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.12 P.1253-1396

<<< CONTENTS >>>

Special Feature on Future Network

Caching resource sharing in radio access networks: a game theoretic approach

Jun-feng Xie, Ren-chao Xie, Tao Huang, Jiang Liu, F. Richard Yu, Yun-jie Liu, Jun-feng Xie, Ren-chao Xie, Tao Huang, Jiang Liu, F. Richard Yu, Yun-jie Liu

DOI: 10.1631/FITEE.1500497 Downloaded: 2916 Clicked: 6980 Cited: 1 Commented: 0(p.1253-1265) <Full Text> <PPT> 1820

Chinese summary <63> 一(yī)種基于博弈論的無線接入網中(zhōng)緩存資(zī)源共享方法

概要：随着智能手機、平闆電腦等智能終端設備的快速普及，無線網絡流量呈爆炸式增長，其中(zhōng)占主導地位的視頻(pín)流量的增長尤爲顯著，根據思科的預測，從2014年到2019年，移動視頻(pín)的複合年增長率（Compound annual growth rate, CAGR）爲66%。在無線網絡中(zhōng)部署緩存被認爲是應對流量爆炸式增長的一(yī)種有效解決方案。雖然已經有很多論文關注蜂窩網絡中(zhōng)的内容緩存問題，但這些論文基本上都集中(zhōng)在内容緩存的性能優化和能量有效，而忽略了多個服務提供商(shāng)（Service provider servers, SPSs）之間的緩存資(zī)源共享問題。然而從SPS的角度，在基站緩存流行的内容，不僅可以改善用戶體(tǐ)驗，還可以減少對于回程網帶寬的需求以節約成本，因此SPS必須要考慮最佳的緩存空間需求量以獲得最大(dà)的收益。本文我(wǒ)們主要考慮這一(yī)問題，即在基站部署緩存的假設前提下(xià)，多個SPSs如何有效的共享緩存資(zī)源。本文的創新點主要有以下(xià)幾方面：
• 本文的場景爲一(yī)個基站和多個SPSs，系統被建模爲寡頭壟斷市場，其中(zhōng)基站是産品（緩存空間）的提供方，以一(yī)定的價格（通過價格函數定義）向産品的需求方（SPSs）收取費(fèi)用，SPSs共享基站的緩存空間。
• 我(wǒ)們将SPSs對于緩存空間的競争建模爲一(yī)個動态的非合作博弈的古諾模型，并通過基于Newton-Raphson方法的叠代算法來獲得最佳的緩存空間需求量（古諾模型的納什均衡解）。
• 仿真部分(fēn)詳細分(fēn)析了不同參數下(xià)的這種動态緩存資(zī)源分(fēn)配機制的性能和穩定性特征。

關鍵詞組：視頻(pín)緩存；寡頭壟斷市場；博弈論；納什均衡；穩定性分(fēn)析

A splitting-after-merging approach to multi-FIB compression and fast refactoring in virtual routers

Da-fang Zhang, Dan Chen, Yan-biao Li, Kun Xie, Tong Shen, Da-fang Zhang, Dan Chen, Yan-biao Li, Kun Xie, Tong Shen

DOI: 10.1631/FITEE.1500499 Downloaded: 2465 Clicked: 6267 Cited: 0 Commented: 0(p.1266-1274) <Full Text> <PPT> 1503

Chinese summary <45> 虛拟化路由器中(zhōng)基于融合再拆分(fēn)的多表壓縮及快速重構機制

概要：在未來互聯網研究領域中(zhōng)，虛拟化路由器受到越來越多的關注。作爲實現網絡虛拟化的關鍵路由設備，虛拟化路由器在一(yī)個物(wù)理路由平台基礎上擁有多個虛拟路由實例，每一(yī)個路由實例維護自己的轉發表。因此，有限的片上存儲限制了存儲的擴展性。本文中(zhōng)，我(wǒ)們提出一(yī)種基于融合再拆分(fēn)的方法，用于壓縮多個轉發表，不僅提高了存儲效率，同時爲快速系統重構過程提供了一(yī)個理想的拆分(fēn)位置。另外(wài)，本文提出了一(yī)種優化策略，用于減少快速系統重構的時間。實驗表明，我(wǒ)們的方案在處理14個真實路由數據集時，隻需要一(yī)棵134 188個結點的單步長特裏樹(shù)，而原始方案中(zhōng)需要4 569 133個結點。同時，我(wǒ)們的方案在擴展性中(zhōng)表現出良好的性能，能夠支持90 000 000條前綴以及65 600個轉發表。

關鍵詞組：虛拟化路由器；融合；拆分(fēn)；壓縮；快速重構機制

A locality-based replication manager for data cloud

Reza Sookhtsaraei, Javad Artin, Ali Ghorbani, Ahmad Faraahi, Hadi Adineh

DOI: 10.1631/FITEE.1500391 Downloaded: 2453 Clicked: 6621 Cited: 0 Commented: 0(p.1275-1286) <Full Text> <PPT> 1534

Chinese summary <36> 基于位置的數據雲複制管理器

摘要：有效的數據處理是大(dà)規模分(fēn)布式環境（如雲數據）中(zhōng)的一(yī)個關鍵性問題，其中(zhōng)需要考慮到數據的複制。數據複制可以減少服務時間和獲取數據所需的時間，增加可用性并優化系統負載分(fēn)布。然而值得一(yī)提的是，數據的同樣會增加儲存數據所需的資(zī)源和能源。我(wǒ)們提出了一(yī)種可減少資(zī)源、能源消耗，減少系統延遲，并增加系統可用性的複制管理器，稱爲位置複制管理器（Locality replication manager, LRM）。這一(yī)管理器采用的兩種重要算法利用了數據塊之間的物(wù)理鄰接特性。對LRM進行的一(yī)系列模拟結果顯示，LRM消耗了較少的資(zī)源和能源，優化了系統負載分(fēn)布，并增加了系統可用性，減少了系統延遲，因此适用對于分(fēn)布式系統。

關鍵詞組：數據雲；複制；圖形；位置複制管理器

Regular Papers

Finite-sensor fault-diagnosis simulation study of gas turbine engine using information entropy and deep belief networks

De-long Feng, Ming-qing Xiao, Ying-xi Liu, Hai-fang Song, Zhao Yang, Ze-wen Hu

DOI: 10.1631/FITEE.1601365 Downloaded: 2450 Clicked: 5636 Cited: 1 Commented: 0(p.1287-1304) <Full Text> <PPT> 1715

Chinese summary <28> 基于信息熵和深度置信網絡的渦輪發動機在有限傳感器下(xià)的故障診斷仿真研究

概要：精确故障診斷是預測與健康管理的一(yī)個重要部分(fēn)。它能避免事故的發生(shēng)，延長設備使用壽命，還能降低設備維修保養費(fèi)用。本文研究渦輪發動機的故障診斷。由于發動機工(gōng)作在高溫、高壓、高轉速的嚴峻環境中(zhōng)，不能安裝過多傳感器，因此我(wǒ)們無法獲得足夠多的傳感器數據，以至于采用現有算法不能進行精确的潛在故障診斷。本文針對複雜(zá)環境下(xià)有限傳感器數據的發動機故障診斷問題，提出了一(yī)種基于信息熵的深度置信網絡方法。首先介紹了幾種信息熵，并基于單信号熵提出了聯合複雜(zá)信息熵。其次，分(fēn)析了深度置信網絡的構成，提出了基于信息熵的深度置信網絡方法。驗證實驗表明，與現有的機器學習算法比較，該方法的診斷精度大(dà)大(dà)提高。

關鍵詞組：深度置信網絡；信息熵；故障診斷；發動機

Towards adaptable and tunable cloud-based map-matching strategy for GPS trajectories

Aftab Ahmed Chandio, Nikos Tziritas, Fan Zhang, Ling Yin, Cheng-Zhong Xu

DOI: 10.1631/FITEE.1600027 Downloaded: 2664 Clicked: 6851 Cited: 0 Commented: 0(p.1305-1319) <Full Text> <PPT> 1717

Chinese summary <27> 基于雲計算的自适應可調節GPS軌迹地圖匹配策略

概要：智慧城市爲智能交通管理和交通網絡智能應用的發展提供了巨大(dà)推動力。近來，智能交通系統（Intelligent transportation systems, ITSs）和移動位置服務（Location-based services, LBSs）也成爲了研究領域的熱點。交通領域數據量在快速不斷增長，雲計算在巨量數據的存儲、接入、管理和處理方面有着巨大(dà)作用。交通領域相當比例的數據爲GPS數據，此類數據具有非頻(pín)繁、含噪聲等特性，這使得維護基于GPS的實時交通軟件的服務質量較爲困難。在諸多智能交通系統應用中(zhōng)，地圖匹配處理起着将GPS觀測點準确排列于路網中(zhōng)的關鍵作用。考慮到準确性時，地圖匹配策略的性能由兩個連續的GPS觀測點間的最短路徑決定；另一(yī)方面，處理最短路徑查詢（Processing shortest path queries,SPQs）耗費(fèi)着較高計算量。現有的地圖匹配技術采用固定參數（固定的候選點數量，固定的誤差圓半徑）的辦法，這可能導緻确認線路分(fēn)段時産生(shēng)不确定性，也可導緻低精度結果（或需進行大(dà)量SPQ處理以保證精度）。此外(wài)，由于采樣錯誤的存在，較高采樣時間（大(dà)于10 s）内的GPS數據常含有冗餘數據，這也導緻需要額外(wài)的SPQ處理。由于SPQ處理導緻的高運算量問題，現有的地圖匹配策略并不能實現實時應用。在本文中(zhōng)，我(wǒ)們提出一(yī)種實時地圖匹配方法（Real-time map-matching, RT-MM）。該方法以雲計算爲基礎，是一(yī)種全自适應地圖匹配策略，能夠應對實時GPS軌迹地圖匹配中(zhōng)SPQ處理的關鍵問題。本研究還通過基于虛拟數據和實際數據的仿真，對所述方法與現有方法的性能進行了比較。

關鍵詞組：地圖匹配；GPS軌迹；可調節；雲計算；塊同步并行計算（Bulk synchronous parallel, BSP）

A robust intelligent audio watermarking scheme using support vector machine

Mohammad Mosleh, Hadi Latifpour, Mohammad Kheyrandish, Mahdi Mosleh, Najmeh Hosseinpour

DOI: 10.1631/FITEE.1500297 Downloaded: 2601 Clicked: 6750 Cited: 0 Commented: 0(p.1320-1330) <Full Text>

Chinese summary <30> 運用支持向量機的穩健智能音頻(pín)水印設計

概要：信息技術和計算機網絡的快速發展引發了數字域數據傳輸的廣泛使用。然而，如何保護數據免于非授權複制與分(fēn)發行爲也是數據所有者們所面臨的主要挑戰。數字水印技術作爲緩解導緻系統效率下(xià)降潛在挑戰一(yī)種可靠保護方法，逐漸被人們所認同數字音頻(pín)水印應當能以人耳不能察覺的方式保持主信号的質量，也應當能在潛在的攻擊前保持足夠的穩健型。傳統音頻(pín)水印技術存在的一(yī)個主要問題是使用非智能解碼器--此類解碼器在提取數字水印時僅使用特定的規則集。本文提出了一(yī)種穩健、智能的音頻(pín)水印方法，該方法有效地結合了奇異值分(fēn)解（Singular value decomposition, SVD）和支持向量機（Support vector machine,SVM）技術。該方法通過調整奇異值實現水印數據嵌入，又(yòu)通過SVM智能解碼器實現水印提取。此外(wài)，通過學習噪聲信号的有害效應，該解碼器能夠有效的提取水印。不同條件下(xià)的一(yī)系列實驗驗證了所述設計的性能。實驗結果表明，與傳統方法相比，本文方法能夠提供更好的不可見性、更高的魯棒性、更低的負載和更高的操作效率。

關鍵詞組：音頻(pín)水印；版權保護；奇異值分(fēn)解；機器學習；支持向量機

Application of direct adaptive fuzzy sliding mode control into a class of non-affine discrete nonlinear systems

Xiao-yu ZHANG, Xiao-yu ZHANG

DOI: 10.1631/FITEE.1500318 Downloaded: 2417 Clicked: 6798 Cited: 0 Commented: 0(p.1331-1343) <Full Text> <PPT> 1788

Chinese summary <30> 一(yī)類非仿射離(lí)散非線性系統的直接自适應模糊滑模控制

概要：針對非仿射離(lí)散非線性系統的帶幹擾軌迹跟蹤問題，提出一(yī)種直接自适應模糊滑模控制設計。爲了獲得自适應特性及消除滑模控制抖振，通過使用一(yī)個動态模糊邏輯系統（Dynamic fuzzy logical system, DFLS）實現等價控制。DFLS的參數實行在線自調節。用Lyapunov分(fēn)析方法驗證了滑模控制的穩定性，結果表明，整個系統漸近穩定且具備自适應、消除抖振的特點。通過數值仿真和一(yī)個2自由度機械臂的應用設計仿真證明了所提出設計的良好性能。

關鍵詞組：非線性系統；離(lí)散系統；動态模糊邏輯系統；直接自适應；滑模控制

An efficient prediction framework for multi-parametric yield analysis under parameter variations

Xin Li, Jin Sun, Fu Xiao

DOI: 10.1631/FITEE.1601225 Downloaded: 2264 Clicked: 6077 Cited: 0 Commented: 0(p.1344-1359) <Full Text> <PPT> 1575

Chinese summary <28> 考慮設計參數擾動的芯片多元參數成品率預測算法

概要：随着芯片制造工(gōng)藝的進步，工(gōng)藝參數、供電電壓及片上溫度（Process, voltage, and temperature, PVT）等設計參數擾動已成爲芯片設計過程的棘手問題，其所産生(shēng)的性能指标間相關性将導緻芯片參數成品率顯著下(xià)降。但是，當前芯片參數成品率預測算法主要局限于單一(yī)性能指标成品率預測或對多個單性能指标成品率進行均衡優化，而不能同時針對多個性能指标約束進行多元參數成品率預測，易造成參數成品率精度缺失。基于以上問題，本文将多個性能指标同時作爲約束條件，提出一(yī)種芯片多元參數成品率預測方法。該方法首先考慮PVT參數擾動，利用自适應彈性網（Adaptive elastic net, AEN）對芯片性能指标進行建模。然後，基于乘法定理及馬爾科夫鏈蒙特卡羅法，通過求解累積分(fēn)布函數（Cumulative distribution function, CDF）對單一(yī)性能指标的芯片參數成品率進行預測。最後，同時考慮多個芯片性能指标約束，根據Copula方法準确預測芯片多元參數成品率。實驗結果表明，本文方法可以在指定性能指标約束下(xià)對芯片多元參數成品率進行有效預測，并可爲芯片設計人員(yuán)提供任意性能指标約束下(xià)的多元參數成品率預測曲面。

關鍵詞組：成品率預測；參數擾動；多元參數成品率；性能建模；稀疏表示

A performance analysis of multi-satellite joint geolocation

Ding Wang, Shuai Wei, Ying Wu

DOI: 10.1631/FITEE.1500285 Downloaded: 2644 Clicked: 5793 Cited: 0 Commented: 0(p.1360-1387) <Full Text> <PPT> 1603

Chinese summary <28> 多星聯合定位理論性能分(fēn)析

概要：爲利用衛星束确定地球表面目标的位置信息具有很多重要應用，例如導航，監控，遙感等。然而，在實際條件下(xià)，會有很多因素影響衛星定位系統的精度，比如說信号參數的測量誤差，衛星位置誤差以及校正源的位置誤差。本文基于時差觀測量系統分(fēn)析了多星聯合定位的理論性能。首先在基于目标高程約束和高斯誤差的假設下(xià)，推導四種定位場景下(xià)目标位置估計方差的克拉美羅界。第一(yī)種場景僅考慮時差觀測量誤差，并且假設衛星位置精确已知(zhī)；第二種場景同時考慮時差觀測量誤差和衛星位置誤差；第三種場景假設存在若幹位置信息精确已知(zhī)的校正源，其用于消除衛星位置的影響；第四種場景則假設校正源位置也存在測量誤差。此外(wài)，文中(zhōng)基于一(yī)階擾動分(fēn)析和拉格朗日方法推導了兩種情形下(xià)的定位均方根誤差的表達式。第一(yī)種情形是假設衛星位置精确已知(zhī)但實際上卻含有誤差；第二種情形則是假設校正源位置精确已知(zhī)但實際上卻含有誤差。仿真結果驗證了文中(zhōng)理論分(fēn)析的有效性。

關鍵詞組：衛星定位；時差；克拉美羅界；校正源；性能分(fēn)析

A novel PV sub-module-level power-balancing topology for maximum power point tracking under partial shading and mismatch conditions

Mustafa Gokdag, Mehmet Akbaba

DOI: 10.1631/FITEE.1500322 Downloaded: 2504 Clicked: 6015 Cited: 0 Commented: 0(p.1388-1396) <Full Text> <PPT> 1513

Chinese summary <31> 一(yī)種新型的部分(fēn)遮擋和非匹配條件下(xià)最大(dà)功率點跟蹤光伏子模塊級功率平衡拓撲結構

概要：部分(fēn)遮擋和串聯模塊（或子模塊）的非匹配條件可在整個光伏系統中(zhōng)導緻功率曲線非凸且出現多個局部極值和峰值功率下(xià)降的現象。通過功率傳輸，可将各子模塊的工(gōng)作電壓拉平；這樣的功率收集操作可生(shēng)成凸功率曲線，提升光伏系統的峰值功率。本文所述拓撲結構受益于開(kāi)關電容（Switched capacitor, SC）轉換器的概念，是一(yī)種子模塊級功率平衡概念的具體(tǐ)應用。與現有研究成果相比，其創新點包含無遮擋時停止開(kāi)關操作、串聯線路級可拓展性以及減少功率電子元件使用量。功率電子元件使用量的減少是通過兩個子模塊共享一(yī)個SC轉換器的方式實現的，這也能帶來降低功率器件能量損耗、降低成本和電路體(tǐ)積的優勢。本文給出了所述拓撲結構的插入損耗的理論式，并通過PSpice仿真和原型電路的實驗評估，證明了損耗理論解的正确性。這也表明，通過使用所述拓撲結構，有可能提取出部分(fēn)遮擋的光伏線路的幾乎所有可用能量，并将其傳輸至負載端。

關鍵詞組：子模塊級最大(dà)功率點跟蹤（Sub-module-level maximum power point tracking, MPPT）；差分(fēn)功率處理（Differential power processing, DPP）；分(fēn)布式功率轉換器；開(kāi)關電容轉換器