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

2022 Vol.23 No.6 P.823-990

Cover:

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Contents:

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<<< CONTENTS >>>

Review Article

Review Article: Multi-aperture optical imaging systems and their mathematical light field acquisition models

Qiming QI, Ruigang FU, Zhengzheng SHAO, Ping WANG, Hongqi FAN

DOI: 10.1631/FITEE.2100058 Downloaded: 4887 Clicked: 5530 Cited: 0 Commented: 0(p.823-844) <Full Text> <PPT> 311

Chinese summary <24> 多孔徑光學成像系統及其光場采集數學模型

祁啓明，傅瑞罡，邵铮铮，王平，範紅旗
國防科技大(dà)學電子科學學院ATR重點實驗室，中(zhōng)國長沙市，410073
摘要：受昆蟲複眼啓發，爲提高光學成像質量，如獲得高分(fēn)辨率圖像或大(dà)視場圖像，研究者提出了許多多孔徑光學成像系統。光場采集數學模型是聯系多孔徑光學成像系統結構設計與應用的紐帶，但光場采集數學模型較少被關注。本文系統梳理了典型多孔徑光學成像系統（仿生(shēng)複眼、光場相機、相機陣列），總結了不同結構下(xià)多孔徑光學成像系統的一(yī)般性光場采集數學模型。列出的數學模型既可用于計算特定多孔徑光學成像系統的關鍵指标，如視場大(dà)小(xiǎo)和子圖像重疊比等，也可作爲數學工(gōng)具，便于研究者完成對成像系統的定量設計與評估。

關鍵詞組：多孔徑光學成像系統；仿生(shēng)複眼；光場相機；相機陣列；光場采集模型

Research Articles

Self-deployed execution environment for high performance computing

Mingtian SHAO, Kai LU, Wenzhe ZHANG

DOI: 10.1631/FITEE.2100016 Downloaded: 4865 Clicked: 4860 Cited: 0 Commented: 0(p.845-857) <Full Text> <PPT> 327

Chinese summary <25> 面向高性能計算的自部署運行環境

邵明天，盧凱，張文喆
國防科技大(dà)學計算機學院，中(zhōng)國長沙市，410073
摘要：傳統高性能計算系統提供了标準的預置環境來支持科學計算。然而，高性能計算的發展需要爲越來越多應用提供支持，如人工(gōng)智能、大(dà)數據等。标準的預設環境已無法滿足這些多樣化的要求。如果用戶仍然在高性能計算系統上運行這些新興應用程序，他們需要手動維護應用程序的特定依賴項（庫、環境變量等），這增加了用戶的開(kāi)發和部署負擔。此外(wài)，多用戶模式也帶來用戶之間的隐私問題。像Docker和Singularity這樣的容器可以封裝作業的執行環境，但是在高度定制的高性能計算系統中(zhōng)，Docker和Singularity的跨環境應用部署是受限的。容器鏡像的引入也給系統管理員(yuán)增加了維護負擔。針對上述問題，本文提出一(yī)種适用于高性能計算的自部署執行環境（SDEE）。SDEE結合了傳統虛拟化和現代容器的優點，爲用戶提供了一(yī)個獨立、可定制的環境（類似于虛拟機）。該用戶是此環境中(zhōng)的根用戶。用戶開(kāi)發和調試應用程序，并在此環境中(zhōng)部署其特殊的依賴項，然後可以通過傳統高性能計算系統的作業管理系統，直接将作業加載到計算節點。作業及其依賴項将被自動分(fēn)析、打包、部署和執行。該過程實現了透明、快速的作業部署，不僅減輕了用戶負擔，而且保護了用戶隐私。實驗表明，SDEE引入的開(kāi)銷可忽略不計，比Docker和Singularity都要低。

關鍵詞組：運行環境；高性能計算；輕量化；隔離(lí)；Overlay

SA-RSR: a read-optimal data recovery strategy for XOR-coded distributed storage systems

Xingjun ZHANG, Ningjing LIANG, Yunfei LIU, Changjiang ZHANG, Yang LI

DOI: 10.1631/FITEE.2100242 Downloaded: 4366 Clicked: 5018 Cited: 0 Commented: 0(p.858-875) <Full Text> <PPT> 298

Chinese summary <24> SA-RSR：一(yī)種适用于異或類糾删碼分(fēn)布式存儲系統的數據讀取最優恢複方法

張興軍¹，梁甯靜¹，劉雲飛¹，張長江¹，李洋²
¹西安交通大(dà)學計算機科學與技術學院，中(zhōng)國西安市，710049
²北(běi)京電子工(gōng)程總體(tǐ)研究所，中(zhōng)國北(běi)京市，100854
摘要：冗餘策略經常被用于分(fēn)布式存儲系統，以保證數據的可靠性與可用性。糾删碼是一(yī)種代表性的冗餘策略，具有低存儲開(kāi)銷優勢，這種優勢促進了它在分(fēn)布式存儲系統中(zhōng)的應用。在各種糾删碼機制中(zhōng)，異或類糾删碼憑借高計算效率變得越來越流行。采用異或類糾删碼機制的存儲系統，如果發生(shēng)單節點故障，便會進行數據恢複，該過程需要從幸存節點中(zhōng)下(xià)載數據，然後恢複故障節點中(zhōng)的數據。然而，數據恢複過程中(zhōng)的數據傳輸通常需要相當長時間。目前研究主要集中(zhōng)在通過減少數據恢複過程所需數據量，減少數據傳輸所需時間，但存在複雜(zá)度高和局部最優解等問題。本文提出一(yī)種随機搜索恢複算法，SA-RSR，該算法能加速異或類糾删碼單節點故障恢複。SA-RSR利用模拟退火(huǒ)技術尋找讀取和傳輸最少數據量的最優恢複機制，且該搜索過程可在多項式時間内完成。最後，爲驗證該方法的有效性，使用多種異或類糾删碼進行仿真驗證，并在真實存儲系統Ceph中(zhōng)驗證。實驗結果表明，與傳統恢複方法相比，SA-RSR減少了30%的數據讀取與傳輸量，提高了20.36%的數據恢複性能。

關鍵詞組：分(fēn)布式存儲系統；數據可靠性與可用性；異或類糾删碼；單節點失效；數據恢複

Verifier-local revocation group signatures with backward unlinkability from lattices

Yanhua ZHANG, Ximeng LIU, Yupu HU, Yong GAN, Huiwen JIA

DOI: 10.1631/FITEE.2000507 Downloaded: 4761 Clicked: 5508 Cited: 0 Commented: 0(p.876-892) <Full Text> <PPT> 286

Chinese summary <23> 格上後向無關聯性安全的驗證者本地撤銷群簽名

張彥華¹，劉西蒙²，胡予濮³，甘勇⁴，賈惠文⁵
¹鄭州輕工(gōng)業大(dà)學計算機與通信工(gōng)程學院，中(zhōng)國鄭州市，450001
²福州大(dà)學數學與計算機科學學院，中(zhōng)國福州市，350108
³西安電子科技大(dà)學綜合業務網理論及關鍵技術國家重點實驗室，中(zhōng)國西安市，710071
⁴鄭州工(gōng)程技術學院信息工(gōng)程學院，中(zhōng)國鄭州市，450044
⁵廣州大(dà)學數學與信息科學學院，中(zhōng)國廣州市，510006
摘要：群成員(yuán)可撤銷的群簽名中(zhōng)，驗證者本地撤銷機制似乎是一(yī)種更爲靈活的選擇，因爲在簽名驗證過程中(zhōng)，僅需驗證者獲取最新的撤銷信息，而不涉及簽名者。與經典的數論型構造相對應，Langlois等人給出了後量子安全的首個格上驗證者本地撤銷群簽名。然而，截至目前，所有格上驗證者本地撤銷群簽名方案暫不滿足後向無關聯性，該特性可保障群成員(yuán)被撤銷前其對消息簽名的匿名性和無關聯性。本文給出了首個格上後向無關聯性安全的驗證者本地撤銷群簽名方案，從而解決了這一(yī)公開(kāi)問題。新方案爲群公鑰和群成員(yuán)簽名密鑰節省了O(log N)的比特大(dà)小(xiǎo)，并且沒有任何公鑰加密。特别地，新方案在随機谕言機模型下(xià)是可證明安全的，其困難性可歸約至兩個經典格上難題假設，即小(xiǎo)整數解難題和差錯學習難題。

關鍵詞組：群簽名；格密碼；驗證者本地撤銷；後向無關聯性；小(xiǎo)整數解難題

Fairness analysis of extra-gain guilty of a non-repudiation protocol

Xu GUO

DOI: 10.1631/FITEE.2100413 Downloaded: 2830 Clicked: 2983 Cited: 0 Commented: 0(p.893-908) <Full Text> <PPT> 272

Chinese summary <21> 一(yī)種不可否認協議額外(wài)增益的公平性分(fēn)析

郭煦
上海電機學院電子信息學院，中(zhōng)國上海市，201306
摘要：由于區塊鏈技術的發展，許多傳統應用程序得以改進。其中(zhōng)一(yī)項服務是不可否認性，在這種服務中(zhōng)，通信過程中(zhōng)的參與者不能否認他們的參與。由于不可否認協議的脆弱性，通信中(zhōng)的一(yī)方當事人往往可以規避不可否認規則，獲取預期信息，從而損害另一(yī)方當事人利益，造成不良影響。本文利用概率模型檢測技術對該協議的公平性保證進行定量研究。利用概率時間自動機對協議建模，并驗證概率計算樹(shù)邏輯中(zhōng)指定的屬性，來衡量協議的公平性。此外(wài)，提出爲協議相關參數選擇合适值的建議，以獲取一(yī)定程度的公平，從而回答了另一(yī)個問題：對于一(yī)定程度的公平性度量ε，如何指定協議參數以确保公平性？

關鍵詞組：不可否認協議；公平性分(fēn)析；概率模型檢測；PRISM

Affine formation tracking control of unmanned aerial vehicles

Huiming LI, Hao CHEN, Xiangke WANG

DOI: 10.1631/FITEE.2100109 Downloaded: 3691 Clicked: 4152 Cited: 0 Commented: 0(p.909-919) <Full Text> <PPT> 282

Chinese summary <22> 無人機仿射編隊跟蹤控制研究

李慧銘，陳浩，王祥科
國防科技大(dà)學智能科學學院，中(zhōng)國長沙市，410073
摘要：本文聚焦固定翼無人機集群仿射編隊跟蹤控制問題，其中(zhōng)固定翼無人機被建模爲具有非對稱速度約束的獨輪車(chē)。無人機集群控制目标是生(shēng)成并跟蹤一(yī)個由名義編隊仿射變換得到的時變目标編隊。針對這一(yī)目标，在領航跟随者編隊控制框架下(xià)，提出一(yī)種基于應力矩陣的分(fēn)布式編隊控制策略，并從理論上證明，跟随者在跟蹤不同飛行軌迹的同時，能夠收斂到由領航者位置決定的期望位置，實現編隊隊形的仿射變換。進一(yī)步，爲滿足固定翼無人機飛行速度約束，提出一(yī)種基于飽和函數的控制策略。數值仿真結果證實，所提仿射編隊控制策略能有效提高機動性。

關鍵詞組：仿射編隊；固定翼無人機；多智能體(tǐ)系統

Sensor-guided gait-synchronization lower-extremity-exoskeleton for potential application on unilateral knee-injured people

Donghai WANG

DOI: 10.1631/FITEE.2000465 Downloaded: 3130 Clicked: 3402 Cited: 0 Commented: 0(p.920-936) <Full Text>

Chinese summary <20> 潛在用于單側膝受傷患者的傳感引導步态同步下(xià)肢外(wài)骨骼

王東海^1,2
¹華中(zhōng)科技大(dà)學數字制造裝備與技術國家重點實驗室，中(zhōng)國武漢市，430074
²廣東思谷智能技術有限公司，中(zhōng)國東莞市，523808
摘要：本文展示了一(yī)種可潛在幫助單側膝受傷患者正常行走的傳感引導步态同步下(xià)肢外(wài)骨骼系統。外(wài)骨骼能夠減輕人體(tǐ)體(tǐ)重對受傷膝下(xià)肢的負載，并維持與健康側下(xià)肢行走步态擺動相同步。傳感引導步态同步系統集成了人體(tǐ)傳感網絡，它能感知(zhī)健康側下(xià)肢的運動步态。基于測量的關節角度軌迹引導，安裝電機的髋關節在行走中(zhōng)提起腿杆，并将膝受傷步态和健康步态以半周期延時進行同步。實驗驗證了下(xià)肢外(wài)骨骼的效果。本文比較了健康腿和膝受傷腿的測量關節角度軌迹、仿真的膝受力、人機交互力等方面，結果說明髋關節安裝電機受控制的下(xià)肢外(wài)骨骼能夠将受傷腿和體(tǐ)重支撐外(wài)骨骼的融合步态與健康腿步态進行同步。

關鍵詞組：傳感引導；下(xià)肢外(wài)骨骼；人體(tǐ)傳感網絡；步态同步；體(tǐ)重支撐

Target height and multipath attenuation joint estimation with complex scenarios for very high frequency radar

Sheng CHEN, Yongbo ZHAO, Yili HU, Chenghu CAO, Xiaojiao PANG

DOI: 10.1631/FITEE.2100003 Downloaded: 5858 Clicked: 4771 Cited: 0 Commented: 0(p.937-949) <Full Text>

Chinese summary <22> 甚高頻(pín)雷達複雜(zá)場景中(zhōng)目标高度和多徑衰減聯合估計

陳勝，趙永波，胡毅立，曹成虎，龐曉嬌
西安電子科技大(dà)學雷達信号處理國家重點實驗室，中(zhōng)國西安市，710071
摘要：由于多徑效應的影響，甚高頻(pín)雷達低角估計是雷達領域難題之一(yī)，尤其是在反射條件未知(zhī)的複雜(zá)情況下(xià)，低角估計更難解決。針對這一(yī)問題，提出一(yī)種目标高度和多徑衰減聯合估計算法。該算法首先利用數據本身的特性估算反射系數幅度，當該幅度估計值很小(xiǎo)時，認爲沒有反射信号，然後将反射系數的相位和直達信号與反射信号之間的相位差當作同一(yī)部分(fēn)，即多徑相位衰減，并對其進行搜索。推導了該算法的克拉美羅界。最後，計算機仿真和實測數據處理結果表明，該算法在複雜(zá)場景下(xià)具有良好估計性能，并且在僅有單次快拍的條件下(xià)仍能較好地工(gōng)作。

關鍵詞組：低角估計；甚高頻(pín)雷達；複雜(zá)場景；多徑效應；高度估計

An efficient counter-based Wallace-tree multiplier with a hybrid full adder core for image blending

Ayoub SADEGHI, Nabiollah SHIRI, Mahmood RAFIEE, Mahsa TAHGHIGH

DOI: 10.1631/FITEE.2100432 Downloaded: 3215 Clicked: 2466 Cited: 0 Commented: 0(p.950-965) <Full Text> <PPT> 306

Chinese summary <21> 用于圖像融合基于混合全加器和計數器的高效華萊士樹(shù)型乘法器

Ayoub SADEGHI, Nabiollah SHIRI, Mahmood RAFIEE, Mahsa TAHGHIGH
伊斯蘭阿紮德大(dà)學設拉子分(fēn)校電氣工(gōng)程系，伊朗設拉子，71987-74731
摘要：提出一(yī)種新的基于計數器的華萊士樹(shù)（CBW）8×8乘法器。乘法器的計數器使用基于傳輸門技術的新型混合全加器單元。所提全加器、基于傳輸門的與門和混合半加器生(shēng)成M:3（4≤M≤7）數字計數器，能夠節省至少50%的面積。通過90 nm技術仿真證明所提全加器和數字計數器在不同條件下(xià)均優于當前最先進設計。通過使用所提單元，CBW乘法器表現出高驅動、低功耗和高速性能。CBW乘法器在焊盤中(zhōng)的芯片面積爲0.0147 mm²。後布局提取證明了實驗的準确性。同時提出一(yī)種圖像融合機制，其中(zhōng)MATLAB和HSPICE之間的直接接口用于在圖像處理應用中(zhōng)評估所提CBW乘法器。峰值信噪比和結構相似性指數度量被用作圖像質量參數，結果證實所提CBW乘法器可以替代文獻中(zhōng)的設計。

關鍵詞組：全加器；傳輸門；計數器；乘法器；三維布局；圖像融合

Personal View

Personal View: An evolutionary note on smart city development in China

Ruizhi LIAO, Liping CHEN

DOI: 10.1631/FITEE.2100407 Downloaded: 2959 Clicked: 2032 Cited: 0 Commented: 0(p.966-974) <Full Text> <PPT> 276

Chinese summary <21> 中(zhōng)國智慧城市演進評述

廖睿智^1,2，陳麗平³
¹香港中(zhōng)文大(dà)學（深圳）人文社科學院，中(zhōng)國深圳市，518172
²深圳市物(wù)聯網智能系統與無線網絡技術重點實驗室，中(zhōng)國深圳市，518172
³IBM企業與技術安全部，愛爾蘭都柏林市
摘要：針對全球城市化帶來的挑戰，南(nán)加州大(dà)學的David Bollier提出将信息技術應用于城市規劃的新理念。IBM響應了這一(yī)理念，于2008年啓動"智慧地球"（Smart Planet）計劃。此後，智慧城市概念迅速被全球各大(dà)城市采用，逐漸演變爲先進城市的戰略選擇。本文通過回顧智慧城市概念的提出和探讨智慧城市的本質，來研究智慧城市發展和演進的趨勢。具體(tǐ)而言，我(wǒ)們調查了中(zhōng)國智慧城市發展的關鍵驅動力，總結了中(zhōng)國與其他國家智慧城市的主要差異，讨論了建設未來智慧城市的4大(dà)重要挑戰。

關鍵詞組：智慧城市；城市化；驅動力

Correspondence

Correspondence: A novel wideband ring antenna for polarization/pattern diversity

Li SUN, Shigang ZHOU, Guanxi ZHANG, Baohua SUN

DOI: 10.1631/FITEE.2100421 Downloaded: 2964 Clicked: 2030 Cited: 0 Commented: 0(p.975-983) <Full Text>

Chinese summary <22> 一(yī)種具有極化/方向圖分(fēn)集的新型寬帶環形天線

孫莉¹，周世鋼¹，張關喜²，孫保華³
¹西北(běi)工(gōng)業大(dà)學微電子學院，中(zhōng)國西安市，710072
²上海華爲技術研究有限公司，中(zhōng)國上海市，201206
²西安電子科技大(dà)學天線與微波技術國家重點實驗室，中(zhōng)國西安市，710071
摘要：提出一(yī)種應用于極化/方向圖分(fēn)集的新型寬帶環形天線。該天線由8個環形排列的印刷偶極子天線組成，相鄰偶極子臂交疊排列以實現容性加載。與傳統環形陣列天線不同，本文首次提出相鄰兩個單元抽取式激勵的饋電方式，并證明此方法可保持天線的寬帶特性。在該環形天線的口徑下(xià)，具有4個獨立饋電端口，因此可通過适當的饋電網絡實現極化/方向圖分(fēn)集特性。以該環形天線爲例，設計了一(yī)個寬帶雙極化環形天線。爲在Z方向上實現兩個具有最大(dà)輻射的正交線極化，周期性地提取兩個相鄰單元，并通過一(yī)個端口饋電。考慮阻抗和相位匹配，差分(fēn)饋電網絡和集成巴倫被設計爲實現定向輻射模式。由于所提天線是空心的，它可以作爲多頻(pín)帶共用孔徑天線單元應用。仿真和測試結果表明該天線的兩個正交極化同時具有電壓駐波比小(xiǎo)于2的50.5%（1.04–1.82 GHz）工(gōng)作帶寬，端口間隔離(lí)度小(xiǎo)于23 dB。測試的實際增益範圍是6.1–8.1dBi，并且在整個頻(pín)帶内具有穩定的定向輻射波束。

關鍵詞組：環形天線；寬帶天線；極化分(fēn)集；方向圖分(fēn)集

Comment

Comment: New directions for artificial intelligence: human, machine, biological, and quantum intelligence

Li WEIGANG, Liriam Michi ENAMOTO, Denise Leyi LI, Geraldo Pereira ROCHA FILHO

DOI: 10.1631/FITEE.2100227 Downloaded: 4009 Clicked: 5926 Cited: 0 Commented: 1(p.984-990) <Full Text> <PPT> 274

Chinese summary <20> 人工(gōng)智能新方向：類人、機器、仿生(shēng)和量子智能

李偉鋼¹，Liriam Michi ENAMOTO¹，Denise Leyi LI²，Geraldo Pereira ROCHA FILHO¹
¹巴西利亞大(dà)學計算機科學系，巴西巴西利亞市，70910-900
²聖保羅大(dà)學經濟、管理、會計和審計學院，巴西聖保羅市，05508-010
摘要：本評論回顧1998年提出的"一(yī)次性學習"（once learning，OLM）機制，和随後出現的用于圖像分(fēn)類的"一(yī)瞥學習"（one-shot learning）以及用于目标檢測的"你僅看一(yī)次"（you only look once，YOLO）。基于目前人工(gōng)智能（AI）研究現狀，提出将其劃分(fēn)爲以下(xià)子學科：人工(gōng)類人智能、人工(gōng)機器智能、人工(gōng)仿生(shēng)智能和人工(gōng)量子智能。這些被認爲是AI研發的主要方向，并按以下(xià)分(fēn)類标準區分(fēn)：（1）以類人、機器、仿生(shēng)或量子計算爲本的AI研發;（2）升維或降維的信息輸入;（3）小(xiǎo)樣本或大(dà)數據知(zhī)識學習。

關鍵詞組：人工(gōng)智能；機器學習；一(yī)次性學習；一(yī)瞥學習；量子計算