1974年1月创刊(月刊)
主管/主办:重庆西南信息有限公司
ISSN 1002-137X
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    1. 未来网络试验设施的节点资源调度算法
    汪晨欣, 杨家海, 庄奕, 罗念龙
    计算机科学    2019, 46 (12): 95-100.   https://doi.org/10.11896/jsjkx.190400106
    摘要 (137)   PDF (2066KB) (359)  
    随着互联网产业的扩张,对于网络核心技术的研究和创新刻不容缓,未来网络试验设施项目的建设为网络相关的科研人员提供高效便捷的试验环境,以支持网络技术的创新研究和实验。未来网络试验的基础设施资源是提供服务的基础,因此对试验资源的调度管理是项目中非常重要的任务。文中面向未来网络试验设施项目的资源调度和试验服务需求,设计了集中与分布相结合的架构,通过使中心资源调度管理系统与节点资源调度管理系统相互配合,来协调调度主干网带宽资源和位于各站点数据中心的资源。并且针对试验设施的特点,设计了综合考虑虚拟机间的通信代价、站点内物理机的平均资源利用率和资源均衡的多目标优化节点资源调度算法。仿真实验结果表明,该算法能有效实现上述多个目标的优化。
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    2. 基于K-medoids的改进PBFT共识机制
    陈子豪, 李强
    计算机科学    2019, 46 (12): 101-107.   https://doi.org/10.11896/jsjkx.181002014
    摘要 (309)   PDF (1923KB) (771)  
    随着数字货币的普及与发展,区块链技术进入了大众的视野,并被誉为信用历史上第四个里程碑,是未来信用的基石[1]。但与此同时,区块链技术也面临着共识效率低、算力浪费等问题。文中利用K-medoids聚类算法对参与区块链共识的大规模网络节点根据特征进行聚类与层次划分,再将改进的多中心化实用拜占庭容错算法应用于这种聚类后的分层模型中。另外,为了提升聚类算法在多种场景下对区块链模型中共识节点进行聚类的可控性,对K-medoids算法进行了改进。网络拓扑仿真环境实验表明,当选择了适当的聚类特征评判节点间的相似度时,改进后的算法K-PBFT在1000个网络节点参与共识的场景中相较于传统实用拜占庭容错算法(Practical Byzantine Fault Tolerance,PBFT)算法,单次共识耗时缩短了20%,共识过程的通信次数最佳能够降低3个数量级。结果证明K-PBFT算法优化了较大规模共识节点参与的共识过程,使区块链模型能够适用于更广泛的场景中。
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    3. 基于时空特征的移动网络流量预测模型
    张杰, 白光伟, 沙鑫磊, 赵文天, 沈航
    计算机科学    2019, 46 (12): 108-113.   https://doi.org/10.11896/jsjkx.181102207
    摘要 (421)   PDF (1794KB) (1099)  
    研究表明,历史流量数据可以用于移动网络流量的预测,同时周边区域的流量信息可以提高流量预测的准确性。为此,文中提出一种基于时空特征的移动网络流量预测模型STFM。STFM模型利用目标区域及周围区域的历史移动网络流量对目标区域的流量进行预测。其核心思想是,首先利用三维卷积网络(3D CNN)从流量中提取移动网络流量空间上的特征,再利用时间卷积网络(TCN)提取移动网络流量时间上的特征,最后全连接层对提取的特征与实际的流量值建立映射关系,产生预测的流量值。根据实验的验证与分析,STFM在移动网络流量预测上的标准均方根误差(NRMSE)相比TCN,CNN和CNN-LSTM分别减少了28%,21.7%和10%。因此,STFM模型能够有效提高移动网络流量预测的准确率。
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    4. 基于禁忌遗传优化的离线静态虚拟网映射算法
    余建军, 吴春明
    计算机科学    2019, 46 (12): 114-119.   https://doi.org/10.11896/jsjkx.181001981
    摘要 (124)   PDF (1520KB) (305)  
    离线静态虚拟网映射问题是NP难问题,其任务是以物理网提供商收益最大化为目标,在物理网上完成虚拟网子集的映射。文中对离线静态虚拟网映射问题及其研究现状进行介绍,指出当前离线静态虚拟网映射算法仅适用于小规模问题或特殊问题的求解,进而提出了一种适用于中大规模的一般离线静态虚拟网映射问题的求解算法。首先,基于收益优先的虚拟网映射顺序策略、节点等级匹配的虚拟节点映射策略以及最小化资源消耗量的虚拟链路映射策略,提出离线静态虚拟网映射问题的贪婪算法;然后,基于遗传算法和禁忌搜索混合的优化策略,提出离线静态虚拟网映射问题的禁忌遗传算法。实验表明,所提出的禁忌遗传算法具有较高的虚拟网构建完成率和物理网提供商收益,虚拟网构建完成率和物理网提供商收益分别比基线算法提高了34%和42%。
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    5. 蝗虫群优化和极限学习机相结合的RFID室内定位算法
    王哲, 郑嘉利, 李丽, 袁源, 石静
    计算机科学    2019, 46 (12): 120-125.   https://doi.org/10.11896/jsjkx.181202381
    摘要 (148)   PDF (1756KB) (442)  
    随着室内定位技术的飞速发展,射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)技术以其非接触、快速识别等优点成为解决问题的首选方案。针对目前室内定位算法的精度容易受到标签密度和算法效率的影响及对动态环境适应性不足的问题,文中提出了一种蝗虫群优化(Grasshopper Optimization Algorithm,GOA)和极限学习机(Extreme Learning Machine,ELM)相结合的RFID室内定位算法。该算法通过蝗虫群优化对极限学习机随机产生的输入层权值和隐含层阈值进行选择,以提升极限学习机的性能,从而在离线阶段减少学习时间;利用蝗虫群算法对极限学习机参数进行优化,有效克服环境以及信号强度值变化对定位精度的影响。通过实验研究了影响算法性能的因素,并验证了算法的有效性。与BP神经网络算法(NN-Based)和非度量多维尺度算法(NMDS-RFID)相比,所提算法的定位平均误差分别降低了22.32%和20.06%,平均执行时间分别减少了58.7%和7.55%。仿真和实验结果表明,所提算法在获得更精确的定位结果的同时降低了时间成本,并对环境变化具有较好的适应性。
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    6. 基于移动边缘计算的任务迁移和协作式负载均衡机制
    殷佳, 管昕洁, 白光伟
    计算机科学    2019, 46 (12): 126-131.   https://doi.org/10.11896/jsjkx.181202453
    摘要 (298)   PDF (1751KB) (539)  
    由于使用中心云服务会产生相应的延迟和通信成本,更靠近移动用户的移动边缘计算已经成为处理计算密集型和延迟敏感型应用程序的主要技术。位于网络边缘的小型云数据中心被称为微云,其能够为周围邻近的移动设备提供计算能力,减少服务交付的时延。然而,在移动微云组成的边缘网络环境下,负载均衡问题直接影响了任务的响应时间。为了提高用户服务质量,文中提出基于移动边缘计算的任务迁移和协作式负载均衡机制,包括分别针对用户和微云设计的延迟感知目标选择策略LATS和协作式负载均衡策略CLB。LATS根据微云当前的负载信息为移动用户选择最优的任务迁移对象;CLB使用Balls-into-bins模型,只需要获取局部信息就可以有效地实现移动微云之间的负载均衡。仿真结果表明,所提策略能够有效减小系统延迟和负载差异,同时降低通信和计算成本。
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    7. 基于跳频的认知无线电网络中的时隙优化策略
    吉毅, 贾俊铖, 盛凯
    计算机科学    2019, 46 (11): 58-64.   https://doi.org/10.11896/jsjkx.181001865
    摘要 (135)   PDF (2611KB) (328)  
    随着近几年无线通信技术的快速发展,无线电频谱资源越来越匮乏。认知无线电网络(CRN)由于可提高现有频谱资源的利用率,受到了广泛关注。针对传统的认知无线电网络中随机跳频交汇策略没有考虑信道碰撞和切换延迟的问题,提出了一种基于时隙ALOHA协议,融入了切换延迟的最优随机跳频交汇策略。首先,将整个交汇过程以时隙微分化,定义信道时长和切换时长时隙模型,并将跳频过程与ALOHA协议融合,给出策略交汇时长(TTR)的计算方法;然后,分步骤详细分析交汇策略的流程,根据联合概率推导出时隙期望关于信道数目、切换时延的公式;最后,根据求导和函数趋势图计算最低点,进而提出一种基于整数规化的时隙最优数目计算算法,以取得整体交汇策略的最优化。通过模拟实验考查了可用时隙数目和切换时延这两个重要参数,实验结果表明切换时延比可用信道数目对交汇效率的影响更大。此外,实验结果还表明:该策略在充分考虑时延的同时,总能以最优方式交汇,相比传统方式可大幅度地缩短平均交汇时间(ATTR),当时延的时隙数目不大于5时,ATTR整体上缩短了15%左右,这可促进节点快速交汇,进而加速节点信息交互,进一步提高现有频谱的利用率。
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    8. 一种用于无线传感器网络三维定位的迭代估计方法
    蒋锐, 吴谦, 徐友云
    计算机科学    2019, 46 (11): 65-71.   https://doi.org/10.11896/jsjkx.181001855
    摘要 (197)   PDF (1796KB) (357)  
    现有无线传感器网络三维定位算法大部分借鉴并基于相对成熟并且算法性能较好的二维定位算法原理,将其扩展至三维空间以实现节点定位,相比二维定位算法具有更好的定位精度。基于质心迭代估计的无线传感器网络二维定位算法通过对连通锚节点所围成平面的质心进行迭代计算,缩小了未知节点所在二维平面的范围,提高了节点的定位精度。基于此二维定位方法的原理,提出了一种用于无线传感器网络三维定位的迭代估计方法。首先,该算法计算当前连通锚节点所张成三维空间的质心坐标及其与未知节点间的接收信号强度;其次,以该质心节点为虚拟锚节点替代距离未知节点最远的连通锚节点,为未知节点自身的定位提供帮助。由于节点定位精度随着未知节点所处三维空间范围的缩小而不断提高,因此通过多次迭代后可以获得理想的定位精度。在3.50GHz电脑平台上模拟实际无线传感器网络环境,利用交互式数据语言对所提算法进行仿真,以验证算法的性能。仿真结果表明,所提算法与基于质心迭代估计的无线传感器网络二维定位算法相比,其定位精度可提高3%~6%;与三维质心定位算法相比,其定位精度可提高5%~23%。同时,所提算法具有较好的抗RSSI测量误差的能力,并通过多次迭代定位使得节点定位覆盖率可以达到99%以上,是一种适用于无线传感器网络三维定位的有效方法。
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    9. 基于Ka频段的低轨卫星自适应信息传输方案
    于秀兰, 王思仪
    计算机科学    2019, 46 (11): 72-79.   https://doi.org/10.11896/jsjkx.181001862
    摘要 (161)   PDF (4241KB) (586)  
    针对Ka频段卫星通信信号传输易受降雨和地面移动环境影响的问题,结合低轨卫星高速移动特点及星地链路电波传播特性,对Ka频段下的低轨卫星信道雨衰分布进行了研究,提出了一种基于Ka频段的低轨卫星自适应信息传输方案。首先,针对信号在空间传输受降雨及周围环境两种因素影响的问题,建立了Ka频段的低轨卫星移动通信信道模型;其次,根据卫星仰角变化范围以及仰角概率密度函数推导得到基于卫星仰角变化的雨衰概率密度函数;然后,根据当前信道状态和雨衰概率密度函数计算得到信道参数值,从而确定信道状态信息;接着,根据已确定的信道状态信息,计算得到当目标误码率为1×10-4时不同信道状态和调制编码方式下的信噪比阈值;最后,利用自适应调制编码选择算法,将反馈信噪比与计算得到的信噪比阈值进行对比,选出最佳调制编码方式对信号进行调制编码之后再传输,以提高空间信息传输的可靠性。仿真结果表明,在不同信道状态下,卫星仰角越小,地面阴影程度越严重,系统误码率越高,自适应信息传输方案使得系统误码率始终低于目标误码率1×10-4。从而进一步说明,所提出的自适应信息传输方案可以有效地解决信号因降雨、地面移动环境以及卫星移动性三方面因素共同导致的严重衰减问题,从而有效提升了Ka频段低轨卫星系统的信息传输质量。
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    10. 扩散的多播分子通信网络的比特错误率分析
    程珍, 赵慧婷, 章益铭, 林飞
    计算机科学    2019, 46 (11): 80-87.   https://doi.org/10.11896/jsjkx.181001925
    摘要 (152)   PDF (1727KB) (268)  
    考虑到多播分子通信网络由1个发送方纳米机器、2个接收方纳米机器和4个中继纳米机器组成,提出通过每跳采用同种类型和不同类型的分子来传输信息的中继策略,以保证多播分子通信的可靠性。首先,提出调整阈值的方式来有效减少并行中继纳米机器间发送相同类型分子时的干扰;然后,推导出两种中继策略下多播分子通信网络平均比特错误率的数学表达式;最后,通过实验仿真展示了不同参数(包括检测阈值、每个时隙发送的分子数、发送方和接收方纳米机器间的距离、样本个数、比特间隔时长以及扩散系数)对多播分子通信网络的比特错误率的影响,并提出了可降低该多播分子通信网络的平均比特错误率的中继方案。
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