南京邮电大学学报(自然科学版)杂志

南京邮电大学学报(自然科学版)杂志2020年第4期

• HIBE-MPJ：一种基于HIBE的物联网环境下跨域通信机制研究

  季一木,陆毅成,刘尚东,王舒,唐玟

  基于身份的加密方案解决了传统公钥加密体制在证书管理方面的不足，使基于身份的加密方案能适应物联网轻量级的环境。针对基于身份加密在物联网环境中的应用存在密钥托管和跨域认证等问题，提出一种分层的基于身份加密（Hierarchical Identity-Based Encryption，HIBE）的物联网环境下多私钥生成机构（Private Key Generator，PKG）联合跨域认证及通信机制HIBE-MPJ（Hierarchical Identity-Based Encryption-Multiple Private Key Generator Joint）。HIBE-MPJ使用不同信任域的PKG作为跨域认证时的信任网关，通过密钥共享解决不同信任域PKG的密钥托管问题，并建立安全的通信密钥协商机制，使得不同系统参数的两个物联网信任域内的用户节点能互相认证，并提高通信时的效率。随后对认证过程给出了正确性分析，并分析了该方案在随机预言模型下的安全性，并加以实验测试分析，实验结果表明，HIBE-MPJ具有安全性及可行性。最后通过理论证明和构建物联网环境进行实验测试，实验结果表明HIBE-MPJ模型的安全性和可行性。

• 一种面向WHT-NOMA的LC-MMSE-SIC检测算法

  陈发堂,邓青,石贝贝,杨恒

  非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)在功率域中将多个用户信号叠加编码在一个发送信号中，这虽然增大了系统的容量与吞吐量，但在接收端造成更多的干扰。为了进一步提高接收机性能，文中将沃尔什-哈达玛变换(Walsh-Hadamard Transformation,WHT)与传统的NOMA技术结合。同时为了降低接收端串行干扰消除技术(Successive Interference Cancellation,SIC)的计算复杂度，将大信道矩阵分解为空心矩阵与对角矩阵的和，再利用诺伊曼级数近似将信道矩阵的直接求逆运算转化为对角矩阵求逆运算的乘积之和，有效地降低计算复杂度。仿真结果表明，WHT-NOMA系统的误比特率优于传统的NOMA系统，同时文中所提出的低复杂度的SIC算法的性能是与最小均方误差SIC算法相接近的。

• 基于无人机通信的蜂窝网流量卸载研究

  余雪勇,黄欣

  在传统的地面蜂窝网络中，位于小区边缘的移动终端与服务地面基站的距离较远，因此在地面基站负载较重的热点期间常常会造成性能瓶颈。无人机具有高灵活性和高移动性，可作为移动基站为地面基站减轻数据流量负载，提高用户的服务质量，同时降低电信运营商用于基础设施建设的投资成本。因此文中提出UAV（Unmanned Aerial Vehicle）为多小区的边缘用户提供服务以减轻基站的流量负载。为保障用户的服务质量，在满足所有用户速率的前提下，联合优化用户卸载时长调度和UAV轨迹，最大化边缘用户的吞吐量。目标问题是一个非凸的问题，利用一般方法难以解决，因此文中提出了一个两阶段的替代算法（TSI），将目标问题分解为两个子问题，利用SCA(Successive Convex Approximation)方法将非凸问题转化为凸问题，通过交替优化无人机轨迹和边缘用户卸载时长调度来解决目标问题。仿真结果表明了提出的方法具有有效性。

• 超密集组网下基于SDN的小区预切换方法

  谭钦红,骆维扬,曾勤

  为了实现第五代移动通信网络中所提出的高灵活性、可拓展性以及低时延等目标，针对5G超密集组网采用软件定义网络（Software Defined Networking，SDN）的架构进行小区切换管理,提出使用SDN控制器获取参考信号接收功率、终端移动和小区负载等信息并构建多属性判决矩阵选择最佳小区进行切换的方案，并且在切换过程中利用SDN配置相关的路由减少切换所需的信令开销。该方案使得切换过程中的信令开销减少了20%。MATLAB仿真结果表明，随着用户的移动，该方案有效地减少了终端网络切换次数且用户数据吞吐量也得到了较好的提升。

• 一种改进的SRAM随机故障注入技术

  蔡志匡,王荧,周正,仲伟宏,王子轩

  针对传统静态随机存储器缺乏有效的故障注入这一技术问题，文中提出了一种基于阻抗性开路故障的随机故障注入技术。该技术针对阻抗性开路故障的故障机理特点以及其故障表现形式，使用Perl语言提取故障节点，在电路中随机选取多个节点并注入阻值随机电阻，使存储单元电路随机产生阻抗性开路故障。文中首先通过HSIM仿真验证了随机故障注入技术的随机性以及有效性，并基于该方法通过HSIM+VCS混合仿真平台得到March C算法对阻抗性开路缺陷的故障覆盖率为87.8%。

• 大规模MIMO系统中全局LAS检测算法

  张维,周围

  在大规模多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)系统中,现有的非线性检测算法中似然上升搜索（Likelihood Ascend Search,LAS）算法的复杂度较低，但是算法容易陷入局部极值，导致算法性能较差。文中提出一种全局最优的模拟退火-似然上升搜索（Simulated Annealing-Likelihood Ascend Search,SA-LAS）算法，该算法引入模拟退火算法中的概率因素，以一定概率接收相对更差的解，从而改进算法的局限性。同时还利用加权-对称连续超松弛（Weighted Symmetric Successive Over Relaxation,WSSOR）迭代处理复杂的矩阵求逆运算，降低初始解的求解复杂度；另外，设置多个邻域候选集并行搜索加快搜索的速度；最后设置双阈值控制迭代终止时间，以此降低算法复杂度。理论分析了该算法的复杂度，并通过仿真对不同检测算法的误码率性能和收敛速度进行了研究，结果表明：在复杂度阶数不增加的情况下，文中提出的SA-LAS检测算法的误码率性能明显优于现有的LAS检测算法。

• 异轨分时单星时差定位技术精度分析

  郭恒恒,屈德新,张更新

  为了提高单星定位技术的定位精度,文中提出了异轨分时单星时差定位方法。首先，分别分析了同轨和异轨分时单星时差定位原理，并推导了异轨分时单星时差定位误差表达式。其次，通过STK仿真软件建立伽利略卫星导航系统，得出高仰角条件下的可视卫星和单星定位场景。最后，通过仿真实验分别得出了同轨和异轨分时单星时差定位性能，并设置对比试验得出结论：异轨分时单星时差定位技术的定位精度相对同轨单星时差定位技术显著提高。

• 基于半监督生成式对抗网络的异常行为检测

  朱松豪,赵云斌

  针对简单的、人为规定的异常行为，对基于半监督的生成式对抗网络GANomaly进行了改进，并将其应用于视频异常行为检测。具体说来，为了使神经网络更加鲁棒，利用标签平滑可以促使网络产生更紧密的类内的聚类和更大的类别间的分离；为了防止模型崩溃并加快模型的收敛速度，在对抗训练中采用最小二乘损失函数，而不是二分类交叉熵损失函数；为使生成网络更精确地刻画行为的外观信息，在重构损失中施加强度损失和梯度损失。在含有类别标记信息的公共数据集UCSD datasets上测试和证明这一方法的稳定性和准确性，并与几个经典的异常行为检测方法和原始的GANomaly进行了对比，实验结果证明所提出的方法更适合异常检测，且进一步提高了异常行为检测模型的稳定性和准确率。

• 基于量化依赖Lyapunov函数的时变时延网络控制系统的鲁棒控制

  周颖,刘璐璐,韩鹭

  针对具有时变时延的网络控制系统，研究了基于量化反馈的鲁棒控制问题。考虑在传感器与控制器之间加入对数量化器，在网络环境下，系统的网络诱导时延小于一个采样周期，传感器为时钟驱动，控制器与执行器均是事件驱动，利用广义增广矩阵方法建立包含时延和量化信息的新的网络控制系统模型。在系统的稳定性分析中采用了一种新的依赖于量化误差的Lyapunov函数，与普通的二次型Lyapunov函数相比具有较低的保守性，运用李雅普诺夫原理并结合线性矩阵不等式方法，给出系统稳定性的充分条件和鲁棒控制器的设计方法。最后的Matlab仿真算例验证了所提方法的有效性。

• 基于雾线暗通道先验的水下图像复原方法

  周丽丽,朱佳琦,王桥桥,蒋玉红

  水下环境会对可见光的传播过程造成吸收和散射影响，从而引起水下图像画质模糊、颜色失真、对比度低等问题。为此，提出一种基于雾线暗通道先验的水下图像复原方法。该方法使用雾线模型进行去模糊操作，在背景光预估时，结合结构森林边缘检测方法红通道信息获得准确的背景光值，并且通过暗通道先验模型和导向滤波算法优化透射图。经图像质量评价标准的客观分析，文中算法能够有效提升画质和对比度，还原色彩信息。

• 一种改进的分布式经济调度策略

  周帅,肖敏,周映江,李辉,朱士高,陈前

  针对电力系统分布式经济调度问题，提出了一种基于一致性理论的分布式经济调度优化算法，旨在加快分布式经济调度实现供需平衡的时间。首先，对经济调度问题进行数学建模，并利用拉格朗日乘子法给出数学模型最优解的表达式。接下来，基于数学模型提出了分布式经济调度的优化迭代算法，并利用矩阵摄动理论证明算法的收敛性和解的最优性。在该经济调度策略中，各机组将自身以及所有邻居机组的预估失配功率反馈到增益成本的迭代算法中，这样使得每个机组对于当前出力功率与最优出力功率的误差感知更加灵敏。机组的总出力功率可以快速地逼近用户的需求功率，因此该算法可以较快地实现经济调度的供需平衡。最后，通过实例仿真，验证了所提出的分布式经济调度优化算法的优越性。

• 边缘网络环境中的NDN转发策略研究

  邓欣,江凌云

  将命名数据网络（NDN）应用到边缘网络环境是当前的研究趋势之一，但NDN本身的洪泛机制存在缺陷，且传输过程中的数据包丢弃等问题始终没有得到完善的解决。基于上述问题，文中提出了一种边缘网络环境中基于SDN的NDN转发策略。该策略通过将控制平面与数据转发平面相解耦，解决了传统NDN中可能出现的转发表更新延迟等问题，同时为数据包转发过程中遇到的链路中断等问题提供了解决方案。该转发策略经实验证明具有可行性，且相较于其他的NDN转发策略而言在丢包率方面有所改善。此外文中针对边缘网络环境提出了一种新的路由算法，将遗传算法与变邻域搜索算法相结合，综合考虑了网络路径时延以及能耗等多种因素，并仿真验证了该算法较其他传统算法更具优势。

• 基于节点间影响力的重叠社团发现算法

  王夏夏,李玲娟

  为了降低重叠社团发现算法的时间复杂度，提高社团发现的准确性和稳定性，基于标签传播和COPRA算法的思想，提出了一种基于节点间影响力的重叠社团发现算法OCDI（Overlapping Community Detection Algorithm Besed on Influence Between Nodes）。该算法首先采用PageRank算法计算出各节点的PageRank值，并进行迭代，直到稳定；然后采用节点的PageRank值衡量节点的重要性，根据节点的重要性按照升序对节点进行排序，进而确定更新节点标签的顺序；其次在标签更新策略中，引入节点与其邻居节点之间的影响力，基于这种影响力计算节点标签的隶属度，最终发现重叠社团。在真实网络和人工合成网络上的实验结果表明，文中设计的OCDI算法不仅能够有效地检测出重叠社团，而且具有较高的稳定性和近似于线性的时间复杂度。

• 基于区块链的EHR数据安全存储共享方案

  成丽娟,祁正华,史俊成

  针对现有医疗系统中信息共享困难、数据易泄露和存取效率低下的问题，提出一个基于区块链的电子健康记录(Electronic Health Records,EHR)数据安全存储共享方案。首先，采用无证书内容提取签名算法提供数据的隐私保护，并结合智能合约实现数据的安全共享。其次，使用星际文件系统(IPFS)存储真正的隐私数据，联盟区块链上只保存加密数据的哈希值，在实现数据安全存储的同时提高了下载效率。安全分析表明，该方案在数据安全性、隐私保护等方面具有明显的优势。

• 云环境下基于阶段划分的数据密集型工作流调度

  陈俊宇,刘茜萍

  云计算这种新兴计算模型的出现为数据密集型工作流提供了良好的运行环境，云环境下数据密集型工作流的合理调度是其高效运行的关键，而调度方法的优劣往往以完成时间作为一个重要指标。现有调度研究大多基于各个任务的执行时间和时序逻辑计算完成时间，而对于云环境下数据密集型工作流的调度而言，任务之间的传输时间对完成时间的计算也非常重要。为此，提出了一种云环境下基于阶段划分的数据密集型工作流调度方法，首先基于任务的数据依赖将工作流划分为多个阶段，再根据预估的任务执行时间和任务之间的数据传输时间通过分配算法逐阶段完成任务的调度，最后通过具体实验演示了该方法的可行性和有效性。