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

2017 Vol.18 No.12 P.1913-2110

<<< CONTENTS >>>

Invited Papers

Review: Approximate Gaussian conjugacy: parametric recursive filtering under nonlinearity, multimodality, uncertainty, and constraint, and beyond

Tian-cheng Li, Jin-ya Su, Wei Liu, Juan M. Corchado

DOI: 10.1631/FITEE.1700379 Downloaded: 2547 Clicked: 8768 Cited: 1 Commented: 0(p.1913-1939) <Full Text> <PPT> 1801

Chinese summary <25> 近似高斯共轭：非線性、多模态、不确定以及約束下(xià)的參數遞歸濾波等

概要：自上世紀60年代作爲現代估計開(kāi)山之作的卡爾曼濾波器（Kalman filter）的誕生(shēng)，時間序列狀态空間模型應用于各類動态估計問題吸引了大(dà)量的研究關注。特别是，尋求實現閉環馬爾科夫?貝葉斯遞歸（比如，從一(yī)個高斯先驗到一(yī)個高斯後驗，本文稱之爲高斯共轭）的解析解成爲一(yī)般時間序列濾波器設計的主流思路。其面臨的主要挑戰包括：系統的非線性、多模态（包括機動模型）、複雜(zá)不确定性（比如未知(zhī)的系統輸入，非高斯噪聲等）和系統約束（包括循環随機變量）等。這些挑戰不斷觸生(shēng)新的理論、算法與濾波技術，以實現所期望的參數共轭遞歸。本文對最新研究進行分(fēn)類、系統回顧，強調了一(yī)些容易被忽略的要點。着重介紹了高精觀測非線性系統、高斯後驗和機動多模态、以及複雜(zá)未知(zhī)系統輸入與約束，以彌補當前文獻介紹的不足。同時，本文提出一(yī)些新的思考：一(yī)是一(yī)階馬爾科夫轉移模型的替代模型，二是有關計算複雜(zá)度的濾波器評價。

關鍵詞組：卡爾曼濾波；高斯濾波；時間序列估計；貝葉斯濾波；非線性濾波；約束濾波；高斯混合；機動；未知(zhī)輸入

ONFS: a hierarchical hybrid file system based on memory, SSD, and HDD for high performance computers

Xin Liu, Yu-tong Lu, Jie Yu, Peng-fei Wang, Jie-ting Wu, Ying Lu

DOI: 10.1631/FITEE.1700626 Downloaded: 2440 Clicked: 9364 Cited: 0 Commented: 0(p.1940-1971) <Full Text> <PPT> 1767

Chinese summary <24> ONFS：面向高性能計算的基于内存、固态硬盤和磁盤的層次式混合文件系統

概要：随着超級計算機向Eflops規模快速發展和計算核數急劇增加，更大(dà)規模和更複雜(zá)的應用成爲可能。大(dà)規模科學計算、新的工(gōng)作流應用以及檢查點操作均需要存儲系統具有非常高的帶寬和低延遲，這使得高性能存儲系統面臨嚴峻的技術挑戰。當前基于磁盤的底層存儲系統難以滿足新一(yī)代Eflops超級計算機和應用的要求。爲此，本文提出了基于計算結點内存、固态硬盤和磁盤的層次式混合存儲系統ONFS(on-line and near-line file system)。它具有三個存儲層次和統一(yī)的命名空間，支持可移植操作系統接口（portable operating system interface, POSIX）協議，可提供高帶寬、低延遲和超大(dà)存儲容量。本文詳細分(fēn)析了分(fēn)布式元數據管理、内存借用和歸還策略、數據一(yī)緻性、并行訪問控制，以及向下(xià)遷移和向上主動預遷移機制。在天河一(yī)号超級計算機上實現了ONFS原型系統，測試了I/O（input/output）性能和可擴展性。測試結果表明，單線程和多線程讀/寫性能比基于磁盤的Lustre分(fēn)别高出6倍和5倍。與Lustre相比，運行在ONFS上的典型數據密集型應用可獲得6.35倍的I/O加速。

關鍵詞組：高性能計算；層次式混合存儲系統；分(fēn)布式元數據管理；數據遷移

Regular Papers

Comment: Cryptanalysis of an identity-based public auditing protocol for cloud storage

Li-bing Wu, Jing Wang, De-biao He, Muhammad-Khurram Khan

DOI: 10.1631/FITEE.1601530 Downloaded: 2279 Clicked: 6930 Cited: 0 Commented: 0(p.1972-1977) <Full Text> <PPT> 1822

Chinese summary <21> 雲存儲環境下(xià)一(yī)種基于身份的公開(kāi)審計協議安全性分(fēn)析

概要：數據完整性公開(kāi)驗證對提高雲存儲系統的适用性、可服務性至關重要。最近，Tan和Jia（2014）提出了一(yī)種基于身份的雲數據完整性公開(kāi)驗證（NaEPASC）協議，以簡化用戶密鑰管理和減輕完整性驗證負擔。NaEPASC可以使第三方審計人員(yuán)（third-party auditor, TPA）能夠在雲計算環境中(zhōng)高效和安全地驗證外(wài)包數據的完整性。然而，本文指出NaEPASC在數據簽名階段容易遭受簽名僞造攻擊，即惡意雲服務器可以通過使用兩個正确的簽名來僞造任意數據塊的有效簽名。此外(wài)，證明了NaEPASC在挑戰階段受到數據隐私威脅，即TPA或冒充TPA的外(wài)部攻擊者可以分(fēn)析出外(wài)包數據的内容。本文分(fēn)析表明NaEPASC在數據驗證過程中(zhōng)不安全。本文的工(gōng)作有助于密碼學家和工(gōng)程師設計、實施更安全高效的基于身份的雲存儲數據完整性公開(kāi)審計方案。

關鍵詞組：雲數據；公開(kāi)審計；數據完整性；數據隐私

On 3D face reconstruction via cascaded regression in shape space

Feng Liu, Dan Zeng, Jing Li, Qi-jun Zhao

DOI: 10.1631/FITEE.1700253 Downloaded: 2131 Clicked: 5252 Cited: 0 Commented: 0(p.1978-1990) <Full Text> <PPT> 1470

Chinese summary <20> 形狀空間下(xià)基于級聯回歸的三維人臉重建

概要：最近，級聯回歸方法在基于二維圖像的三維人臉重建中(zhōng)取得了良好的效果。本文主要探究了基于級聯回歸三維人臉重建中(zhōng)四個未解決的重要問題：（1）二維特征點數量的影響；（2）三維點雲數量的影響；（3）自動二維特征點的檢測方法；（4）算法的收斂。本文專門設計了一(yī)個簡單有效的基于形狀空間的級聯回歸三維重建算法。該算法有效利用各類獨立的自動二維特征點檢測算法，且重建的三維人臉具有和輸入圖像相同的姿态和表情。同時在訓練中(zhōng)，本文設計了一(yī)種随機擾動檢二維特征點位置信息的策略，使得算法更有效且更魯棒。最後，通過大(dà)量的對比實驗證明了該算法不僅有着良好的精度和計算效率，而且對加深級聯回歸三維重建方法的理解有着啓發意義。

關鍵詞組：三維人臉重建；級聯回歸；形狀空間；實時

Battle damage assessment based on an improved Kullback-Leibler divergence sparse autoencoder

Zong-feng Qi, Qiao-qiao Liu, Jun Wang, Jian-xun Li

DOI: 10.1631/FITEE.1601395 Downloaded: 2095 Clicked: 5775 Cited: 0 Commented: 0(p.1991-2000) <Full Text> <PPT> 1579

Chinese summary <18> 基于改進Kullback-Leibler散度稀疏自動編碼機的戰損評估

概要：爲解決深度學習網絡中(zhōng)隐藏層節點數難以确定的問題，文中(zhōng)提出一(yī)種改進的KL（Kullback-Leibler）散度稀疏自動編碼機，并将該方法應用到戰鬥損傷評估中(zhōng)。該方法能夠自動篩選出對數據重建貢獻大(dà)的隐層特征，舍棄貢獻小(xiǎo)的隐層特征，從而優化網絡結構。在網絡預測精度不受影響的前提下(xià)，該方法自動篩選隐層特征，提升了計算速度。基于UCI（University of California, Irvine）數據集和BDA（battle damage assessment）戰争破壞數據的實驗表明，該方法優于其他數據驅動的方法。改進的KL稀疏自動編碼機回歸網絡在保證預測精度的前提下(xià)，能提升網絡的訓練和預測速度，并自動篩選隐層有效特征，優化隐層節點數，優化網絡結構。

關鍵詞組：戰場損傷評估；改進的KL散度稀疏自動編碼機；結構優化；特征選擇

Efficient scheme of low-dose CT reconstruction using TV minimization with an adaptive stopping strategy and sparse dictionary learning for post-processing

Yong Ding, Tuo Hu

DOI: 10.1631/FITEE.1700287 Downloaded: 2022 Clicked: 5612 Cited: 0 Commented: 0(p.2001-2008) <Full Text> <PPT> 1492

Chinese summary <18> 結合全變分(fēn)最小(xiǎo)化和稀疏字典學習後處理的低劑量CT重建

概要：随着CT（computed tomography）中(zhōng)過量輻射劑量帶來的健康風險日漸引發人們的擔憂，低劑量CT得到了大(dà)量的關注。然而對于低劑量CT成像而言，在降低劑量的同時保證圖像的高質量是一(yī)個很大(dà)的挑戰。相比傳統的濾波反投影算法，基于壓縮感知(zhī)的叠代重建法取得了良好的成像效果。但是叠代重建計算複雜(zá)度高，阻礙了其臨床應用。本文提出一(yī)種結合全變分(fēn)（total variation, TV）最小(xiǎo)化和稀疏字典學習的重建方法，不僅提高了重建效果，而且通過自适應的停止策略提高了重建速度。實驗結果表明，本文提出的方法相比其他類型的方法能獲得更好的圖像質量和更高的計算效率。

關鍵詞組：低劑量CT；CT成像；全變分(fēn)；稀疏字典學習

Optimal multi-degree reduction of C-Bézier surfaces with constraints

Lian Zhou, Xin-hui Lin, Hong-yan Zhao, Jun Chen

DOI: 10.1631/FITEE.1700458 Downloaded: 1782 Clicked: 5559 Cited: 0 Commented: 0(p.2009-2016) <Full Text> <PPT> 1498

Chinese summary <18> 帶約束條件的C-Bézier曲面最優降多階逼近

概要：本文提出了一(yī)種在L₂範數下(xià)C-Bézier曲面帶約束條件的降多階逼近最優方法。利用C-Bézier基函數的轉換矩陣，得到了降階曲面控制頂點的顯式矩陣表示。結合指定的邊界約束條件，該法利用于對分(fēn)片連續曲面或細分(fēn)子曲面同時降多階逼近，所得到的系列降階曲面整體(tǐ)上保持G¹連續。數值實驗表明該方法的優質高效。

關鍵詞組：C-Bézier曲面；降階；邊界約束

Game theoretic analysis for the mechanism of moving target defense

Gui-lin Cai, Bao-sheng Wang, Qian-qian Xing

DOI: 10.1631/FITEE.1601797 Downloaded: 1991 Clicked: 5946 Cited: 0 Commented: 0(p.2017-2034) <Full Text> <PPT> 1665

Chinese summary <18> 基于博弈論方法的移動目标防禦機理研究

概要：移動目标防禦（moving target defense, MTD）爲改變當前網絡易攻難守的局面提供了一(yī)種新的思路。目前已有大(dà)量的MTD技術，但對其防禦機理的研究仍然缺乏。本文從兩個角度對MTD技術的防禦機理進行分(fēn)析。首先，提出一(yī)種新的防禦模型MP2R，從直觀上描述MTD的主動性和有效性。然後，采用不完全信息動态博弈理論闡述和研究MTD技術的主動性和有效性。對可爲服務器配備不同類型MTD技術的防禦者與訪問者（攻擊者或正常用戶）之間的行爲交互進行建模，并求解出該模型的均衡結果及均衡條件。同時，将針對傳統防禦不完全信息動态博弈的已有模型作比較，說明MTD技術的主動性和有效性。此外(wài)，本文還分(fēn)析了影響MTD方法主動性和有效性的因素。本文爲理解MTD防禦機理提供理論依據，并爲改善MTD方法的有效性提供指導。

關鍵詞組：網絡安全；移動目标防禦；防禦機理；防禦模型；博弈論

Model-free adaptive control for three-degree-of-freedom hybrid magnetic bearings

Ye Yuan, Yu-kun Sun, Qian-wen Xiang, Yong-hong Huang, Zhi-ying Zhu

DOI: 10.1631/FITEE.1700324 Downloaded: 2316 Clicked: 6341 Cited: 0 Commented: 0(p.2035-2045) <Full Text> <PPT> 1730

Chinese summary <19> 三自由度混合磁軸承無模型自适應控制系統

概要：由于氣隙磁場分(fēn)布不均以及未建模動态性，數學模型不再适用于磁力軸承系統。基于錯誤數學模型的系統控制會表現出低響應和高顫動。爲解決這一(yī)問題，本文提出一(yī)種三自由度混合磁軸承無模型自适應控制系統。該控制系統僅與控制電流和軸承的平衡位置有關。其參數估計算法的設計與模型無關，直接基于輸入和輸出數據的僞偏導數。本文通過不同直徑的輔助軸承分(fēn)析了三自由度混合磁軸承轉子懸浮區域,以及通過兩種不同的操作系統具體(tǐ)分(fēn)析無模型自适應控制系統的可行性。模拟和實驗結果表明，該三自由度混合磁軸承無模型自适應控制系統具有響應速度快，穩态誤差小(xiǎo)，和穩定性好等優勢。

關鍵詞組：模型自适應控制；混合磁軸承；非線性區域；快速響應；高穩定性

Hierarchical control for parallel bidirectional power converters of a grid-connected DC microgrid

Hui-yong Hu, Yong-gang Peng, Yang-hong Xia, Xiao-ming Wang, Wei Wei, Miao Yu

DOI: 10.1631/FITEE.1601497 Downloaded: 2327 Clicked: 6069 Cited: 0 Commented: 0(p.2046-2057) <Full Text>

Chinese summary <19> 聯網型直流微電網并聯雙向變流器分(fēn)層控制

概要：直流微電網通過多個雙向變流器并聯連接到交流電網，其控制方法直接影響到直流電網的性能。目前的研究工(gōng)作主要集中(zhōng)在交流、直流及混合微電網的分(fēn)層控制，而較少關注直流微電網互聯的雙向變流器的分(fēn)層控制。本文提出一(yī)種直流微電網聯網雙向變流器的分(fēn)層控制方法。爲抑制交流測零序環流并實現電壓控制的反饋線性化，采用d-q-0控制策略來控制内環電流并采用直流電壓平方實現外(wài)環電壓控制。在一(yī)次控制階段采用直流電壓下(xià)垂控制來實現直流電流的分(fēn)擔，直流電壓下(xià)垂控制會産生(shēng)直流電壓偏差。接着分(fēn)析了直流電壓偏差和電流分(fēn)擔誤差之間的關系。爲同時消除直流電壓偏差和電流分(fēn)擔誤差，在二次控制中(zhōng)采用了下(xià)垂斜率調節和電壓平移。三次控制中(zhōng)通過多雙向變流器的精确有功和無功控制實現直流微網的經濟運行。本文提出的直流微網多并聯雙向變流器分(fēn)層控制方法可以實現微網内可控/不可控分(fēn)布式電源的協調。通過Matlab/Simulink仿真驗證了算法的有效性，結果表明該算法能滿足實際應用需求。

關鍵詞組：并聯雙向變流器；分(fēn)層控制；直流微電網

Ultra-wideband FMCW ISAR imaging with a large rotation angle based on block-sparse recovery

Ke Jin, Tao Lai, Gong-quan Li, Ting Wang, Yong-jun Zhao

DOI: 10.1631/FITEE.1601310 Downloaded: 3710 Clicked: 6714 Cited: 0 Commented: 0(p.2058-2069) <Full Text>

Chinese summary <20> 基于塊稀疏的超寬帶FMCW雷達ISAR大(dà)轉角成像

概要：超寬帶調頻(pín)連續波雷達可憑借大(dà)帶寬獲得極高的距離(lí)分(fēn)辨率。同時，結合逆合成孔徑技術，在大(dà)轉角條件下(xià)進一(yī)步得到二維高分(fēn)辨目标圖像。然而，在逆合成孔徑雷達中(zhōng)的距離(lí)-方位耦合問題嚴重制約了成像性能。本文基于轉台模型的假設，研究傳統的匹配濾波類算法，如距離(lí)多普勒算法和後向投影算法。爲消除傳統算法中(zhōng)的高旁瓣效應，進一(yī)步探索壓縮感知(zhī)類算法。考慮到高分(fēn)辨條件下(xià)信号的塊稀疏特性，本文重點研究了基于塊稀疏的自适應匹配追蹤大(dà)轉角ISAR（inverse synthetic aperture radar）成像算法。通過信号對字典的匹配追蹤與回溯更新，将雷達回波在未知(zhī)稀疏度下(xià)精确重構，最終得到目标ISAR圖像。計算機仿真、簡單目标和複雜(zá)目标實驗結果證明了該算法相比其他算法的有效性和優越性。

關鍵詞組：調頻(pín)連續波；逆合成孔徑雷達；匹配濾波；壓縮感知(zhī)；塊稀疏

Characteristic of the equivalent impedance for an m×n RLC network with an arbitrary boundary

Zhi-zhong Tan, Hong Zhu, Jihad H. Asad, Chen Xu, Hua Tang

DOI: 10.1631/FITEE.1700037 Downloaded: 2047 Clicked: 5365 Cited: 0 Commented: 0(p.2070-2081) <Full Text> <PPT> 1410

Chinese summary <19> 含有任意邊界的m×n階RLC網絡的等效複阻抗特性

概要：現階段，精确地計算拓撲網絡中(zhōng)任意兩節點間等效電阻的技術已經取得較大(dà)進展，特别是利用遞推-變換（recursion-transform, RT）方法确定含有任意邊界的非規則m×n電阻網絡的一(yī)般等效電阻公式。然而，等效阻抗具有不同于等效電阻的性質，複雜(zá)阻抗網絡的研究比電阻網絡研究困難得多。基于電阻公式，本文研究了含有任意阻抗邊界的非規則m×n階RLC網絡的等效複阻抗問題，并發現等效複阻抗的振蕩特性和諧振特性。在RLC網絡中(zhōng)，當邊界阻抗取得一(yī)系列特殊值時，複阻抗公式與外(wài)部交流電産生(shēng)共振。結果表明，該公式可以應用到諧振電路中(zhōng)。

關鍵詞組：RLC網絡；諧振性質；振蕩特性；幅頻(pín)特性

Compressed sensing-based structured joint channel estimation in a multi-user massive MIMO system

Ruo-yu Zhang, Hong-lin Zhao, Shao-bo Jia

DOI: 10.1631/FITEE.1601635 Downloaded: 2406 Clicked: 7870 Cited: 0 Commented: 0(p.2082-2100) <Full Text> <PPT> 1767

Chinese summary <19> 多用戶大(dà)規模MIMO系統中(zhōng)基于壓縮感知(zhī)的結構化聯合信道估計

概要：由于在基站處部署了大(dà)量天線，因而在大(dà)規模MIMO（multiple input multiple output）系統中(zhōng)發射機端獲取信道狀态信息需要大(dà)量的導頻(pín)開(kāi)銷。爲降低該系統所消耗的導頻(pín)資(zī)源，本文基于壓縮感知(zhī)技術，提出了一(yī)種結構化聯合信道估計的方法。首先分(fēn)析了實際散射環境造成的角度域信道稀疏性，其中(zhōng)大(dà)規模MIMO系統中(zhōng)地理位置臨近用戶的信道矩陣存在共有稀疏結構和獨立稀疏結構。同時，在壓縮感知(zhī)的框架下(xià)，用戶配備多根天線能夠進一(yī)步緩解導頻(pín)開(kāi)銷的問題并能夠提高信道估計的質量。在此基礎上，本文提出了一(yī)種結構化聯合信道估計算法，該算法能夠以低導頻(pín)開(kāi)銷聯合估計多個用戶的信道狀态信息。此外(wài)，提供了該算法的共有支撐集恢複的概率上界和信道估計質量的上界。仿真結果表明該結構化聯合信道估計算法能提供比現有算法更低的導頻(pín)開(kāi)銷和更高的系統吞吐量。

關鍵詞組：壓縮感知(zhī)；多用戶大(dà)規模MIMO；頻(pín)分(fēn)雙工(gōng)；結構化聯合信道估計；導頻(pín)開(kāi)銷降低

A non-stationary channel model for 5G massive MIMO systems

Jian-qiao Chen, Zhi Zhang, Tian Tang, Yu-zhen Huang

DOI: 10.1631/FITEE.1700028 Downloaded: 2248 Clicked: 6969 Cited: 0 Commented: 0(p.2101-2110) <Full Text> <PPT> 1694

Chinese summary <19> 基于非穩定性的5G大(dà)規模MIMO信道建模

概要：本文提出一(yī)種新型的大(dà)規模多輸入多輸出（massive multiple-input multiple-output, MIMO）通信系統信道模型，同時考慮了球面波假設以及随着天線陣列和時間變化的散射體(tǐ)非穩定特性。由于大(dà)規模天線陣列的引入，會導緻接收端的不同天線陣子的到達角和多普勒頻(pín)移不同，因此，采用球面波假設來刻畫近場效應。此外(wài)，爲在接收端刻畫不同散射體(tǐ)對天線陣子的可見性，本文提出一(yī)種散射體(tǐ)可見區域法同時，對應于理論模型，本文提出了一(yī)種有限散射體(tǐ)仿真信道模型。最後，以統計特性作爲指标，研究了球面波假設和散射體(tǐ)非穩定性對massive MMO信道模型的影響。研究結果表明，本文提出的信道模型可以很好地刻畫massive MIMO信道特性。

關鍵詞組：大(dà)規模多輸入多輸出；球面波假設；非穩定性；生(shēng)滅過程；散射體(tǐ)可見區域法