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Current Issues: <JZUS-A> <JZUS-B> <FITEE>
Journal of Zhejiang University SCIENCE A
ISSN 1673-565X(Print), 1862-1775(Online), Monthly
2024 Vol.25 No.11 P.889-970
CONTENTS
Review
Ali MATIN NAZAR, Haiwei XU, Mingfeng HUANG
DOI: 10.1631/jzus.A2300530 Downloaded: 475 Clicked: 774 Cited: 0 Commented: 0(p.889-907) <Full Text><PPT> 215
机构：1浙江大学，浙江大学伊利诺伊大学厄巴纳香槟校区联合学院,中国嘉兴，314400；2浙江大学，建筑工程学院，中国杭州，310058
概要：纳米发电机技术作为可持续的能源收集方式和为各种应用供电的方法，受到了广泛关注。本文回顾了用于风能收集的摩擦电和压电纳米发电机的研究进展和面临的障碍。在清洁能源需求日益增长的背景下，这一研究至关重要，尤其是能够有效收集这类能源的技术。本文重点介绍了摩擦电和压电纳米发电机在捕捉风能机械能方面的潜力。首先，文章讨论了摩擦电和压电纳米发电机的基础物理模型，解释了摩擦电效应和压电效应的机制，并强调了它们在能量收集应用中的重要性。接下来，文章概述了利用摩擦电和压电纳米发电机进行能量收集的最新进展。文章还探讨了摩擦电和压电纳米发电机的设计原理、材料选择和制造技术，并深入研究了纳米发电机在风能收集中的应用。本文探讨了优化这些设备性能的各种方法以及将其集成到风能收集系统中的手段，并分析了这些设备的潜在应用及其实现过程中可能遇到的挑战。最后，文章总结了当前的研究现状，展望了摩擦电和压电纳米发电机在风能收集中的未来发展方向，并提出了未来研究应解决的问题，如规模化、耐久性和系统集成等。
关键词组：能量收集；摩擦电纳米发电机；压电纳米发电机；风工程
Research Articles
Jin GUO, Xinghui TAN, Hai ZHU, Jiawang CHEN, Shidi JIN, Yuanjie CHEN, Jie CHEN, Ruiduo YIN
DOI: 10.1631/jzus.A2300507 Downloaded: 608 Clicked: 973 Cited: 0 Commented: 0(p.908-921) <Full Text><PPT> 57
机构：1浙江大学，海洋工程与技术研究所，中国舟山，316021；2浙江省计量科学研究院，中国杭州，310018；3浙江大学，海南研究院，中国三亚，572025；4东海实验室，中国舟山，316021
目的：以干式舱为基础的水下干式维护方法可以达到陆地上的维护质量。在干式舱和管道之间建立可靠的密封是形成干式环境的先决条件。本文旨在探讨气囊的物理特性对变形特性和密封性能的影响，并研究气囊在时变间隙条件下的自适应密封机制。
创新点：1.提出将非标准气囊应用于海底管道干舱的密封；2.提出气囊在时变间隙条件下的自适应密封机制。
方法：1.进行单轴试验，得到硅胶气囊的应力-应变构成模型；2.利用ABAQUS分析五种截面形状的密封气囊的密封性和受力特性；3.在间隙恒定的工作条件下，研究材料硬度、壁厚和充气压力对气囊变形、力学和密封特性的影响；4.研究所选安全气囊在时变间隙下的密封特性，并讨论安全气囊的自适应密封机理；5.进行全尺寸安全气囊压力试验，验证模拟结果的合理性。
结论：1.在满足密封的前提下，矩形截面安全气囊的米塞斯应力最小，可以提高安全气囊运行的安全性。2.安全气囊的接触应力峰值与气压大小接近，因此安全气囊的硬度对接触应力峰值几乎没有影响；硬度对安全气囊的米塞斯应力有轻微影响。3.厚气囊产生的接触应力更大，因此密封性能随着壁厚的增加而提高；随着壁厚的增加，气囊的变形程度减小，气囊的米塞斯应力呈下降趋势；但是，大的壁厚导致气囊的延展性较差，且气囊膨胀所能填充的间隙较小。4.在间隙时变条件下，随着间隙的增大，所需的气体压力也随之增大；米塞斯应力峰值随气囊膨胀量的增加而增加，且趋势与气体压力的趋势相似；间隙与气压之间的模拟关系可以指导干式座舱实际运行时安全气囊气压的控制。5.气囊膨胀试验结果与模拟结果的最大差值仅0.4 mm，且气囊压力结果与模拟结果的最大差值仅3.0%，这表明利用ABAQUS可以准确研究气囊的充气变形和密封特性。
关键词组：海底管道；水下干式舱；硅胶气囊；密封性能
Yifan LI, Yongyong XIANG, Luojie SHI, Baisong PAN
DOI: 10.1631/jzus.A2300340 Downloaded: 670 Clicked: 1058 Cited: 0 Commented: 0(p.922-937) <Full Text><PPT> 59
机构：浙江工业大学，机械工程学院，中国杭州，310023
目的：针对现有多保真建模方法需要嵌套训练样本来捕捉数据相关性导致的计算成本增加与未充分考虑不同保真度样本之间非线性关系导致模型精度低的问题，本文提出一种结合多保真建模和主动学习的可靠性分析方法，旨在实现高效且准确的失效概率估计。
创新点：1.基于非线性自回归方案构建了一种非线性自回归多保真克里金（NAMK）模型；2.在模型更新过程中，用集成的多保真学习函数代替传统的学习函数，通过综合考虑采样成本和多保真样本之间的相关性，从多保真样本空间中选择新的采样点；3.当选择高保真样本时，使用残差模型生成嵌套的低保真样本。
方法：1.在指定的参数范围内选择初始多保真样本，并使用NAMK构建初始代理模型；2.通过集成学习函数确定新样本的位置和保真度；3.一旦选择了一个高保真样本，根据残差模型生成嵌套的低保真度样本并根据新的样本更新模型；4.使用基于相对误差估计的停止准则终止主动学习过程并输出失效概率估计结果。
结论：1.本文所提出的基于多保真建模和主动学习的可靠分析方法提高了失效概率估计的效率和精度；2.利用NAMK模型来捕捉多保真样本之间的非线性关系，有效提高了代理模型的准确性；3.考虑多保真样本的相关性和采样成本的学习函数能自适应地确定新样本的位置和保真度；4.当学习函数选择高保真样本时，通过构造残差模型生成嵌套的低保真度样本可减少低保真度模型的调用次数。
关键词组：可靠性分析；多保真代理模型；主动学习；非线性；残差模型
Distribution law analysis and calculating method for windage power in a geotechnical centrifuge
Chuanxiang ZHENG, Yuchen DAI, Jiao LIN, Jianqun JIANG, Jinjie LU, Zhenyu WANG, Jiaming YAN
DOI: 10.1631/jzus.A2300288 Downloaded: 650 Clicked: 985 Cited: 0 Commented: 0(p.938-952) <Full Text><PPT> 53
机构：1浙江大学，能源工程学院，中国杭州，310027；2华东勘测设计研究院，中国杭州，300450
目的：风阻功率引起的温升是土工离心机大型化过程中的一个主要限制因素。本文旨在探究土工离心机内不同区域风阻功率的分布规律，并得到一种可以更为准确地计算风阻功率的方法，以期为大型土工离心机的温控设计提供理论支撑。
创新点：1.通过误差传递分析和排除设备的固有功率，获得了高可靠性的风阻功率实验数据；2.提出了新的风阻功率计算公式，明确了速度系数α和阻力系数Ci的影响因素。
方法：1.通过建造离心式超重力及跨学科实验设施（CHIEF）的缩比模型实验装置，准确测量设备的风阻功率，并用实验数据标定对应的数值模型；2.通过对仿真结果的分析，量化土工离心机内不同区域风阻功率的占比（表3和4，图7），从而确定影响风阻功率的关键区域；3.通过对关键区域关键参数（α、Ci）变化规律的探究（图9），确定关键参数的影响因素；4.根据关键参数的变化规律，推导出风阻功率的计算公式；5.通过对固有功率的分析，提出总功率的函数形式，并通过对已有土工离心机总功率的拟合，验证函数形式的正确性。
结论：1.采用间接测量方法获得风阻功率时，需要评估其传递误差；2.吊篮和转臂上风阻功率的占比分别为72%和28%，表明吊篮是关键部件；3.速度系数和风阻系数与设备的几何尺寸有关，几乎与角速度无关；4.消除固有功率的影响后，风阻功率与角速度的三次方成正比。
关键词组：土工离心机；风阻功率；关键部件和参数；CHIEF；固有功率
Lei LIU, Lin JING, Tian LI, Kaiyun WANG
DOI: 10.1631/jzus.A2300361 Downloaded: 684 Clicked: 1026 Cited: 0 Commented: 645(p.953-969) <Full Text><PPT> 48
机构：西南交通大学，轨道交通运载系统全国重点实验室，中国成都，610031
目的：高速列车隧道运行时产生的空气压力波会对车体及隧道结构的安全造成不良影响，是铁路隧道设计中需要解决的关键科技问题之一。高海拔地区高速铁路隧道具有长度大的显著特点，并且低气压、高地热等特殊线路环境条件将会对隧道内空气的密度、粘度等参数产生影响，从而影响列车隧道运行时产生的空气压力波的特性。研究高地温和高海拔对高速列车长大隧道运行压力波的影响，对于保证隧道高速列车在该地区隧道内运行时车体及隧道的结构安全有重要价值，并可为隧道的设计提供技术支持。
创新点：1.通过分析隧道长度对于高速列车隧道运行压力波特性的影响，确定具有代表性的隧道长度用于仿真模拟，以降低计算成本和有效反映高速列车长大隧道运行压力波特性。2.建立的计算空气动力学仿真模型中考虑了高温沿整个隧道的分布情况，可模拟更加真实的高地温环境。
方法：采用三维、非定常、可压缩雷诺时均方程和RNGk-ε湍流模型，研究高地温和高海拔对高速列车隧道通过和隧道交会压力波特性的影响。
结论：1.与正常环境温度的情况相比，当高速列车通过高地温隧道时，隧道和列车表面的压力峰值减小，并且出现得越来越早。2.与正常环境温度的情况相比，当高速列车在高地温隧道中交会时，隧道表面压力最大值沿隧道分布的对称点向隧道入口移动，压力最小值的分布也发生变化。3.随着海拔的上升，列车隧道通过及交会时，隧道和列车表面的压力波形以及列车两侧的压差保持不变，并且峰值线性减小。4.列车在高海拔、高地温的长大隧道中运行时，列车和隧道表面的压力幅值整体减小；然而，温度的变化会影响隧道表面压力幅值出现的位置，在隧道设计和维护时，这些位置可能需要更多的关注以及更准确的定位。
关键词组：高地温；高海拔；高速列车；长大隧道；压力波
Erratum
Rui ZHOU, Chi-bing SHEN
DOI: 10.1631/jzus.A21e0402 Downloaded: 54 Clicked: 69 Cited: 0 Commented: 0(p.970-970) <Full Text>
Journal of Zhejiang University SCIENCE B
ISSN 1673-1581(Print), 1862-1783(Online), Monthly
2024 Vol.25 No.11 P.941-1038
CONTENTS
Special Issue on Autism: from Bench to Bedside
Guest Editors-in-Chief: Junyu XU, Jianhong LUO
Reviews
Review: Prefrontal cortical circuits in social behaviors: an overview
Wei CAO, Huiyi LI, Jianhong LUO
DOI: 10.1631/jzus.B2300743 Downloaded: 842 Clicked: 986 Cited: 0 Commented: 0(p.941-955) <Full Text><PPT> 68
1杭州师范大学基础医学院，脑科学研究所，中国杭州市，311121
2浙江大学医学院附属医院精神卫生中心，杭州市第七人民医院，中国杭州市，310013
3杭州师范大学基础医学院， 浙江省医学表观遗传学重点实验室，中国杭州市，311121
4杭州师范大学，婴幼儿发展与托育实验室，中国杭州市，311121
5浙大城市学院医学院，浙江省神经损伤修复新靶点及药物研究重点实验室，中国杭州市，310015
6浙江大学，国家卫生健康委员会医学神经生物学重点实验室，中国杭州市，310058
摘要：社交是人类和动物基本而复杂的行为，受社会认知和情感相互作用的调控。社交障碍发病率高，同样也是自闭症谱系障碍（ASD）和精神分裂症（SCZ）等神经精神疾病的显著临床特征。尽管有关社交行为神经的基础研究不断增多，但其精确的神经环路机制仍然有待阐明。本文回顾了前额叶皮层（PFC）在调节社交行为中的关键作用及其在社交障碍中的功能改变。大量研究提示：PFC功能障碍可能是以社交缺陷为共同特征的精神疾病发病机制的关键病理节点。此外，本文深入梳理了啮齿类动物内侧PFC（mPFC）与其他皮层区域和皮层下大脑区域的复杂连接，以及这些连接在社交行为调控中的作用。值得注意的是，大量证据强调了mPFC的N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）受体以及小清蛋白阳性中间神经元的正常功能在调控社交行为中的作用。因此，深入解析社交相关的神经环路及其功能，将有助于揭示社交障碍的神经病理机制并指导临床转化研究。
关键词组：前额叶皮层；社交行为；自闭症谱系障碍；精神分裂症；小清蛋白阳性中间神经元；-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）受体
Review: Pharmacotherapy for the core symptoms of autism spectrum disorder
Peiying TAN, Xiaolin SHEN, Lizhang ZENG, Xuchu WENG, Hongyan GENG
DOI: 10.1631/jzus.B2300864 Downloaded: 438 Clicked: 818 Cited: 0 Commented: 0(p.956-971) <Full Text><PPT> 60
1华南师范大学脑认知与教育科学教育部重点实验室，中国广州市，510631
2华南师范大学脑科学与康复医学研究院，广东省心理健康与认知科学重点实验室，中国广州市，510631
摘要：自闭症谱系障碍（ASD）是一系列以社交功能障碍和刻板行为为特征的神经发育疾病。ASD的病因在很大程度上仍未探明，它的临床表现多种多样，而且严重程度也各不相同。目前，尚无经监管机构批准的药物可有效治疗ASD的核心症状。儿童期和青春期是ASD治疗取得重大成果的关键阶段，因此有必要开发专门针对这两个时期的药物。根据药物的作用靶点和机制，研究发现非典型精神药物、抗炎和抗氧化药物、激素药物、离子通道药物和胃肠道药物能显著改善儿童和青少年的ASD核心症状。此外，比较分析同类药物的疗效和安全性可以确定更好的替代药物，并促进药物的开发。虽然这些药物的有效性和安全性仍需要进一步评估，但它们在临床治疗ASD核心症状方面具有巨大的广泛应用潜力。
关键词组：自闭症谱系障碍；核心症状；药物治疗；重复行为；社交功能障碍
Research Articles
Pupillometry reveals hyper-arousal in response to auditory stimuli in autistic children
Ci SONG, Runsheng MA, Wei NI, Xinyue PENG, Xue LI, Ruoxi SHI, Yuanping ZHANG, Li YI
DOI: 10.1631/jzus.B2300462 Downloaded: 733 Clicked: 957 Cited: 0 Commented: 0(p.996-1008) <Full Text><PPT> 44
1北京大学心理与认知科学学院， 中国北京市， 100871
2行为与心理健康北京市重点实验室， 中国北京市， 100871
3北京大学精神卫生研究所， 中国北京市， 100191
4卫生部精神卫生学重点实验室（北京大学）， 中国北京市， 100191
5国家精神心理疾病临床医学研究中心（北京大学第六医院）， 中国北京市， 100191
6青岛市自闭症研究会， 中国青岛市， 266107
7天津市宜童自闭症研究服务中心， 中国天津市， 300392
8北京大学IDG麦戈文脑科学研究所， 中国北京市， 100871
摘要：异常的感官反应在孤独症个体中被广泛报道，且与更多的功能困难有关。动态地看，他们对重复出现的感官刺激的反应平均值异常的背后因素可能是异常的首次反应和/或习惯化速率。本研究旨在使用瞳孔测量法测量不同类型听觉刺激引起的孤独症儿童的唤醒水平以及他们异常唤醒水平的动态变化。在实验一中，43名孤独症儿童和49名典型发展儿童被动地听重复出现的温和声音和负向声音。在实验二中，参加过实验一的39名孤独症儿童和44名典型发展儿童听按随机顺序出现的逐渐出现的无惊跳声音和突然出现的惊跳声音。研究发现，孤独症组在听负向声音和惊跳声音时瞳孔面积变化过大，这表明他们出现过高唤醒，而这些孤独症儿童在听温和声音和无惊跳声音时的唤醒水平正常。动态地看，在听负向声音时，孤独症组在首次反应中瞳孔面积变化的最大值过大，而该组的习惯化速率是正常的。总之，上述结果表明，负向和惊跳刺激可使孤独症儿童产生过高唤醒，且过高的首次反应在孤独症的过高唤醒中起到作用。因此，我们建议尽量减少负向和惊跳感官刺激或逐渐增加负向听觉刺激的音量来让孤独症儿童通过习惯化适应，从而降低他们的唤醒水平并减少问题行为。
关键词组：孤独症谱系障碍；唤醒；习惯化；听觉的；瞳孔测量
Wenhao LI, Chao SONG, Lifei HU, Lingling WU, Zhiwei ZHU
DOI: 10.1631/jzus.B2300354 Downloaded: 792 Clicked: 1099 Cited: 0 Commented: 0(p.1009-1019) <Full Text><PPT> 48
浙江大学医学院附属儿童医院发育行为科，国家儿童健康与疾病临床医学研究中心，中国杭州市，310053
摘要：智力水平和适应行为是孤独症谱系障碍（ASD）儿童进入主流学校的影响因素。本研究旨在探讨ASD儿童父母受教育程度与ASD儿童智力水平及适应行为之间的关系。研究对象为2017年1月至2021年6月就诊的257例学龄期ASD儿童。ASD儿童的父母完成了一份标准的人口学信息统计表，包括诊断时的年龄、性别、学校等级和父母的教育背景。所有入组儿童采用韦氏儿童智力量表第四版（WISC-IV）中文版进行智力评估。适应行为得分调查采用儿童适应行为评估第二版（ABAS-II）中文版，由家长完成。学龄期ASD儿童平均智力为76.88±22.62，男性高于女性，且与年龄呈正相关。适应行为评分平均为82.47±15.86，其不随年龄增长而增加，就读于主流学校的ASD儿童具有更好的适应行为。母亲受教育程度与ASD儿童的智商和适应行为显著相关，而父亲受教育程度与之不相关。因此，对家长进行更好的培训和支持有助于ASD儿童进入主流学校，同时适应性训练则是患儿父母更为迫切需要掌握的技能。
关键词组：孤独症谱系障碍（ASD）；学龄儿童；智力（IQ）；适应行为；父母教育程度
Yanan ZHAO, Huiyun FAN, Rong ZHANG, Xiaoying ZHENG
DOI: 10.1631/jzus.B2300874 Downloaded: 358 Clicked: 591 Cited: 0 Commented: 0(p.1020-1030) <Full Text><PPT> 48
1北京大学公共卫生学院， 中国北京市， 100191
2澳门城市大学大健康学院， 中国澳门， 999078
3北京大学人口研究所， 中国北京市， 100871
4北京大学神经科学研究所， 中国北京市， 100191
5北京大学基础医学院神经生物学系， 中国北京市， 100191
6神经科学教育部重点实验室， 国家卫生健康委员会神经科学重点实验室， 中国北京市， 100191
7北京大学医学部孤独症研究中心， 中国北京市， 100191
8中国医学科学院北京协和医学院群医学与公共卫生学院， 中国北京市， 100730
摘要：日益增长的儿童照料需求给孤独症谱系障碍（ASD）儿童的父母，尤其是母亲，带来了较大压力。本研究调查了ASD儿童和青少年母亲的自我汇报心理健康情况，并探讨了与母亲心理健康相关的因素。一共5077名0至17岁ASD儿童和青少年（包含4892个双亲家庭、185名单身母亲家庭和150名为单身父亲情况）的父母完成了一项全国在线调查，其中28.0%的母亲报告心理健康状况不佳。与0~2岁孩子的母亲相比，10~13岁孩子的母亲心理健康状况不佳的可能性更低（比值比（OR）为0.63，95% 置信区间（CI）为0.43-0.91）；与低功能ASD儿童母亲相比，高功能ASD儿童母亲有不良心理健康状况的可能性更低（OR 0.76，95% CI 0.62-0.94）。共病儿童的母亲更易有较差的心理健康状况（OR 1.56，95% CI 1.35-1.81），当母亲与其他家庭成员存在冲突（OR 1.44，95% CI 1.22-1.70）和提供全职照料（OR 1.22，95% CI 1.06-1.41）时，她们也更容易有较差的心理健康状况。有高于平均水平的家庭收入情况下，母亲更不容易有较差的心理健康状况（OR 0.70，95% CI 0.58-0.82）。综上所述，与儿童和家庭相关的因素以及提供全职照料方面对母亲心理健康状态有显著影响。减少阻碍母亲外出工作和社会交往的障碍，以及解决抚养孤独症ASD儿童的经济负担，可能有助于改善母亲福祉。
关键词组：孤独症谱系障碍；母亲；心理健康状态；影响因素
Correspondence
Correspondence: Early developmental levels of children with autism spectrum disorder with different adaptive behaviors: a retrospective analysis
Chao SONG, Ting HAN, Lifei HU, Ning SHAO, Zepeng WANG, Yan JIN, Tingting CHEN, Zhiwei ZHU
DOI: 10.1631/jzus.B2300310 Downloaded: 686 Clicked: 1025 Cited: 0 Commented: 0(p.1031-1038) <Full Text><PPT> 51
浙江大学医学院附属儿童医院发育行为科， 国家儿童健康与疾病临床医学研究中心， 中国杭州市， 310052
摘要：孤独症谱系障碍（ASD）儿童的适应行为能力普遍受到损害，然而其与早期发展水平之间的关系尚不明确。深入开展二者间关系的研究，将有助于了解ASD儿童能力的发展规律，促进ASD儿童早期个体化干预的实施。本文回顾性选取了1656例在2019年1月至2022年3月期间在浙江大学医学院附属儿童医院发育行为科被诊断为ASD的儿童，汇总了《婴儿-初中学生社会生活能力量表》和《Gesell发育诊断量表》（GDS）的结果，并进行统计学分析。结果表明，年龄会影响ASD儿童的适应行为以及GDS中各能区的早期发展；同时，适应行为也会显著影响GDS各能区的发育商数，且呈正相关关系。综上所述，ASD儿童的适应行为和各方面能力相互影响，因此有必要对不同ASD个体能力进行全面评估，并采取个体化的综合干预模式。
关键词组：孤独症谱系障碍；儿童；适应行为；早期发育水平；个体化干预
Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering
ISSN 2095-9184 (print), ISSN 2095-9230 (online)
2024 Vol.25 No.10 P.1295-1420
CONTENTS
Review Article
Review Article: Convergence of blockchain and Internet of Things: integration, security, and use cases
Robertas DAMAEVI?IUS, Sanjay MISRA, Rytis MASKELI?NAS, Anand NAYYAR
DOI: 10.1631/FITEE.2300215 Downloaded: 1304 Clicked: 1240 Cited: 0 Commented: 0(p.1295-1321) <Full Text><PPT> 87
1维陶塔斯·马格努斯大学应用信息学系，立陶宛考纳斯市，44404
2能源技术研究所应用数据科学系，挪威哈尔登市，1777
3考纳斯理工大学多媒体工程系，立陶宛考纳斯市，51368
4维新大学信息技术学院研究生院，越南岘港市，550000
摘要：物联网（IoT）设备变得越来越普遍，其采用率呈指数级增长。然而，它们很容易受到安全漏洞的影响，传统的安全机制不足以保护它们。物联网设备生成的大量数据很容易被操纵或窃取，从而带来严重的隐私问题。本文旨在全面概述区块链和物联网技术的集成及其增强物联网系统安全性和隐私性的潜力。研究了物联网中的各种安全问题和漏洞，探讨如何使用基于区块链的方案来解决这些问题。提供了对物联网中各种安全问题和漏洞的见解，并探讨如何使用区块链来增强安全性和隐私性。还讨论了基于区块链的物联网（B-IoT）系统在医疗保健、运输和供应等各个领域的潜在应用。揭示了区块链和物联网的集成可增强物联网系统的安全性、隐私性和可信度。B-IoT的多层架构包括感知层、网络层、数据处理层和应用层，为区块链和物联网技术的集成提供了全面的框架。该研究确定了B-IoT的各种安全解决方案，包括智能合约、去中心化控制、不可变数据存储、身份和访问管理（IAM）以及共识机制。该研究还讨论了B-IoT领域的挑战和未来研究方向。
关键词组：区块链；物联网（IoT）；基于区块链的物联网（B-IoT）；安全性；可扩展性；隐私
Research Articles
Traffic-oriented reconfigurable NoC with augmented inter-port buffer sharing
Chenglong SUN, Yiming OUYANG, Huaguo LIANG
DOI: 10.1631/FITEE.2300458 Downloaded: 564 Clicked: 921 Cited: 0 Commented: 0(p.1322-1336) <Full Text><PPT> 113
1阜阳师范大学计算机与信息工程学院，中国阜阳市，236041
2合肥工业大学计算机与信息学院，中国合肥市，230601
3合肥工业大学微电子学院，中国合肥市，230601
摘要：随着多核系统中核数量的增加，片上互连网络的通信压力也随之增大。片上网络（NoC）的通信架构能够承载因核数量不断增加而引发的不断扩大的通信需求。NoC架构的通信行为表现出明显的时空变化，给多核互连系统的重新配置带来巨大挑战。本文提出一种面向流量的可重构NoC，其采用端口间缓冲区共享策略，可灵活适应不同的流量特征，具有很高灵活性。首先，修改输入端口以支持相邻端口之间的缓冲区共享。具体而言，修改后的输入端口可动态重新配置，以响应按需流量。其次，采用一种面向输出的集中式缓冲区管理机制，配合可重构的输入端口。最后，这种可重构方法可通过较低开销的硬件设计实现，不会给系统实现带来很大负担。实验结果表明，与其他方案相比，本文所提出的NoC架构大大降低了数据包延迟，提高了饱和吞吐量，而且不会产生显著的面积和功耗开销。
关键词组：片上网络；可重构；面向流量；缓冲区共享
HSDBA: a hierarchical and scalable dynamic bandwidth allocation for programmable data planes
Dengyu RAN, Xiao CHEN, Lei SONG
DOI: 10.1631/FITEE.2300593 Downloaded: 499 Clicked: 968 Cited: 0 Commented: 0(p.1337-1352) <Full Text>
1中国科学院声学研究所，国家网络新媒体工程技术研究中心，中国北京市，100190
2中国科学院大学电子电气与通信工程学院，中国北京市，100049
摘要：动态带宽分配（DBA）是网络中一项经典问题。快速、准确和公平的带宽分配对于网络服务提供商的服务等级保障（SLA）、链路拥塞缓解和网络攻击应对具有重要意义。然而，现有的带宽分配算法主要在软件定义网络（SDN）范式的控制平面中实现，可能导致较大的探测开销和收敛延迟。此外，当代网络架构需要一个能满足延迟要求的分层带宽分配系统。本文提出HSDBA，这是一种完全在可编程数据面实现的细粒度、可扩展的动态带宽分配方案，消除了数据面与控制器的网络开销和延迟，并能应对随时到来的配置节点加入和退出。本文在协议无关转发软件交换机上探索了HSDBA的可行性。实验结果表明，HSDBA在接收到大约25个数据包内实现带宽的公平分配和隔离性保障。算法收敛速度比最新的近似分层带宽分配算法（AHAB）快0.5倍，并且带宽限制准确率达到98.1%。
关键词组：动态带宽分配；软件定义网络；可编程数据平面；协议无关转发交换机（POFSwitch）
Reversible data hiding scheme for encrypted JPEG bitstreams using adaptive RZL rotation
Yongning GUO, Guodong SU, Zhiqiang YAO, Wang ZHOU
DOI: 10.1631/FITEE.2300749 Downloaded: 552 Clicked: 1133 Cited: 0 Commented: 0(p.1353-1369) <Full Text><PPT> 109
1福建技术师范学院大数据与人工智能学院，中国福州市，350300
2福建师范大学数学与信息学院，中国福州市，350117
3非遗数字化与多源信息融合福建省高校工程研究中心(福建技术师范学院)，中国福州市，350300
4西华大学计算机与软件工程学院，中国成都市，610039
摘要：JPEG图像因具有出色的压缩比和图像品质被广泛应用于实际案例。考虑到人们对其隐私侵犯的担忧，本文提出了一种有效的加密JPEG比特流可逆信息隐藏方案，旨在为秘密消息和载体提供安全和隐私。首先，采用一种具有格式兼容性和文件大小保留性的加密算法将明文JPEG图像加密为类噪声版本。然后，构建一种基于自适应RZL旋转策略的加密JPEG比特流可逆数据隐藏技术，该技术将秘密消息映射到有序的RZL对序列。授权用户可以从标记的加密JPEG比特流中实现无差错的秘密消息提取并无损恢复原始明文JPEG图像。大量实验表明，与一些最先进的方案相比，本文方案在嵌入容量方面具有较好性能，同时兼具文件大小保留性和格式兼容性。
关键词组：JPEG；可逆信息隐藏；嵌入容量；文件大小保留；格式兼容性
Chao DONG, Yongyi YAN, Huiqin LI, Jumei YUE
DOI: 10.1631/FITEE.2300578 Downloaded: 815 Clicked: 1352 Cited: 0 Commented: 0(p.1370-1377) <Full Text><PPT> 101
1河南科技大学信息工程学院，中国洛阳市，471000
2河南科技大学农业装备工程学院，中国洛阳市，471000
摘要：本文利用矩阵的半张量积，采用代数方法研究了扩展有限状态机的可控性、可达性和稳定性。首先，建立扩展有限状态机的双线性动态系统模型，为进一步的研究奠定基础。其次，结合该双线性动态系统模型，给出扩展有限状态机双线性动态系统模型的可控性、可达性和稳定性定理。最后，设计一种算法确定扩展有限状态机的可控性和稳定性。通过算例验证了主要结果的正确性。
关键词组：半张量积；矩阵方法；代数方法；有限值系统
Hangli REN, Qingxi FAN, Linlin HOU
DOI: 10.1631/FITEE.2400427 Downloaded: 329 Clicked: 702 Cited: 0 Commented: 0(p.1378-1389) <Full Text><PPT> 133
1郑州轻工业大学电气信息工程学院，中国郑州市，450000
2曲阜师范大学信息科学与工程学院，中国日照市，276826
摘要：本文研究了异步切换系统的有限时间界限和保性能控制问题。为减少冗余信息传输和缓解传感器节点的数据拥塞，提出事件触发方案（ETS）和循环协议（RRP），旨在确保系统表现良好的动态特性的同时减少通信资源。在有限时间控制领域，采用允许边依赖平均停留时间（AED-ADT）方法设计切换信号。该方法涉及慢速AED-ADT切换和快速AED-ADT切换，分别适用于被控系统在异步切换间隔内的有限时间稳定和有限时间不稳定情况。通过构造双模态依赖的李雅普诺夫函数，得到切换系统的有限时间有界准则和控制器增益。最后，通过一个升降压电路模型验证了所提结果的有效性。
关键词组：切换系统；事件触发方案；循环协议；异步切换；允许边依赖平均停留时间（AED-ADT）；保性能控制
Research on electromagnetic interference resistance performance of three kinds of CMOS inverters
Fangjun LIU, Jiaming SHEN, Jizhong SHEN
DOI: 10.1631/FITEE.2400264 Downloaded: 480 Clicked: 777 Cited: 0 Commented: 0(p.1390-1405) <Full Text><PPT> 92
浙江大学信息与电子工程学院，中国杭州市，310027
摘要：电磁干扰会影响CMOS电路工作性能，研究电路抗信号干扰能力将有利于设计性能更优的电路。电流型CMOS电路因在深亚微米工艺下相较于传统电路有高速度、低功耗等优势，近些年得到不断发展，其抗干扰能力值得进一步研究。文中介绍传统电压型CMOS、MOS电流型逻辑电路（MOS Current-Mode Logic，MCML）、电流型CMOS三种结构的非门电路。通过Cadence Virtuoso软件仿真模拟电磁干扰对三种非门电路的影响，并定义一个受干扰程度因子，用来研究比较不同干扰点、不同干扰波形、不同干扰频率在65纳米工艺下对电路的影响。并通过改变电流型CMOS电路输入端串联电阻值，研究干扰信号电阻与电路抗干扰性的关系。仿真结果表明：在高工作频率下，电流型CMOS电路具有更好的抗干扰性，且电流型CMOS电路工作频率越高，电路抗干扰性越强。此外，还研究了不同温度和不同工艺对三种电路抗干扰性能的影响。在-40 °C至125 °C温度范围内，温度越高，电压型CMOS和MCML型电路抗干扰能力越弱，电流型CMOS电路抗干扰能力越强。28纳米工艺下，电流型CMOS电路比其他两种电路的相对抗干扰能力更强；28纳米工艺下电压型CMOS和MCML电路的相对抗干扰能力与65纳米工艺下的相对抗干扰能力相似，而28纳米工艺下电流型CMOS电路的相对抗干扰能力比65纳米工艺下的相对抗干扰能力强。论文工作为设计抗电磁干扰的电流型CMOS电路提供依据。
关键词组：电压型CMOS；MOS电流型逻辑电路；电流型CMOS；电磁干扰；反相器
Improved deep learning aided key recovery framework: applications to large-state block ciphers
Xiaowei LI, Jiongjiong REN, Shaozhen CHEN
DOI: 10.1631/FITEE.2300848 Downloaded: 524 Clicked: 985 Cited: 0 Commented: 0(p.1406-1420) <Full Text><PPT> 123
信息工程大学网络空间安全学院，中国郑州市，450000
摘要：在2019年的年度国际密码学会议上，Gohr提出一种基于深度学习的密码分析技术，适用于分组较短的减轮轻量级分组密码SPECK32/64。Gohr遗留了一个关键问题，即如何实现基于深度学习的大状态分组密码密钥恢复攻击。本文设计了一种基于深度学习的大状态分组密码的密钥恢复框架。首先，提出基于深度学习的密钥比特敏感性测试(KBST)客观划分密钥空间。其次，提出一种新的构造神经区分器组合方法，以改进用于大状态分组密码深度学习辅助密钥恢复框架，并从密码分析角度证明其合理性和有效性。在改进的密钥恢复框架下，本文为SIMON和SPECK各大状态训练了一个有效的神经区分器组合，并执行了对SIMON和SPECK大状态成员的实际密钥恢复攻击。本文提出的13轮SIMON64攻击是迄今为止最有效的实际密钥恢复攻击方法。这是首次尝试在18轮SIMON128、19轮SIMON128、14轮SIMON96和14轮SIMON64上进行基于深度学习的实用密钥恢复攻击。此外，本文改进了针对SPECK大状态成员的实际密钥恢复攻击结果，提高了密钥恢复攻击的成功率。
关键词组：深度学习；大状态分组密码；密钥恢复；差分分析；SIMON；SPECK