Journal of Zhejiang University

Current Issue: <FITEE>

Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering (former title: Journal of Zhejiang University SCIENCE C (Computers & Electronics), 2010-2014)

ISSN 2095-9184 (print); ISSN 2095-9230 (online); CN 33-1389/TP; Monthly.

FITEE is an international peer-reviewed journal indexed by SCI-E, Ei Compendex, DBLP, IC, Scopus, JST, CSA, etc. It covers research in Electrical and Electronic Engineering, including Computer Science, Information Sciences, Control, Automation, Telecommunications, and related disciplines.

Impact factor: 0.308 (2011), 0.297 (2012), 0.380 (2013), 0.415 (2014), 0.392 (2015), 0.622 (2016), 0.910 (2017), 1.033 (2018), 1.604 (2019), 2.161 (2020), 2.545 (2021), 3.0 (2022).

Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering

ISSN 2095-9184 (print), ISSN 2095-9230 (online)

2024 Vol.25 No.4 P.485-628

Cover:

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Contents:

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CONTENTS

Research Articles

Design and verification of an FPGA programmable logic element based on Sense-Switch pFLASH

Zhengzhou CAO, Guozhu LIU, Yanfei ZHANG, Yueer SHAN, Yuting XU

DOI: 10.1631/FITEE.2300454 Downloaded: 181 Clicked: 202 Cited: 0 Commented: 0(p.485-499) <Full Text> <PPT > 52

Chinese summary <1> 基于Sense-Switch型pFLASH的FPGA可編程邏輯單元的

設計與驗證
曹正州，劉國柱，張豔飛，單悅爾，徐玉婷
中(zhōng)國電子科技集團公司第58研究所，中(zhōng)國無錫市，214035
摘要：本文提出一(yī)種基于Sense-Switch型pFLASH技術的可編程邏輯單元(PLE)。通過對Sense-Switch型pFLASH進行編程，實現所有的三位查找表(LUT3)功能、部分(fēn)LUT4功能、鎖存器功能以及帶使能和複位的DFF功能。因爲PLE使用了一(yī)種選擇運算邏輯（COOL）的方法來運算邏輯函數，它允許使用任意組合邏輯和寄存器的比例來實現任意邏輯電路。這一(yī)本質特性使其在精細粒度方面接近于基本的ASIC單元，從而允許類似ASIC的基于單元的映射器應用其所有的優化潛力。對Sense-Switch型pFLASH和PLE電路的實測結果表明Sense-Switch型pFLASH的"開(kāi)态"驅動電流約爲245.52 µA、"關态"漏電流約爲0.1 pA；PLE的可編程功能正常工(gōng)作；典型的組合邏輯運算AND3的延遲爲0.69 ns、時序邏輯DFF的延遲爲0.65 ns，均滿足設計技術指标的要求。

關鍵詞組：現場可編程門陣列；可編程邏輯單元；布爾邏輯運算；查找表；Sense-Switch型pFLASH；阈值電壓

Secure resource allocation against colluding eavesdropping in a user-centric cell-free massive multiple-input multiple-output system

Na LI, Yuanyuan GAO, Kui XU, Xiaochen XIA, Huazhi HU, Yang LI, Yueyue ZHANG

DOI: 10.1631/FITEE.2200599 Downloaded: 260 Clicked: 346 Cited: 0 Commented: 0(p.500-512) <Full Text>

Chinese summary <0> 以用戶爲中(zhōng)心的去(qù)蜂窩大(dà)規模多輸入多輸出系統中(zhōng)抗協作竊聽(tīng)的安全資(zī)源分(fēn)配

李娜，高媛媛，許魁，夏曉晨，胡華智，李揚，張月月
中(zhōng)國人民解放(fàng)軍陸軍工(gōng)程大(dà)學通信工(gōng)程學院，中(zhōng)國南(nán)京市，210007
摘要：本文研究在多個被動竊聽(tīng)者協作竊聽(tīng)的情況下(xià)，去(qù)蜂窩大(dà)規模多輸入多輸出系統的資(zī)源分(fēn)配問題。爲解決導頻(pín)資(zī)源受限的問題，提出在接入點選擇的基礎上将污染最小(xiǎo)的導頻(pín)分(fēn)配給用戶的方案并優化導頻(pín)發射功率以提高信道估計精度。針對多個被動竊聽(tīng)者在串通竊聽(tīng)環境下(xià)的安全傳輸問題，基于局部部分(fēn)迫零預編碼方案，提出一(yī)種傳輸功率優化方案，以最大(dà)限度地提高系統的最小(xiǎo)安全頻(pín)譜效率。仿真結果表明，該方案能夠有效降低信道估計誤差，提高系統安全性。

關鍵詞組：去(qù)蜂窩；協作竊聽(tīng)；導頻(pín)受限；接入點選擇；安全速率

FaSRnet: a feature and semantics refinement network for human pose estimation

Yuanhong ZHONG, Qianfeng XU, Daidi ZHONG, Xun YANG, Shanshan WANG

DOI: 10.1631/FITEE.2200639 Downloaded: 252 Clicked: 306 Cited: 0 Commented: 0(p.513-526) <Full Text> <PPT > 37

Chinese summary <0> FaSRnet：用于人體(tǐ)姿态估計的特征和語義修正網絡

仲元紅¹，徐乾鋒¹，鍾代笛²，楊勳³，王姗姗⁴
¹重慶大(dà)學微電子與通信工(gōng)程學院，中(zhōng)國重慶市，400044
²重慶大(dà)學生(shēng)物(wù)工(gōng)程學院，中(zhōng)國重慶市，400044
³中(zhōng)國科學技術大(dà)學信息科學與技術學院，中(zhōng)國合肥市，230039
⁴安徽大(dà)學物(wù)質科學與信息技術研究院，中(zhōng)國合肥市，230039
摘要：由于運動模糊、視頻(pín)失焦和遮擋等因素，多幀人體(tǐ)姿态估計是一(yī)項有挑戰性的任務。利用連續幀之間的時間一(yī)緻性是解決這一(yī)問題的有效方法。目前，大(dà)多數方法通過修正最終熱圖來利用時間一(yī)緻性。熱圖包含了關鍵點的語義信息，可在一(yī)定程度上提高檢測質量。它們由特征生(shēng)成，但這些方法很少考慮特征級别的修正。本文提出一(yī)種人體(tǐ)姿态估計框架，該框架在特征和語義層面進行了改進。将輔助特征與當前幀的特征對齊，以減少不同特征分(fēn)布帶來的損失。使用注意力機制将輔助特征與當前特征融合。在語義方面，使用相鄰熱圖之間的差異作爲輔助特征來修正當前熱圖。在大(dà)型基準數據集PoseTrack2017和PoseTrack2018上驗證了該方法的有效性。

關鍵詞組：人體(tǐ)姿态估計；多幀修正；熱圖和偏移估計；特征對齊；多人

Towards sustainable adversarial training with successive perturbation generation

Wei LIN, Lichuan LIAO

DOI: 10.1631/FITEE.2300474 Downloaded: 193 Clicked: 263 Cited: 0 Commented: 0(p.527-539) <Full Text> <PPT > 47

Chinese summary <0> 基于連續擾動生(shēng)成方法的可持續對抗訓練

林巍^1,3，廖麗娟²
¹福建理工(gōng)大(dà)學計算機科學與數學學院，中(zhōng)國福州市，350118
²西安理工(gōng)大(dà)學經濟與管理學院，中(zhōng)國西安市，710048
³福建理工(gōng)大(dà)學福建省大(dà)數據挖掘與應用技術重點實驗室，中(zhōng)國福州市，350118
摘要：基于在線生(shēng)成對抗性樣本的對抗性訓練在防禦對抗性攻擊和提高卷積神經網絡（CNN）模型魯棒性方面取得良好效果。然而，大(dà)多數現有對抗訓練方法都緻力于尋找強對抗例子迫使模型學習對抗數據分(fēn)布，這不可避免地增加了大(dà)量計算開(kāi)銷并導緻幹淨數據丢失。本文展示了在不同訓練世代中(zhōng)漸進式地增強對抗樣本本身的對抗強度能有效提高模型魯棒性，适當的模型轉換可以保持模型泛化性能，且這一(yī)轉換過程的計算成本可忽略不計。因此，本文提出一(yī)種針對對抗訓練的連續擾動生(shēng)成方法(SPGAT)，該方法通過在前一(yī)訓練世代轉移的對抗樣本上添加擾動逐步增強對抗樣本，并跨世代轉換模型以提高對抗訓練效率。實驗表明，本文所提SPGAT方法既高效又(yòu)有效；例如，所提方法計算時間爲900分(fēn)鍾，标準對抗訓練持續時間爲4100分(fēn)鍾，對抗精度和幹淨樣本精度性能提升分(fēn)别超過7%和3%。在不同數據集上對SPGAT進行廣泛評估，包括小(xiǎo)規模MNIST、中(zhōng)等規模CIFAR-10和大(dà)規模CIFAR-100。實驗結果表明，相比于目前最優方法，所提方法更有效。

關鍵詞組：對抗訓練；對抗攻擊；随機權重平均；機器學習；模型的泛化

Securing multi-chain consensus against diverse miner behavior attacks in blockchain networks

Wenbo ZHANG, Tao WANG, Chaoyang ZHANG, Jingyu FENG

DOI: 10.1631/FITEE.2200505 Downloaded: 274 Clicked: 352 Cited: 0 Commented: 0(p.540-554) <Full Text> <PPT > 44

Chinese summary <0> 區塊鏈網絡中(zhōng)抗多樣化礦工(gōng)行爲攻擊的安全多鏈共識方案

張文波¹，汪濤^1,2，張朝陽¹，馮景瑜¹
¹西安郵電大(dà)學網絡空間安全學院，中(zhōng)國西安市，710121
²中(zhōng)國郵政儲蓄銀行，中(zhōng)國西安市，710000
摘要：跨鏈技術的發展使得不同區塊鏈間的互操作成爲可能，多鏈共識在區塊鏈網絡中(zhōng)變得日益重要。然而，目前對單鏈共識方案的研究較多，涉及可信礦工(gōng)的多鏈共識方案的探讨相對較少，這爲惡意用戶在不同鏈上發起多樣化礦工(gōng)行爲（diverse miner behavior, DMB）攻擊提供了機會。DMB攻擊者可以在某些鏈（稱爲mask鏈）上表現友好并參與共識過程，以提升其信任值，而在其他鏈（稱爲kill鏈）上從事對網絡具有破壞性的行爲。本文提出一(yī)種名爲Proof-of-DiscTrust（PoDT）的多鏈共識方案，旨在防範DMB攻擊。該方案引入DiscTrust信任理念，用于評估每個用戶在不同鏈上的信任值。用戶的信任值被分(fēn)爲本地信任值和全局信任值。針對DMB攻擊者通過在kill鏈上交替創建真實或虛假區塊來維持其信任度的問題，設計了一(yī)種實施DiscTrust機制的動态行爲預測方法。此外(wài)，針對多鏈環境，提出3個可信礦工(gōng)選擇算法，分(fēn)别用于選擇網絡礦工(gōng)、鏈礦工(gōng)和鏈礦工(gōng)領導者。實驗結果表明，PoDT方案能夠抵抗DMB攻擊，并且在多鏈環境中(zhōng)比傳統共識方案更爲有效。

關鍵詞組：區塊鏈；跨鏈；信任機制；多鏈共識

Availability evaluation of controller area networks under the influence of intermittent connection faults

Longkai WANG, Leiming ZHANG, Yong LEI

DOI: 10.1631/FITEE.2200592 Downloaded: 382 Clicked: 534 Cited: 0 Commented: 0(p.555-568) <Full Text> <PPT > 25

Chinese summary <0> 間歇性連接故障影響下(xià)的控制器局域網可用性評估

王珑凱¹，張雷鳴²，雷勇¹
¹浙江大(dà)學流體(tǐ)動力與機電系統國家重點實驗室，中(zhōng)國杭州市，310027
²中(zhōng)國電子科技集團公司第十四研究所，中(zhōng)國南(nán)京市，210039
摘要：控制器局域網（CAN）作爲工(gōng)業中(zhōng)廣泛使用的現場總線之一(yī)，已經擴展到對安全性和可靠性有嚴格要求的自動化領域。在實際應用中(zhōng)，電纜的疲勞和絕緣磨損等因素會導緻CAN總線中(zhōng)間歇性連接（IC）故障頻(pín)繁發生(shēng)，從而影響系統的動态行爲和安全。因此，定量評估CAN在IC故障影響下(xià)的性能對系統的實時健康監測至關重要。本文提出一(yī)種考慮IC故障的CAN可用性實時定量評估方法，該方法基于網絡狀态轉移模型計算系統可用性參數。首先，構建IC故障與網絡錯誤響應之間的因果關系，在此基礎上估計IC故障到達速率。其次，對考慮IC故障的網絡狀态進行分(fēn)析，采用确定與随機Petri網（DSPN）模型描述狀态間的轉移關系。然後，根據DSPN模型中(zhōng)标識的概率分(fēn)布和物(wù)理意義，确定DSPN模型的參數并計算系統的可用度。搭建了實驗平台，并在多種實驗條件下(xià)對所提方法進行實例驗證。實驗結果表明，所提方法的估計結果與實際值吻合良好。

關鍵詞組：控制器局域網；間歇性連接故障；到達速率；确定和随機Petri網；可用性評估

An anti-collision algorithm for robotic search-and-rescue tasks in unknown dynamic environments

Yang CHEN, Dianxi SHI, Huanhuan YANG, Tongyue LI, Zhen WANG

DOI: 10.1631/FITEE.2300151 Downloaded: 479 Clicked: 416 Cited: 0 Commented: 0(p.569-584) <Full Text> <PPT > 42

Chinese summary <0> 面向未知(zhī)動态環境的機器人搜救任務避障算法

陳洋¹，史殿習^2,3，楊煥煥⁴，李彤月³，王震³
¹北(běi)京大(dà)學計算機學院，中(zhōng)國北(běi)京市，100871
²天津(濱海)人工(gōng)智能創新中(zhōng)心，中(zhōng)國天津市，300457
³智能博弈與決策實驗室，中(zhōng)國北(běi)京市，100071
⁴國防科技大(dà)學計算機學院，中(zhōng)國長沙市，410073
摘要：本文研究未知(zhī)動态環境下(xià)具有多個興趣目标的移動機器人搜救任務問題。由于移動機器人需要搜救多個目标并避開(kāi)障礙，此類問題具有挑戰性。爲确保移動機器人合理避碰，本文提出一(yī)種基于混合策略納什均衡的Dyna-Q算法（MNDQ）。首先，引入一(yī)種多目标分(fēn)層結構以簡化問題，該結構将整個任務劃分(fēn)爲多個子任務，包括搜索目标和躲避障礙。其次，提出基于動态風險相對位置的風險監測機制，使機器人避免潛在碰撞和繞路。此外(wài)，爲提高采樣效率，提出了結合Dyna-Q和混合策略納什均衡的強化學習方法（MNDQ）。根據混合策略納什均衡，智能體(tǐ)以概率的形式做出決策從而最大(dà)化期望回報，提高Dyna-Q算法的整體(tǐ)性能。最後，通過仿真實驗驗證所提方法的有效性。結果表明，該方法具有良好的表現并爲未來的機器人自主導航任務提供了解決思路。

關鍵詞組：搜索救援；強化學習；博弈論；避碰；決策問題

Multi-exit self-distillation with appropriate teachers

Wujie SUN, Defang CHEN, Can WANG, Deshi YE, Yan FENG, Chun CHEN

DOI: 10.1631/FITEE.2200644 Downloaded: 353 Clicked: 564 Cited: 0 Commented: 0(p.585-599) <Full Text> <PPT > 31

Chinese summary <0> 具備合适教師的多出口自蒸餾

孫武傑，陳德仿，王燦，葉德仕，馮雁，陳純
浙江大(dà)學計算機科學與技術學院，中(zhōng)國杭州市，310000
摘要：多出口架構允許早停推理以減少計算成本，這使其可以在資(zī)源受限的情況下(xià)使用。最近的研究将多出口架構與自蒸餾相結合，以在不同網絡深度上同時實現高效率和卓越性能。然而，現有方法主要從深層出口或單一(yī)集成中(zhōng)傳遞知(zhī)識，以指導所有出口，而沒有考慮學生(shēng)和教師之間不适當的學習差距可能會降低模型性能，特别是對于淺層出口而言。爲解決這個問題，提出具備合适教師的多出口自蒸餾方法，爲每個出口提供多樣化且适當的教師知(zhī)識。在我(wǒ)們的方法中(zhōng)，根據不同可訓練的集成權重，從所有出口獲得多個集成教師。每個出口從所有教師那裏接收知(zhī)識，并重點關注其所對應的主教師，以保持适當的學習差距并實現高效的知(zhī)識傳遞。通過這種方式，我(wǒ)們的方法在保證學習效率的同時實現了多樣化的知(zhī)識蒸餾。在CIFAR-100、TinyImageNet以及3個細粒度數據集上的實驗結果表明，我(wǒ)們的方法在各種網絡架構中(zhōng)始終優于最先進的多出口自蒸餾方法。

關鍵詞組：多出口架構；知(zhī)識蒸餾；學習差距

A spaceborne advanced storage system for remote sensing microsatellites

Shilei TU, Huiquan WANG, Yue HUANG, Zhonghe JIN

DOI: 10.1631/FITEE.2200445 Downloaded: 397 Clicked: 302 Cited: 0 Commented: 0(p.600-615) <Full Text> <PPT > 21

Chinese summary <1> 一(yī)種遙感微納衛星星載先進存儲系統

塗實磊^1,2，王慧泉^1,2，黃躍^1,2，金仲和^1,2
¹浙江大(dà)學微小(xiǎo)衛星研究中(zhōng)心，中(zhōng)國杭州市，310027
²浙江省微納衛星研究重點實驗室，中(zhōng)國杭州市，310027
摘要：随着衛星小(xiǎo)型化技術和遙感技術的發展，微納衛星星座的快速部署與應用是必然趨勢。由于體(tǐ)積、重量和功率(SWaP)的限制，具有高擴展性、高性能和高可靠性的星載存儲系統仍然是遙感微納衛星的技術瓶頸之一(yī)。基于商(shāng)用現貨(COTS)現場可編程門陣列(FPGA)和存儲器件，本文提出一(yī)種小(xiǎo)型化星載先進存儲系統(SASS)設計。該設計爲微納衛星多通道載荷數據提供了基于動态規劃調度與隊列調度的多輸入多輸出緩存技術和一(yī)種高速、高可靠性的NAND flash控制器。實驗結果表明，SASS具有出色的可擴展性，支持多通道數據調度與存儲，适配不同型号遙感衛星。其最大(dà)數據寫入速率可達2429 Mb/s，在單個NAND flash故障時，數據寫入速率至少能保留78.53%。動态規劃調度與隊列調度有效縮短了數據調度時間，提高數據調度實時性，提出的數據重映射法使NAND flash數據駐留錯誤降低了至少50.73%，存儲誤碼率降低了至少37.80%。

關鍵詞組：微納衛星；星載先進存儲系統；擴展性；性能；可靠性

Novel design of a compact tunable dual band wireless power transfer (TDB-WPT) system for multiple WPT applications

Hany A. ATALLAH, Rasha Hussein AHMED, Adel B. ABDEL-RAHMAN

DOI: 10.1631/FITEE.2200664 Downloaded: 251 Clicked: 393 Cited: 0 Commented: 0(p.616-628) <Full Text>

Chinese summary <0> 多用途新穎緊湊可調諧雙頻(pín)無線電能傳輸系統設計

Hany A. ATALLAH¹, Rasha Hussein AHMED¹, AdelB.ABDEL-RAHMAN²
¹南(nán)谷大(dà)學工(gōng)程學院通信與電子學系，埃及奎那，83523
²埃及-日本科技大(dà)學，埃及亞曆山大(dà)，21934
摘要：本文設計并實現了一(yī)個可調諧雙頻(pín)無線電能傳輸耦合諧振器系統。可調諧波段的頻(pín)率響應可以使用表面貼裝變容二極管進行控制。發射器和接收器電路是對稱的。頂層包含一(yī)個阻抗爲50Ω的饋線。通過使用變容二極管，兩個相同的半環缺陷接地結構被加載在底部。針對工(gōng)作在單頻(pín)段（基于工(gōng)作頻(pín)率）的受限無線電能傳輸系統，提出一(yī)種解決方案。研究了幾何形狀、方向、相對距離(lí)和偏移對耦合系數的影響。爲驗證仿真結果，制作并測試了所提可調諧雙頻(pín)無線電能傳輸系統。系統面積爲40 mm×40 mm。在有效傳輸距離(lí)爲22 mm時，在817~1018 MHz調諧頻(pín)段，以98%的平均耦合效率向接收器輸送電能，在1.6 GHz固定頻(pín)段，效率爲95%。測量結果與等效模型的模拟結果吻合較好。

關鍵詞組：缺陷接地結構；表面貼裝；可調諧雙頻(pín)無線電能傳輸；變容二極管