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), 2.526 (2021).

Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering

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

2016 Vol.17 No.2 P.83-184

<<< CONTENTS >>>

Invited Papers

Properties of a general quaternion-valued gradient operator and its applications to signal processing

Meng-di Jiang, Yi Li, Wei Liu

DOI: 10.1631/FITEE.1500334 Downloaded: 4448 Clicked: 11242 Cited: 4 Commented: 0(p.83-95) <Full Text> <PPT> 1785

Chinese summary <645> 一(yī)般四元數函數梯度的定義、特性及在信号處理領域的應用

目的：随着四元數在信号處理各個領域越來越廣泛的應用，基于四元數的信号處理理論也獲得了快速發展。然而，制約其進一(yī)步應用的一(yī)個瓶頸就是對一(yī)般四元數函數的梯度的定義及特性還缺乏清晰并有說服力的描述。本文就試圖對這一(yī)問題進行探索。
創新點：在信号處理中(zhōng)，雖然很多優化函數的值都是實數，但在進行優化時，尤其是在非線性信号處理中(zhōng)，經常會遇到對取值爲四元數的四元數函數求梯度。不同于以往隻适用于實數值四元數函數梯度的定義，本文第一(yī)次就一(yī)般四元數函數的梯度給出了一(yī)個自洽的定義，并對其特性進行了詳細的研究和描述。基于以上研究，本文對四元數值的最小(xiǎo)均方(LMS)自适應算法，以及一(yī)個有代表性的非線性自适應算法進行了推導，并以矢量傳感器陣列波束形成爲例進行了計算機模拟。

關鍵詞組：四元數；梯度；信号處理；最小(xiǎo)均方算法；非線性自适應濾波；波束形成

Optimization of formation for multi-agent systems based on LQR

Chang-bin Yu, Yin-qiu Wang, Jin-liang Shao

DOI: 10.1631/FITEE.1500490 Downloaded: 3891 Clicked: 7135 Cited: 1 Commented: 0(p.96-109) <Full Text> <PPT> 2280

Chinese summary <91> 基于線性二次最優化的多智能體(tǐ)編隊控制

目的：随着空間技術和計算機技術的發展，空間飛行器協作控制越來越受到重視。多智能體(tǐ)編隊控制是研究這一(yī)類問題的基礎。本文研究了三種情況下(xià)單積分(fēn)器多智能體(tǐ)系統基于線性二次最優性能指标的編隊控制問題，并設計相應的控制算法保證多智能體(tǐ)系統在完成編隊的基礎上使所定義的性能指标達到最優。
創新點：針對三種不同的單積分(fēn)器多智能體(tǐ)最優編隊情況，分(fēn)别提出相應的網絡連接拓撲以及局部反饋矩陣；不同于其他論文不能給出網絡拓撲以及局部最優反饋矩陣的具體(tǐ)解析解，本文給出相應的解析解，并且證明解析解與實際物(wù)理系統完全相符。
方法：應用代數圖論以及矩陣理論的相關知(zhī)識，針對無物(wù)理耦合的多智能體(tǐ)系統，通過求解代數裏卡蒂方程，設計智能體(tǐ)之間的網絡連接拓撲以及局部反饋矩陣，保證多智能體(tǐ)系統在完成編隊的同時相應的LQR指标最優。針對有物(wù)理耦合的多智能體(tǐ)系統，同樣通過求解代數裏卡蒂方程，得到相應的網絡連接拓撲以及局部反饋矩陣，保證多智能體(tǐ)系統在完成編隊的基礎上使相應的LQR指标最優；針對有物(wù)理耦合但無法設計網絡拓撲的多智能體(tǐ)系統，将最優指标寫成局部反饋增益的函數，通過求最優指标的導數，得到最優局部反饋增益。
結論：對于無物(wù)理耦合單積分(fēn)器多智能體(tǐ)的編隊問題與有物(wù)理耦合單積分(fēn)器多智能體(tǐ)的編隊問題，分(fēn)别設計網絡連接拓撲以及局部反饋矩陣，在多智能體(tǐ)系統完成編隊的基礎上保證相應的性能指标達到最優。對于有物(wù)理耦合但無法改變通訊網絡拓撲的單積分(fēn)器多智能體(tǐ)系統編隊問題，設計最優局部反饋增益，在多智能體(tǐ)系統完成編隊的同時保證性能指标最優。

關鍵詞組：線性二次最優；編隊控制；代數裏卡蒂方程；最優控制；多智能體(tǐ)系統

Regular Papers

VirtMan: design and implementation of a fast booting system for homogeneous virtual machines in iVCE

Zi-yang Li, Yi-ming Zhang, Dong-sheng Li, Peng-fei Zhang, Xi-cheng Lu

DOI: 10.1631/FITEE.1500216 Downloaded: 3697 Clicked: 6125 Cited: 0 Commented: 0(p.110-121) <Full Text> <PPT> 1859

Chinese summary <26> VirtMan: iVCE環境下(xià)同構虛拟機大(dà)規模部署系統的設計與實現

目的：在互聯網環境下(xià)聚合數據中(zhōng)心中(zhōng)計算資(zī)源的虛拟計算環境（iVCE）可以提供經濟而有效的服務。在iVCE中(zhōng)，我(wǒ)們廣泛地應用虛拟機技術以實現用戶間的隔離(lí)，保證計算環境的可信性。但是傳統的虛拟機需要很長時間來啓動，難以滿足iVCE環境下(xià)大(dà)規模高動态的應用需求。針對這一(yī)問題，我(wǒ)們設計并實現了VirtMan，一(yī)個可以快速啓動大(dà)量同構虛拟機的系統。
創新點：設計并實現了支持虛拟機鏡像動态挂載的緩存組管理系統，可以實現動态地添加和删除緩存設備，減小(xiǎo)從存儲服務器上讀取的數據量；設計并實現了支持虛拟機鏡像數據快速分(fēn)發的層級挂載技術，每個計算節點的本地緩存數據都可以提供給其他節點上的同構虛拟機，進一(yī)步減小(xiǎo)存儲服務器成爲性能瓶頸的可能。
方法：VirtMan将遠程的鏡像塊設備挂載到計算節點本地。在我(wǒ)們緩存組管理系統中(zhōng)爲其新建一(yī)個緩存設備，并在緩存設備上爲每個虛拟機建立快照，随後在快照設備上啓動虛拟機。由于快照保證了緩存是隻讀的，我(wǒ)們将每個緩存設備作爲新的挂載點，爲其他節點上的同構虛拟機提供鏡像數據。
結論：VirtMan通過彈性緩存組管理系統以及層級挂載等技術，極大(dà)地提高了大(dà)規模同構虛拟機的部署速度，可以實現在2分(fēn)鍾内部署1000台虛拟機。

關鍵詞組：虛拟機；快速啓動；同構性；基于互聯網的虛拟計算環境（iVCE）

A social tag clustering method based on common co-occurrence group similarity

Hui-zong Li, Xue-gang Hu, Yao-jin Lin, Wei He, Jian-han Pan

DOI: 10.1631/FITEE.1500187 Downloaded: 2799 Clicked: 6109 Cited: 2 Commented: 0(p.122-134) <Full Text> <PPT> 1803

Chinese summary <25> 基于共同共現群體(tǐ)相似度的社會化标簽聚類方法

目的：社會化标注系統産生(shēng)了大(dà)量具有歧義和非受控的标簽，降低了用戶體(tǐ)驗也限制了資(zī)源檢索效率。标簽聚類能夠将具有相似語義的标簽聚集在一(yī)起，從而緩解上述問題。現有的社會化标簽聚類方法基本上從“資(zī)源-标簽”的二元關系測量标簽相似度，并使用K-means和層次聚類等算法實現标簽的聚類，容易引起高維、稀疏和标簽語義丢失等問題。本文提出一(yī)種基于共同共現群體(tǐ)的标簽相似度測量方法，利用譜聚類算法實現标簽聚類。
創新點：對社會化标注系統中(zhōng)的三元标注關系進行分(fēn)析，總結出三元關系中(zhōng)最能保持語義關系的标簽共現形式。在分(fēn)析标簽個體(tǐ)共現相似度的基礎上，利用群體(tǐ)思想，提出标簽的共同共現群體(tǐ)相似度，從全局角度精準地刻畫标簽的語義相似性，并提出一(yī)種基于共同共現群體(tǐ)相似度的社會化标簽譜聚類方法。
方法：利用共同共現群體(tǐ)相似度來計算兩兩标簽的相似度，建立相似度矩陣（公式（4））。使用譜聚類算法實驗标簽的聚類，首先使用拉普拉斯（Laplacian）變換對相似度矩陣進行規範化，建立标簽的規範化拉普拉斯（Normalized Laplacian）矩陣，然後計算該矩陣的前k個特征值及其對應的特征向量，并将這k個特征向量組成新的特征空間，在此空間上用K-means算法将标簽聚成k個類簇（算法1）。
結論：利用内部評價指标SC和Dunn對本文提出的标簽聚類方法和其它傳統的标簽聚類方法進行實驗對比。得出基于共同共現群體(tǐ)相似度的标簽譜聚類方法在SC和Dunn這兩個指标上的值均優于其它傳統标簽聚類方法；基于共同共現群體(tǐ)相似度的标簽譜聚類方法能夠獲取較好的聚類結果。

關鍵詞組：社會化标注系統；标簽共現；譜聚類；群體(tǐ)相似度

Efficient identity-based signature over NTRU lattice

Jia Xie, Yu-pu Hu, Jun-tao Gao, Wen Gao

DOI: 10.1631/FITEE.1500197 Downloaded: 2354 Clicked: 6376 Cited: 4 Commented: 0(p.135-142) <Full Text> <PPT> 1684

Chinese summary <27> NTRU格上基于身份簽名的高效方案

目的：衆所周知(zhī)，普通格上的基于身份的簽名體(tǐ)制的公鑰尺寸較大(dà)并且簽名效率不甚令人滿意，爲提高格上的簽名效率并且降低其公鑰尺寸，本文設計了NTRU格上的基于身份的簽名方案。
創新點：将抛棄采樣技術擴展到NTRU格上，并利用NTRU格上的SIS問題構造了NTRU格上的首個可證安全的基于身份的簽名方案，使得簽名效率顯著提高，并很大(dà)程度地降低了公鑰尺寸。
方法：首先，明确NTRU格的定義，提出NTRU格上的小(xiǎo)整數解問題（SIS），即定義5，指出該困難問題在量子計算環境下(xià)是安全的。然後，将抛棄采樣技術擴展到NTRU格上(算法6)，利用擴展後的抛棄采樣技術構造NTRU格上的基于身份的簽名方案，詳見算法4-7。該方案的安全性依賴于所提出的NTRU格上的SIS問題，因而該方案在量子計算環境下(xià)仍然是安全的，并且其通信複雜(zá)度較低（詳見表1-2）。
結論：将抛棄采樣技術擴展到NTRU格上，并構造了NTRU格上首個基于身份的簽名方案，該簽名方案與普通格上的基于身份的簽名方案相比，效率更高，公鑰尺寸更小(xiǎo)。

關鍵詞組：身份；簽名；NTRU格

A framework for an integrated unified modeling language

Mohammad Alshayeb, Nasser Khashan, Sajjad Mahmood

DOI: 10.1631/FITEE.1500094 Downloaded: 2216 Clicked: 5662 Cited: 1 Commented: 0(p.143-159) <Full Text> <PPT> 1771

Chinese summary <28> 一(yī)種集成的統一(yī)建模語言框架

目的：統一(yī)建模語言（unified modeling language, UML）是軟件工(gōng)程領域使用最廣泛的建模語言之一(yī)。通過運用一(yī)系列圖形符号，UML使得軟件工(gōng)程的面向對象分(fēn)析和面向對象設計便于表達，從而簡化了軟件設計的複雜(zá)流程。UML可以用于不同類型系統、域、方法和進程的建模，但無法表達某些問題域的需求。因此，湧現出了相當多的UML擴展。然而擴展後的UML常僅适用于一(yī)個特定域。爲減少使用UML擴展對目标系統建模耗費(fèi)的時間與精力，本文對所有的問題域提供一(yī)種集成形式。
創新點：提出一(yī)種集成的UML，以同時支持多個域的建模。
方法：首先建立集成UML擴展的框架，再利用此框架集成已有文獻中(zhōng)的擴展（表2），形成集成的統一(yī)建模語言圖形形式（integrated unified modeling language-graphical form,iUML-g form）。iUML-g将現有的UML擴展整合至一(yī)個集成形式中(zhōng)，此集成形式包含UML類圖、時序圖和用例圖的集成圖。
結論：通過對一(yī)個使用多個不同域的系統（此類型系統無法通過UML直接建模）進行建模，本文方法有效性得到驗證。同時，包含有9人的iUML-g使用者問卷調查表明（表9），iUML-g的打分(fēn)不低于3.56（滿分(fēn)爲4）。

關鍵詞組：統一(yī)建模語言（UML）；集成；建模；系統分(fēn)析與設計

An efficient bi-objective optimization framework for statistical chip-level yield analysis under parameter variations

Xin Li, Jin Sun, Fu Xiao, Jiang-shan Tian

DOI: 10.1631/FITEE.1500168 Downloaded: 2539 Clicked: 6082 Cited: 2 Commented: 0(p.160-172) <Full Text> <PPT> 1668

Chinese summary <31> 一(yī)種基于參數擾動的芯片成品率雙目标優化框架

目的：基于工(gōng)藝參數擾動及環境參數擾動，實現對芯片漏電功耗成品率及芯片時延成品率的雙目标優化，得到分(fēn)布均勻的帕累托優化解集。
創新點：考慮分(fēn)布不确定的工(gōng)藝參數擾動及環境參數擾動，在任意相關性下(xià)利用CAA理論對漏電功耗成品率及芯片時延成品率進行有效估算，降低計算複雜(zá)度，并根據AWS方法對漏電功耗成品率及芯片時延成品率同時進行優化，取得了分(fēn)布均勻的優化解，便于設計人員(yuán)靈活選擇優化解。
方法：首先，考慮工(gōng)藝參數及環境參數的擾動不确定性，提出一(yī)種能夠處理任意相關性的漏電功耗及芯片時延概率分(fēn)布邊界估算方法。然後，通過計算累積分(fēn)布邊界構造功耗-時延成品率雙目标優化模型。最後，利用AWS方法同時優化漏電功耗成品率及芯片時延成品率，得到一(yī)組分(fēn)布均勻的帕累托優化解，進而提供漏電功耗成品率與芯片時延成品率間的均衡優化信息。
結論：針對工(gōng)藝參數及環境參數的擾動不确定性，提出了一(yī)種能夠處理任意相關性的芯片成品率雙目标優化算法，得到了一(yī)組分(fēn)布均勻的帕累托優化解。

關鍵詞組：參數擾動；參數成品率；多目标優化；切比雪夫仿射；自适應加權求和

An analysis in metal barcode label design for reference

Yin Zhao, Hong-guang Xu, Qin-yu Zhang

DOI: 10.1631/FITEE.1500212 Downloaded: 3112 Clicked: 5726 Cited: 0 Commented: 0(p.173-184) <Full Text> <PPT> 1759

Chinese summary <26> 金屬條碼标簽設計參考中(zhōng)的解析分(fēn)析

目的：爲金屬條碼标簽設計提供參考依據，以實現在工(gōng)業、軍事等惡劣環境下(xià)，物(wù)品信息的長期保存及自動提取。
創新點：将無損探傷中(zhōng)交流場測量技術應用于金屬條碼标簽的檢測識别，從而克服了金屬條碼标簽抗污損能力差的缺點。
方法：将無損探傷中(zhōng)交流場測量技術應用于金屬标簽的檢測識别中(zhōng)。利用薄膜場理論中(zhōng)刻痕處磁标位勢的邊界方程和二維傅立葉變換，給出高頻(pín)線圈激勵多刻痕金屬标簽條件下(xià)，金屬标簽上方空間中(zhōng)磁标位勢的解析解，并給出磁場強度分(fēn)布。通過對空間磁場強度的仿真，定性分(fēn)析金屬标簽基底材質、刻痕和激勵線圈屬性等因素對金屬标簽識别的影響，爲金屬标簽的設計提供參考。
結論：金屬标簽基底材質、刻痕和激勵線圈屬性等因素對金屬标簽檢測識别的分(fēn)辨能力影響爲：（1）ACFM在精确定位刻痕時應選擇幅度檢測的方式；（2）金屬标簽基底材料應選擇相對磁導率較大(dà)的金屬；（3）刻痕的位置應盡量靠近激勵線圈的中(zhōng)心區域；（4）刻痕深度選擇4-8 mm爲宜；（5）相比于圓形激勵線圈，菱形激勵線圈可以提高對刻痕的分(fēn)辨能力；（6）相比于大(dà)尺寸激勵線圈，小(xiǎo)尺寸激勵線圈可以提高對刻痕的分(fēn)辨能力；（7）相比于小(xiǎo)尺寸激勵線圈，大(dà)尺寸激勵線圈可以擴大(dà)可分(fēn)辨區間；（8）通過提高激勵頻(pín)率，可提高ACFM檢測過程中(zhōng)抗噪聲幹擾的能力。

關鍵詞組：金屬标簽；薄膜場；交流場測量；物(wù)聯網