用户数量、用户请求速率和用户信道增益，设计了基于模糊逻辑决策用户接入NOMA/正交多址接入的模式选择算法；在功率分配方案中，设计NOMA间不均等的子载波功率分配和基于差异化请求速率的NOMA组内功率分配算法以提高系统吞吐量。仿真实验结果表明，所提方案能提高VLC系统吞吐量和用户平均满意度。
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• 一种自蒸馏的轻量化图像分类网络方案
• 倪水平 马新良
• 北京邮电大学学报. 2023, 46(6): 66-0.
• 摘要 ( 175 )     PDF ( 81 ) 　　
• 图像分类任务经常通过压缩神经网络模型以减少参数量，会导致分类准确率下降。对此，提出了一种自蒸馏的轻量化图像分类网络方案。首先，在自蒸馏框架内引入计算量和参数量可忽略的轻量注意力模块，减少自蒸馏框架的参数量与计算量，从而实现自蒸馏框架轻量化；然后，采用分组卷积与深度可分离卷积对残差网络和VGG11网络进行模型压缩，再把压缩后的2个神经网络作为教师模型，根据教师模型的深度，构建多个作为学生模型的浅层分类器，搭建轻量自蒸馏框架。实验结果表明，所提方案不仅确保原自蒸馏的效果，压缩后的图像分类网络在不低于原分类准确率的基础上，参数量极大减少，并降低模型部署的难度。
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• 基于元胞自动机的耦合映像格混沌扩频通信
• 马英杰 罗瑆玥 赵耿 杨亚涛 曾萍
• 北京邮电大学学报. 2023, 46(6): 72-0.
• 摘要 ( 98 )     PDF ( 47 ) 　　
• 为解决混沌系统的输出分布不均匀以及在有限精度下混沌系统动力学退化的问题，基于初等元胞自动机迭代规则和耦合映像格系统，提出了伪随机耦合映像格混沌扩频码生成算法。首先，利用初等元胞自动机控制耦合映像格系统中每个格子的耦合对象，迭代初值由不同初等元胞自动机迭代规则的异或运算生成，并根据初等元胞自动机迭代结果进行索引，设计系统索引规则；然后，设计耦合系数生成算法，根据初等元胞自动机的初值和2个保密整数获取耦合系数的数值，将耦合映像格中的格子索引对应到元胞自动机中的细胞索引，再根据算法规则返回相应的扰动值和扰动符号，解决了在有限计算精度下混沌系统的动力学退化问题，增强时空混沌系统的混沌特性；最后，设计了基于伪随机耦合映像格的混沌扩频通信方案，对伪随机耦合映像格混沌扩频码进行直接序列扩频和二进制相移键控调制。仿真实验结果表明，混沌扩频码通过了伪随机性测试，具有良好的伪随机性，且所提方案具有良好的误码率性能，在保密通信领域具有广泛的应用前景。
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• 面向5G-SBA的服务资源调度算法
• 贾雨宁 魏翼飞
• 北京邮电大学学报. 2023, 46(6): 77-0.
• 摘要 ( 121 )     PDF ( 62 ) 　　
• 基于网络功能虚拟化和第5代移动通信系统（5G）核心网中基于服务的架构（SBA），提出了一种基于维特比的多策略服务资源调度算法。首先，通过对底层网络和服务器节点进行建模，将优化目标转化为网络功能虚拟化调度成本最小化的问题；然后，算法对切片类型、网络功能类型和节点负载率等因素进行评估,提出不同场景下的3种子策略，进行候选节点的筛选；最后，结合维特比算法进行隐马尔可夫链模型的构建,输出服务功能链实际调度的目标节点及路径，以此为依据占用虚拟化网络功能持有的底层资源。仿真实验结果表明,与常规的资源负载最优算法与随机调度算法相比，所提算法在总服务调度成本、网络资源利用率、平均开销与平均时延等方面具有更好的性能。
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• 一种基于改进遗传算法的分簇路由算法
• 焦万果 丁富贵 石剑恒
• 北京邮电大学学报. 2023, 46(6): 83-0.
• 摘要 ( 157 )     PDF ( 73 ) 　　
• 针对现有传感器网络分簇算法的不足，提出了一种基于改进遗传算法的分簇路由算法。首先，提出了一种基于和声算法和自适应优化的改进遗传算法，以解决传统遗传算法收敛慢和局部收敛的问题；然后，利用网络能耗模型与节点分布模型推导出最佳的簇头数量；最后，利用改进遗传算法选出最优的簇头，在设计适应度函数时，考虑了节点的能量、距基站距离和邻居节点密度等因素。为了均衡和降低能耗，定义入簇选择函数与中继代价函数时，考虑能量和位置因子的影响。仿真实验结果表明，所提算法可实现负载均衡并有效降低网络能耗。
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• 基于驻留时间补偿的5G-TSN系统高精度时间同步方法
• 朱海龙 严园园 张华宇
• 北京邮电大学学报. 2023, 46(6): 89-0.
• 摘要 ( 280 )     PDF ( 131 ) 　　
• 为了深入研究第5代移动通信系统(5G)和时间敏感网络(TSN)融合网络中的TSN时间同步，基于模块化对象的C++语言网络测试平台设计并开发了TSN转换器网元并进行了仿真实验。提出了一种基于5G驻留时间补偿的时延测量方法，以解决5G路径传输时延的测量值与实际值存在较大偏差的问题。仿真实验结果表明，若5G和TSN具备相同且较高的时间同步精度，在融合网络中采用改进的时延测量方法能够实现微秒级的TSN时间同步。
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• 广义增强区间二型FCM的苗族服饰图像分割算法
• 雷欢 黄成泉 陈阳 覃小素 彭家磊
• 北京邮电大学学报. 2023, 46(6): 95-0.
• 摘要 ( 118 )     PDF ( 67 ) 　　
• 针对苗族服饰图案色彩鲜艳、形状丰富和纹理复杂等特征而导致分割难度增加等问题，提出了一种新的区间二型模糊集的算法，将广义增强区间二型模糊c均值(FCM)算法应用于苗族服饰图像分割。区间二型模糊集可以有效地处理图像分割过程中的不确定性和模糊性，在分割过程中能够把握更多图像的细节信息；模型在区间二型FCM中加入一个竞争惩罚项来增强算法的鲁棒性和收敛能力；利用增强的KM算法降型和解模糊优化聚类中心以加快模型的运算速度。实验结果表明，所提算法在不同数据集上的分割效果均优于其他算法。
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• 基于精简双线性注意力网络的环境声音分类
• 董绍江 夏蒸富 蔡巍巍
• 北京邮电大学学报. 2023, 46(6): 102-0.
• 摘要 ( 111 )     PDF ( 68 ) 　　
• 局部区域差异会导致环境声音难以精确分类。对此，提出了一种基于精简双线性注意力网络的环境声音分类方法。首先，引入多维时频特征充分表征环境声音的特征；其次，引入随机擦除在线数据增强方法，避免因缺乏数据集而导致模型过拟合的问题，提高样本的多样性；最后，在精简双线性网络框架不变的情况下，采用密集型连接网络（DensNet-169）作为特征提取模块，并引入通道空间位置注意力模块，关注环境声音特征局部区域的差异。实验结果表明，所提方法在ESC-10和ESC-50数据集上的准确率均超过人耳识别的准确率。
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• 结合智能合约和MADM信誉评估的匿名区构建方案
• 申自浩 贺舒含 王辉 刘沛骞 刘梦珂
• 北京邮电大学学报. 2023, 46(6): 108-0.
• 摘要 ( 120 )     PDF ( 60 ) 　　
• 针对分布式k匿名技术在匿名区构建过程的用户信任问题，提出了一种结合智能合约和信誉评估的匿名区构建方案。首先，引入匿名区构建过程中涉及的多个属性，通过多属性决策(MADM)模型来量化用户在匿名区构建过程中的信誉指标，并转化为信誉值；其次，结合区块链技术，设计基于信誉值评估的智能合约函数；最后，通过智能合约函数验证用户的身份信息并自动计算用户的信誉值，请求用户和协作用户仅通过智能合约进行交互，完成匿名区的构建。实验结果表明，所提方案有较低的通信开销和计算延迟，保证匿名区域的生成效率，为用户的位置隐私提供了更好的保护。
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• 基于改进的粒子群优化算法的测冰系统温度补偿
• 于天河 吴迪
• 北京邮电大学学报. 2023, 46(6): 115-0.
• 摘要 ( 94 )     PDF ( 57 ) 　　
• 三端压电陶瓷片设计的结冰传感器测量值受温度的影响较大。为了提高传感器测量的准确度，提出了一种自适应模拟退火粒子群优化算法进行温度补偿。该算法将模拟退火算法和粒子群优化算法进行融合，采用非线性双曲正切函数来控制惯性权重系数的变化，利用线性变化策略来控制社会学习因子和自我学习因子的值，使寻优重点在不同阶段有所变化，自适应地改变惯性权重系数，社会学习因子和自我学习因子，并解决了算法容易陷入局部优解的问题。实验结果表明，经该算法温度补偿后，结冰状态下测量的误差减少3%左右，测量精度提高0.1mm，说明该补偿算法能有效地减小-5℃~-55℃的低温环境对传感器测量结果的影响，提高了测量精度。
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• 基于RBFNN的改进变步长最小均方自适应滤波算法
• 火元莲 巩琪 安娅琦 丁瑞博
• 北京邮电大学学报. 2023, 46(6): 121-0.
• 摘要 ( 172 )     PDF ( 86 ) 　　
• 为了进一步提高径向基函数神经网络非线性自适应滤波的收敛性和稳态性，提出了一种基于径向基函数神经网络(RBFNN)的改进变步长最小均方自适应滤波算法。首先，利用反双曲正切函数的变步长最小均方算法和变尺度函数替换变步长模型中的定参数，以解决固定步长的弊端和变步长模型中定参数的选择问题；然后，将改进算法应用于RBFNN，训练更新网络的中心、宽度参数和输出权值参数，以提高梯度算法下RBFNN滤波的性能；最后，在非线性系统辨识及混沌时间序列预测中进行仿真实验，结果表明，所改进的算法在收敛速度和稳态误差性能上具有明显的优势。
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