小型微型计算机系统

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云环境下基于二维节点矩阵的分级多表连接

陶永才1,周梦雪1,石磊1,卫琳2,曹仰杰2

2014, 35(5): 945-950.

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随着“大数据”时代的到来，分布式数据处理得到了广泛的应用和发展.在基于云计算的海量数据处理中，复杂处理要求逐渐增多，数据分析通常需要跨越多个数据集，因此亟需高效的多表连接机制.现有的基于MapReduce的多表连接机制多采用串行级联方式实现多个不同数据集连接，操作灵活但效率不高.本文在分析现有并行连接模型的基础上，提出基于二维节点矩阵的分级多表连接模型TD-HMJ.TD-HMJ在一次Map过程中处理全部连接属性，Reduce过程建立二维节点矩阵实现多组3(或2)表并行连接，并通过多级Reduce过程实现多组间连接.理论分析和实验表明TD-HMJ减少了数据传输量，缩短了多表连接时间，提高了连接效率.

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近似逼近高维索引方法

秦龙(1,2),郑烇(1,2),桂舒婷(1,2),杨坚1

2014, 35(5): 951-955.

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高维索引是基于内容图像检索及高维数据库查询等过程中至关重要的一个步骤,其性能直接影响整个检索系统的检索速度和准确率,但高维情况下的 “维度灾难”困扰着相应性能的提升.该文章提出一种近似逼近高维索引方法,采用近似向量索引提供第一层近似检索,以较低的代价获取部分匹配数据;然后将这些数据作为第二步的种子节点进行逼近游走,不断扩大搜索并最终获取目标匹配集.实验证明该方法在不依赖索引数据的先验分布情况下能有效地处理高维数据向量的检索,且具有良好的可维护性与拓展性,为高维索引的进一步研究发展提供了一种新的思路.

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可能量感知的虚拟Web集群系统设计

方名1,邓玉辉(1,2),熊劲2

2014, 35(5): 956-960.

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传统的静态资源配置方式在动态、突发性负载环境下导致了集群系统、数据中心等大规模系统中极低的资源利用率和极高的能量消耗.本文提出并设计了一个应对突发性负载的可能量感知的自适应Web集群系统.相对于传统的资源监测方式,本文提出了轻量级的基于Web访问连接数的敏感因子以实现对系统负载的实时捕捉,并以虚拟机为粒度实现系统的自适应配置,同时将系统中闲置的节点转入低能耗状态以降低整个系统的能耗.另外,本文还提出并实现了利用滞回控制来处理负载在短时间内出现的乒乓波动效应.实验结果表明该系统灵敏度高,稳定,而且在突发性负载情况下的节能效果明显.

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基于决策准则优化的不均衡数据分类

曹鹏(1,2),栗伟(1,2),赵大哲(1,2)

2014, 35(5): 961-966.

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现实世界中广泛存在着类别分布不均衡的数据,而传统分类算法在数据失衡的情况下分类效果很不理想,为此提出一种基于决策准则优化的组合分类算法.该算法基于朴素贝叶斯模型输出的后验概率,以不均衡数据评价指标作为目标函数,对决策阈值(二类)或错分代价参数(多类)进行优化,得到最佳的分类决策准则;同时为了提高分类的泛化性,提出一种自适应随机子空间组合分类算法,增强基分类器之间的差异性,避免分类器学习和决策准则优化的过拟合,并可自动获得基分类器的最佳数量.通过大量UCI数据集的实验验证表明,与其它同类算法相比,该算法在精度和效率上都具有更好的处理不均衡数据的优势.

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云计算环境下可信服务的个性化推荐框架

马华(1, 2),胡志刚1,张红宇3

2014, 35(5): 967-972.

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针对当前云计算环境下服务选择中服务推荐技术的不足,提出一种面向可信云服务的个性化推荐框架(PerReF),该框架基于独立、开放的云评价中心和云推荐中心架构,以可信云服务的多属性分析和概率统计分析为基础,使用模糊综合方法集成消费者对云服务可信属性的历史评价,并结合潜在用户在不同应用场景下的个性化需求,从可信属性权重、可信度期望、成本期望角度出发,对云服务进行过滤,再通过多次迭代的模糊相似度计算,找出最适合用户个性化特征的云服务.仿真实验分析表明,PerReF能够适应复杂的云计算环境,提供具有较高用户满意度的个性化推荐结果.

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一种融合用户评分可信度和相似度的协同过滤算法

刘胜宗1,廖志芳3,吴言凤3,樊晓平(1,2)

2014, 35(5): 973-977.

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传统基于信任的推荐算法容易受用户之间评分偏好差异的影响,尤其在存在评分欺骗数据的情况下,算法的准确性波动很大.针对这些问题,本文提出了新的融合用户评分可信度和相似度的推荐算法,该算法将用户评分准确度、认可度和评分数量权重因子相结合,分析了这些因素对用户评分可信度的影响,建立起可信度跟这三者之间的计算关系.本文进行了无欺骗数据存在和有欺骗数据存在的两类对比实验.实验结果表明,在无欺骗数据时该算法提高了推荐准确性,并在有欺骗数据存在的情况下同时提高了系统的准确性和鲁棒性.

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面向用户的基础设施云资源监控系统

陈贺,李京,王维维

2014, 35(5): 978-982.

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云计算的宗旨是为用户提供服务,而现有的云监控解决方案却缺乏面向用户的监控机制.云计算体系结构中的IaaS服务模型是PaaS和SaaS模型的基础,所以首先分析IaaS云资源监控关键技术,结合云计算资源的弹性化、虚拟化等特点,提出一种面向用户的云资源监控模型,并依照此模型设计与实现分布式的云监控系统.通过系统评估和实验表明：该系统具备较低的性能开销、良好的用户体验以及较高可靠性和稳定性.监控系统已经成功部署于中科大校园云服务平台,并取得良好的监控效果.

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基于模式匹配的飓风轨迹预测方法

董鑫,皮德常

2014, 35(5): 983-988.

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结合飓风移动轨迹及其自身的运动特点,本文提出了一种基于模式匹配的飓风轨迹预测方法.首先采用关联分析法对飓风的历史轨迹进行频繁轨迹挖掘,生成代表飓风运动模式的规则;然后将飓风当前运动的轨迹与运动模式进行匹配,实现轨迹预测;如果匹配失败,则根据飓风当前的运动趋势返回一个预测结果.采用1900-2008年美国大西洋飓风数据进行了实验和分析,取得了比较满意的实验结果：若包含模式匹配失败部分,其预测正确率为57.5%;若模式匹配全部成功,则该方法的预测正确率为65%.

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MSDD：一种结合重复数据删除技术的内存交换机制

梁莹1,陆游游2,刘青昆1,舒继武2

2014, 35(5): 989-993.

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内存交换操作中频繁的外存访问是制约程序运行性能的一个重要因素.提出一种结合重复数据删除技术的内存交换机制MSDD(Memory Swap with Data Deduplication),通过删除交换页面中的重复页面减少换出操作,从而降低交换操作对程序运行性能的影响.针对交换操作延迟敏感和内存紧缺的特点,MSDD机制采用了改进的MD5算法计算页面的数字指纹以限制其计算时延,同时通过哈希表存储删冗元数据以在内存空间占用率与删冗元数据的检索速率两方面取得权衡.在四种典型应用程序上的实验测试结果表明,MSDD机制可以减少内存换出操作达36.73%,提高程序运行性能达15.0%.

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一种让步多赢策略驱动的多智能体协商研究

王茂光,冯海旗

2014, 35(5): 994-998.

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多Agent系统在处理实际复杂问题时,智能体与智能体之间通常需要多轮协商才能最终达成一致目标,多轮协商本质上是一种参与方在保证自身利益前提下,不断让步妥协的过程,但在此动态协商的过程中通常需要考虑很多复杂因素.本文针对多Agent系统中的动态协商过程,根据协商环境的动态变化,基于效用评价机制,提出了一种让步多赢策略.该策略充分考虑到协商过程中影响Agent自身利益的理性因素,如时间、协商次数、参与方的动态变化等,据此策略智能体能够在提议-反提议的动态协商过程中做出适当、理性的让步,从而既确保了自身利益,又能兼顾对方利益,保证了参与各方的协商多赢.该方法提高了协商的成功率和效用,在实际应用中具有更大的灵活性和适用性.

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面向集合和方向的空间关键字查询

陈子军,周同,刘文远

2014, 35(5): 999-1004.

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随着便携式GPS设备的普及,基于位置的地理信息服务也显得越来越重要,人们对于地理信息服务的需求也是越来越多样化.实际生活中,人们开始关注特定方向角内的面向集合的空间关键字查询,例如查找一个位于工作地点东北方向的小区,并要求该小区附近有相应的生活、娱乐设施.为满足此需求,本文定义一种新的查询,即面向集合和方向的空间关键字查询.定义了一种评价函数,从而可以为用户返回k个查询结果.提出一种基于网格状的索引结构的查询算法,提出方向近邻查找终止和包围近邻查找终止策略.最后,分别用真实数据和随机生成数据验证了算法的有效性.

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一种包含属性蕴含语义的数据立方体结构

师智斌,高献卫,刘忠宝

2014, 35(5): 1005-1009.

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为降低数据立方体结构的复杂度及提高数据立方体的查询效率,深入挖掘数据内部关系,研究包含属性蕴含语义的数据立方体构建和查询技术.通过研究从完整形式背景中获取属性蕴含语义以及由属性蕴含确定概念内涵的方法,提出包含前件是真前提的属性蕴含语义的数据立方体结构: SDC-AI,提出SDC-AI的构建、查询处理和增量维护方法.经过理论分析和实验验证,SDC-AI结构包含所有聚集概念,并记录基本表中的属性蕴含语义,使查询响应时间大大缩小,可用于主流的关系数据库系统.

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基于Group的VMIMO博弈协作路由

谢鲲,段申琳

2014, 35(5): 1010-1015.

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为了提高自私网络的路由性能,结合博弈论以及协作虚拟多输入多输出(VMIMO)技术,提出一种基于Group的VMIMO博弈协作路由算法.算法将网络划分成多个Group,分布式地为每个Group选取多个网络结点组成协作传输单元,Group间利用协作传输单元进行VMIMO数据传输.将Group内的协作传输单元选择过程建模为协作节点选择博弈,将Group间VMIMO路由建模为重复路由博弈.为了提高数据转发成功率,提出适用度函数来评估节点信誉,以此为基础,提出基于适用度的重复路由转发算法.仿真实验结果表明本文算法可以有效促进自私节点相互合作,可获得较高的数据转发率,较好地减少数据传输时延以及能量消耗.

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CloudSIP：基于云平台的可动态伸缩SIP系统

张伟,雷为民,关云冲,刘少伟

2014, 35(5): 1016-1021.

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针对运营商级系统的可动态伸缩性和高可用性需求,本文提出一种基于云平台的SIP系统CloudSIP.为最大化系统的可伸缩性,CloudSIP采用分层设计,层内和层间组件之间无需同步、功能独立;为提高系统可用性和动态伸缩的实时性,针对实时业务面向会话的特性,Cloud引入注册迁移和会话迁移,在SIP服务器之间透明地迁移用户注册信息和正在进行中的会话信息.最后,本文利用Amazon公共云平台对CloudSIP进行了仿真和测试.

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一种移动基站的树形无线传感网数据收集方法

任秀丽,汤一波,刘珊珊

2014, 35(5): 1022-1026.

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为了节约和均衡无线传感网的能量消耗,适应大规模应用的需求,提出一种移动基站的树形无线传感网数据收集方法.该方法是将圆形监测区域中的节点划分到若干正方形虚拟网格里,在每一个网格中根据节点的能量和位置信息采用定时器机制选出一个簇头,非簇头节点就近入簇,簇头组成以基站为根的数据汇聚树,簇头将数据沿着汇聚树传输给基站.为了均衡节点的能量,当采集一轮数据后,在所有节点休眠的同时基站移到区域边缘的下一个位置,再进行同样的数据采集工作.仿真结果表明,此方法能够有效延长网络的生命期.

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基于用户预览行为的流媒体带宽分配研究

王悦1,陈亮2,曹怀虎3,李海峰1

2014, 35(5): 1022-1026.

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流媒体用户通常有“预览”行为,对腾讯视频系统的测量结果显示即使在网络传输良好的情况下,约50%用户在离观看结束不到一半时就离开了.增加用户下载带宽在提高用户体验质量的同时也会带来服务器带宽浪费.本文主要贡献是：首先,建立了流媒体带宽分配的数学模型以刻画下载速率对带宽浪费率、单位时间服务用户数和QoE的影响;其次,发现增大下载速率,用户体验质量提升较大而带宽浪费较小(对腾讯视频系统的计算显示当下载速率是播放速率的两倍时带宽浪费率仅为25%),为适当增大下载速率提供了合理性依据;最后,给出了求解总用户体验质量最大化问题的最优下载速率的基本步骤.

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面向输电线路监测网络混合MAC协议改进方法

朱宝晖(1,2),林俊如(1,2),曾鹏1,汪扬(1,2),张延宇(1,2),匡方军(1,2)

2014, 35(5): 1031-1036.

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非均衡网络流量、局部密集网络拓扑等应用特征以及低能耗、高实时通信等应用需求给应用于输电线路监测网络的MAC设计提出了挑战.针对原应用与输电线路监测网络低流量时段的X-MAC协议的不足,通过引入同步操作、精确预估唤醒时刻,提出了SX-MAC协议.SX-MAC最大限度地减少网络中前导码报文的长度,节省了网络能量.通过分析SX-MAC协议的网络能耗,得出最优同步周期的理论值.又提出了占空比交错调度机制,优化上行数据的实时性.采用了OPNET进行了仿真验证,结果表明,在此应用背景下,SX-MAC协议比X-MAC协议能够更好地节约网络能量和满足网络实时性要求.仿真条件下最优的同步周期为15分钟.

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无线传感器网络中基于关键节点的路由算法研究

张丹1,姚念民2 ,马宝英3,范书平1,杨治秋1

2014, 35(5): 1037-1040.

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分簇无线传感器网络的路由算法中,选择簇头和簇形成过程耗费节点能量,且非簇头节点向簇头传送数据使得后者负载过重,导致一些节点过早失效造成网络中的盲点.提出一种新的基于关键节点的路由算法,算法通过对网络分层、选择关键节点完成由网络中更高层次的节点向低层次节点直至基站发送数据.理论分析与Matlab模拟实验结果表明,所提出的经由关键节点的多跳路由算法适用于大规模的无线传感器网络,在降低节点能量耗费的同时 ,延长了网络的生存周期.

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BIBO稳定的网络控制系统的随机容错控制

周霞1,钟守铭2

2014, 35(5): 1041-1045.

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针对一类包含网络诱导时延、数据丢包及错序等非理想因素的离散时间网络化控制系统,研究系统在均方有界输入-有界输出(BIBO) 稳定条件下,执行器或传感器发生失效故障时的随机容错控制问题.由于传感器与执行器失效与否都是随机的,鉴于此考虑引入相互独立的Bernoulli随机变量序列作为开关矩阵,改进了之前的0,1开关矩阵.为了降低保守性,通过对连接权矩阵进行分解,利用离散形式的牛顿-莱布尼兹公式,依据Lyapunov稳定性理论,结合线性矩阵不等式(LMIs)方法,分别给出传感器失效故障与执行器失效故障情况下的系统均方BIBO稳定条件,基于此条件求解出反馈控制增益矩阵,最后设计出随机容错控制器.

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一种改进的802.11 WLAN包丢失原因判别方法

王涛(1,2),黎文伟2

2014, 35(5): 1041-1045.

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准确判别无线局域网的误码丢包原因是优化其性能的关键.现有COLLIE方法可实时判别WLAN的误码丢包原因,但存在通信开销大,判别准确度不高等问题.本文提出一种改进的802.11 WLAN误码丢包原因判别方法,利用误码包末尾比特误码概率更高的特点,实验验证了误码包末尾1500比特与误码包整体有相似的误码特征,故只回送末尾1500比特进行误码特征分析,并在获得误码特征指标集后使用贝叶斯分类算法进行丢包原因判别.实验结果表明,与COLLIE相比,本文方法的判别准确性提高约10%,而通信开销则降低约50%.

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构建自组织的云资源共享对等网络

陈宇中1,陈世平2,方芳2

2014, 35(5): 1051-1054.

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针对大型云资源服务企业,资源分布很广,无法利用单一中央服务器管理云资源.本文研究如何利用全分布式的对等网络技术来构建云资源共享网络拓扑.该共享网络拓扑结构采用空间划分概念,自组织物理上相近的云节点,实现以数据为核心的具有低延迟、可伸缩性等性能的云对等网络.实验表明,其平均云资源查询延迟小于一些经典的分布式网络结构,满足云计算应用的实际性能需求,在云资源共享方面有广泛的应用前景.

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基于广义签密方案的多功能电子邮件协议研究

司亚利(1,2),刘文远2

2014, 35(5): 1051-1054.

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广义签密具有签密、签名和加密多功能的优势,适用于设计安全的电子邮件协议.为解决电子邮件协议中的安全问题,提出了一个新的无需可信任PKG的广义签密方案,并在此基础上设计一种能够发送私人邮件、公告邮件的多功能电子邮件协议.该协议利用密钥追溯技术解决私钥托管问题,利用身份认证技术有效地阻止垃圾邮件的接收,通过随机预言模型证明方案的安全性.分析表明,提出的协议有效地增强了邮件传输过程中信息的安全性,多功能特性提高了传统电子邮件协议的信息处理能力,方案的效率也有所提高.

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前向安全的指定验证者(t,n)门限代理签名方案

崔涛1,刘培玉(1,2),王珍1

2014, 35(5): 1055-1060.

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签名算法的安全性依赖于签名密钥的安全性.密钥一旦泄漏,攻击者便可以成功伪造此前的所有签名,这会对整个签名系统造成无法弥补的损失.针对门限代理签名中的密钥泄漏问题,将前向安全引入其中,提出一种具有前向安全特性的指定验证者(t, n)门限代理签名方案.安全性分析表明,新方案真正实现了前向安全.即使当前时段所有成员的密钥被泄漏,也不会影响之前生成的签名的有效性.新方案具有指定验证者的特性,能够确保签名只被预先指定的验证人验证,可以很好地保护原始签名者的隐私.签名具有消息恢复的特性,在传输签名时不用传输明文消息本身,能够减小传输签名时的通信代价.

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无纠缠的量子秘密比较

吁超华,郭躬德,林崧

2014, 35(5): 1061-1064.

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