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

<<< 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: 5248 Clicked: 10659 Cited: 1 Commented: 0(p.1253-1265) <Full Text> <PPT> 2874

Chinese summary <88> 一种基于博弈论的无线接入网中缓存资源共享方法

概要：随着智能手机、平板电脑等智能终端设备的快速普及，无线网络流量呈爆炸式增长，其中占主导地位的视频流量的增长尤为显著，根据思科的预测，从2014年到2019年，移动视频的复合年增长率（Compound annual growth rate, CAGR）为66%。在无线网络中部署缓存被认为是应对流量爆炸式增长的一种有效解决方案。虽然已经有很多论文关注蜂窝网络中的内容缓存问题，但这些论文基本上都集中在内容缓存的性能优化和能量有效，而忽略了多个服务提供商（Service provider servers, SPSs）之间的缓存资源共享问题。然而从SPS的角度，在基站缓存流行的内容，不仅可以改善用户体验，还可以减少对于回程网带宽的需求以节约成本，因此SPS必须要考虑最佳的缓存空间需求量以获得最大的收益。本文我们主要考虑这一问题，即在基站部署缓存的假设前提下，多个SPSs如何有效的共享缓存资源。本文的创新点主要有以下几方面：
• 本文的场景为一个基站和多个SPSs，系统被建模为寡头垄断市场，其中基站是产品（缓存空间）的提供方，以一定的价格（通过价格函数定义）向产品的需求方（SPSs）收取费用，SPSs共享基站的缓存空间。
• 我们将SPSs对于缓存空间的竞争建模为一个动态的非合作博弈的古诺模型，并通过基于Newton-Raphson方法的迭代算法来获得最佳的缓存空间需求量（古诺模型的纳什均衡解）。
• 仿真部分详细分析了不同参数下的这种动态缓存资源分配机制的性能和稳定性特征。

关键词组：视频缓存；寡头垄断市场；博弈论；纳什均衡；稳定性分析

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: 4909 Clicked: 9818 Cited: 0 Commented: 0(p.1266-1274) <Full Text> <PPT> 2590

Chinese summary <69> 虚拟化路由器中基于融合再拆分的多表压缩及快速重构机制

概要：在未来互联网研究领域中，虚拟化路由器受到越来越多的关注。作为实现网络虚拟化的关键路由设备，虚拟化路由器在一个物理路由平台基础上拥有多个虚拟路由实例，每一个路由实例维护自己的转发表。因此，有限的片上存储限制了存储的扩展性。本文中，我们提出一种基于融合再拆分的方法，用于压缩多个转发表，不仅提高了存储效率，同时为快速系统重构过程提供了一个理想的拆分位置。另外，本文提出了一种优化策略，用于减少快速系统重构的时间。实验表明，我们的方案在处理14个真实路由数据集时，只需要一棵134 188个结点的单步长特里树，而原始方案中需要4 569 133个结点。同时，我们的方案在扩展性中表现出良好的性能，能够支持90 000 000条前缀以及65 600个转发表。

关键词组：虚拟化路由器；融合；拆分；压缩；快速重构机制

A locality-based replication manager for data cloud

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

DOI: 10.1631/FITEE.1500391 Downloaded: 4709 Clicked: 9062 Cited: 0 Commented: 0(p.1275-1286) <Full Text> <PPT> 2734

Chinese summary <60> 基于位置的数据云复制管理器

摘要：有效的数据处理是大规模分布式环境（如云数据）中的一个关键性问题，其中需要考虑到数据的复制。数据复制可以减少服务时间和获取数据所需的时间，增加可用性并优化系统负载分布。然而值得一提的是，数据的同样会增加储存数据所需的资源和能源。我们提出了一种可减少资源、能源消耗，减少系统延迟，并增加系统可用性的复制管理器，称为位置复制管理器（Locality replication manager, LRM）。这一管理器采用的两种重要算法利用了数据块之间的物理邻接特性。对LRM进行的一系列模拟结果显示，LRM消耗了较少的资源和能源，优化了系统负载分布，并增加了系统可用性，减少了系统延迟，因此适用对于分布式系统。

关键词组：数据云；复制；图形；位置复制管理器

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: 5254 Clicked: 10391 Cited: 1 Commented: 0(p.1287-1304) <Full Text> <PPT> 2915

Chinese summary <52> 基于信息熵和深度置信网络的涡轮发动机在有限传感器下的故障诊断仿真研究

概要：精确故障诊断是预测与健康管理的一个重要部分。它能避免事故的发生，延长设备使用寿命，还能降低设备维修保养费用。本文研究涡轮发动机的故障诊断。由于发动机工作在高温、高压、高转速的严峻环境中，不能安装过多传感器，因此我们无法获得足够多的传感器数据，以至于采用现有算法不能进行精确的潜在故障诊断。本文针对复杂环境下有限传感器数据的发动机故障诊断问题，提出了一种基于信息熵的深度置信网络方法。首先介绍了几种信息熵，并基于单信号熵提出了联合复杂信息熵。其次，分析了深度置信网络的构成，提出了基于信息熵的深度置信网络方法。验证实验表明，与现有的机器学习算法比较，该方法的诊断精度大大提高。

关键词组：深度置信网络；信息熵；故障诊断；发动机

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: 5338 Clicked: 11575 Cited: 0 Commented: 0(p.1305-1319) <Full Text> <PPT> 2990

Chinese summary <51> 基于云计算的自适应可调节GPS轨迹地图匹配策略

概要：智慧城市为智能交通管理和交通网络智能应用的发展提供了巨大推动力。近来，智能交通系统（Intelligent transportation systems, ITSs）和移动位置服务（Location-based services, LBSs）也成为了研究领域的热点。交通领域数据量在快速不断增长，云计算在巨量数据的存储、接入、管理和处理方面有着巨大作用。交通领域相当比例的数据为GPS数据，此类数据具有非频繁、含噪声等特性，这使得维护基于GPS的实时交通软件的服务质量较为困难。在诸多智能交通系统应用中，地图匹配处理起着将GPS观测点准确排列于路网中的关键作用。考虑到准确性时，地图匹配策略的性能由两个连续的GPS观测点间的最短路径决定；另一方面，处理最短路径查询（Processing shortest path queries,SPQs）耗费着较高计算量。现有的地图匹配技术采用固定参数（固定的候选点数量，固定的误差圆半径）的办法，这可能导致确认线路分段时产生不确定性，也可导致低精度结果（或需进行大量SPQ处理以保证精度）。此外，由于采样错误的存在，较高采样时间（大于10 s）内的GPS数据常含有冗余数据，这也导致需要额外的SPQ处理。由于SPQ处理导致的高运算量问题，现有的地图匹配策略并不能实现实时应用。在本文中，我们提出一种实时地图匹配方法（Real-time map-matching, RT-MM）。该方法以云计算为基础，是一种全自适应地图匹配策略，能够应对实时GPS轨迹地图匹配中SPQ处理的关键问题。本研究还通过基于虚拟数据和实际数据的仿真，对所述方法与现有方法的性能进行了比较。

关键词组：地图匹配；GPS轨迹；可调节；云计算；块同步并行计算（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: 4932 Clicked: 10936 Cited: 0 Commented: 0(p.1320-1330) <Full Text>

Chinese summary <54> 运用支持向量机的稳健智能音频水印设计

概要：信息技术和计算机网络的快速发展引发了数字域数据传输的广泛使用。然而，如何保护数据免于非授权复制与分发行为也是数据所有者们所面临的主要挑战。数字水印技术作为缓解导致系统效率下降潜在挑战一种可靠保护方法，逐渐被人们所认同数字音频水印应当能以人耳不能察觉的方式保持主信号的质量，也应当能在潜在的攻击前保持足够的稳健型。传统音频水印技术存在的一个主要问题是使用非智能解码器--此类解码器在提取数字水印时仅使用特定的规则集。本文提出了一种稳健、智能的音频水印方法，该方法有效地结合了奇异值分解（Singular value decomposition, SVD）和支持向量机（Support vector machine,SVM）技术。该方法通过调整奇异值实现水印数据嵌入，又通过SVM智能解码器实现水印提取。此外，通过学习噪声信号的有害效应，该解码器能够有效的提取水印。不同条件下的一系列实验验证了所述设计的性能。实验结果表明，与传统方法相比，本文方法能够提供更好的不可见性、更高的鲁棒性、更低的负载和更高的操作效率。

关键词组：音频水印；版权保护；奇异值分解；机器学习；支持向量机

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: 4855 Clicked: 11045 Cited: 0 Commented: 0(p.1331-1343) <Full Text> <PPT> 2821

Chinese summary <54> 一类非仿射离散非线性系统的直接自适应模糊滑模控制

概要：针对非仿射离散非线性系统的带干扰轨迹跟踪问题，提出一种直接自适应模糊滑模控制设计。为了获得自适应特性及消除滑模控制抖振，通过使用一个动态模糊逻辑系统（Dynamic fuzzy logical system, DFLS）实现等价控制。DFLS的参数实行在线自调节。用Lyapunov分析方法验证了滑模控制的稳定性，结果表明，整个系统渐近稳定且具备自适应、消除抖振的特点。通过数值仿真和一个2自由度机械臂的应用设计仿真证明了所提出设计的良好性能。

关键词组：非线性系统；离散系统；动态模糊逻辑系统；直接自适应；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: 4547 Clicked: 9168 Cited: 0 Commented: 0(p.1344-1359) <Full Text> <PPT> 2524

Chinese summary <52> 考虑设计参数扰动的芯片多元参数成品率预测算法

概要：随着芯片制造工艺的进步，工艺参数、供电电压及片上温度（Process, voltage, and temperature, PVT）等设计参数扰动已成为芯片设计过程的棘手问题，其所产生的性能指标间相关性将导致芯片参数成品率显著下降。但是，当前芯片参数成品率预测算法主要局限于单一性能指标成品率预测或对多个单性能指标成品率进行均衡优化，而不能同时针对多个性能指标约束进行多元参数成品率预测，易造成参数成品率精度缺失。基于以上问题，本文将多个性能指标同时作为约束条件，提出一种芯片多元参数成品率预测方法。该方法首先考虑PVT参数扰动，利用自适应弹性网（Adaptive elastic net, AEN）对芯片性能指标进行建模。然后，基于乘法定理及马尔科夫链蒙特卡罗法，通过求解累积分布函数（Cumulative distribution function, CDF）对单一性能指标的芯片参数成品率进行预测。最后，同时考虑多个芯片性能指标约束，根据Copula方法准确预测芯片多元参数成品率。实验结果表明，本文方法可以在指定性能指标约束下对芯片多元参数成品率进行有效预测，并可为芯片设计人员提供任意性能指标约束下的多元参数成品率预测曲面。

关键词组：成品率预测；参数扰动；多元参数成品率；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: 5424 Clicked: 9115 Cited: 0 Commented: 0(p.1360-1387) <Full Text> <PPT> 2641

Chinese summary <52> 多星联合定位理论性能分析

概要：为利用卫星束确定地球表面目标的位置信息具有很多重要应用，例如导航，监控，遥感等。然而，在实际条件下，会有很多因素影响卫星定位系统的精度，比如说信号参数的测量误差，卫星位置误差以及校正源的位置误差。本文基于时差观测量系统分析了多星联合定位的理论性能。首先在基于目标高程约束和高斯误差的假设下，推导四种定位场景下目标位置估计方差的克拉美罗界。第一种场景仅考虑时差观测量误差，并且假设卫星位置精确已知；第二种场景同时考虑时差观测量误差和卫星位置误差；第三种场景假设存在若干位置信息精确已知的校正源，其用于消除卫星位置的影响；第四种场景则假设校正源位置也存在测量误差。此外，文中基于一阶扰动分析和拉格朗日方法推导了两种情形下的定位均方根误差的表达式。第一种情形是假设卫星位置精确已知但实际上却含有误差；第二种情形则是假设校正源位置精确已知但实际上却含有误差。仿真结果验证了文中理论分析的有效性。

关键词组：卫星定位；时差；克拉美罗界；校正源；性能分析

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: 4843 Clicked: 8893 Cited: 0 Commented: 0(p.1388-1396) <Full Text> <PPT> 2637

Chinese summary <55> 一种新型的部分遮挡和非匹配条件下最大功率点跟踪光伏子模块级功率平衡拓扑结构

概要：部分遮挡和串联模块（或子模块）的非匹配条件可在整个光伏系统中导致功率曲线非凸且出现多个局部极值和峰值功率下降的现象。通过功率传输，可将各子模块的工作电压拉平；这样的功率收集操作可生成凸功率曲线，提升光伏系统的峰值功率。本文所述拓扑结构受益于开关电容（Switched capacitor, SC）转换器的概念，是一种子模块级功率平衡概念的具体应用。与现有研究成果相比，其创新点包含无遮挡时停止开关操作、串联线路级可拓展性以及减少功率电子元件使用量。功率电子元件使用量的减少是通过两个子模块共享一个SC转换器的方式实现的，这也能带来降低功率器件能量损耗、降低成本和电路体积的优势。本文给出了所述拓扑结构的插入损耗的理论式，并通过PSpice仿真和原型电路的实验评估，证明了损耗理论解的正确性。这也表明，通过使用所述拓扑结构，有可能提取出部分遮挡的光伏线路的几乎所有可用能量，并将其传输至负载端。

关键词组：子模块级最大功率点跟踪（Sub-module-level maximum power point tracking, MPPT）；差分功率处理（Differential power processing, DPP）；分布式功率转换器；开关电容转换器