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计算机工程与科学 2017年第08期杂志 文档列表

计算机工程与科学杂志高性能计算

基于Intel MIC平台大规模耗散粒子动力学模拟的设计与优化1391-1396

摘要：耗散粒子动力学（DPD）模拟是一种重要的研究流体动力学特性的计算模拟方法,基于Intel MIC平台设计实现了面向大规模耗散粒子动力学模拟,充分结合了DPD模拟本身的特性和MIC平台的特征。对DPD模拟中的近邻列表构建和短程作用力关键代码实现了向量化优化,在CPU和MIC协处理器之间采用任务计算负载平衡机制,支持MPI进程内线程数量负载平衡控制。分别在原型程序上和LAMMPS集成中做了性能对比分析,实验结果显示了引入相关优化技术的有效性,为进一步研究面向MIC众核平台的分子动力学相关工作奠定了基础。

一种基于贝叶斯网络的随机测试方法在Cache一致性验证中的设计与实现1397-1402

摘要：随着集成电路设计复杂度指数级增长,功能验证已经越来越成为大规模芯片设计的瓶颈,而在多核处理器中,Cache一致性协议十分复杂,验证难度大。针对Cache一致性协议验证提出基于模拟验证的一种基于贝叶斯网络的随机测试生成方法,解决Cache一致性协议状态空间爆炸的问题。首先分析了Cache一致性协议及基于贝叶斯网络推理的CDG方法,并将CDG方法应用于Cache一致性的验证。以FT处理器中的Cache一致性协议验证为例,对比伪随机测试,使用CDG方法将覆盖率提高近30%。

一种基于Spark框架的并行FP-Growth挖掘算法1403-1409

摘要：Apriori和FP-Growth算法是频繁模式挖掘中的经典算法,由于Apriori存在更多缺陷,因此FP-Growth是单机计算环境下比较高效的算法。然而,对于非并行计算在大数据时代遇到的瓶颈,提出一种基于事务中项间联通权重矩阵的负载平衡并行频繁模式增长算法CWBPFP。算法在Spark框架上实现并行计算,数据分组时利用负载均衡策略,存入分组的数据是相应频繁项的编码。每个工作节点将分组数据中每一个事物中项的联通信息存入一个下三角联通权重矩阵中,使用被约束子树来加快每个工作节点挖掘频繁模式时创建条件FP-tree的速度,再用联通权重矩阵避免每次挖掘分组中频繁模式时对条件模式基的第一次扫描。由于联通权重矩阵和被约束子树的结合应用于每一个工作节点的FP-tree挖掘过程,因此提升了并行挖掘FP-tree性能。通过实验表明,所提出的并行算法对大的数据有较高性能和可扩展性。

云环境下基于秘密共享的海洋遥感影像认证方案1410-1418

摘要：云存储模式的出现为海量海洋遥感影像的存储和管理带来了机遇,越来越多的用户选择将海洋遥感影像数据移植到云中,但云存储环境的开放性对海洋遥感影像数据的安全性提出了挑战。以保障云环境下海洋遥感敏感数据的安全性为前提,提出一种影像认证方案,将哈希函数与（k,n）门限秘密共享方法相结合,检测敏感区影像信息变化,并对加密前和恢复后的影像进行一致性验证,保护加密影像数据的机密性。同时,为避免n个子秘密中,因多于n-k个子秘密的篡改或丢失,造成敏感区影像不可恢复情况的发生,采用对敏感区影像进行分块的策略,对每个子影像块做进一步的秘密共享处理,以保证部分影像的无损恢复。实验对比分析表明,所提出的安全认证方案可以有效防止秘密恢复过程中的欺诈行为,同时可获得比传统方法更高的遥感影像云存储安全性。

一种基于正弦变换的三维泊松方程并行求解算法1419-1424

摘要：泊松方程的数值解法在许多物理或者工程问题上得到广泛应用,但是由于大部分三维泊松方程的离散化格式不具有明显的并行性,实际中使用整体迭代的思想,这使得计算效率和稳定性受到了限制。摒弃了传统数值解法中整体迭代的思想,结合离散正弦变换理论（DST）,基于27点四阶差分格式,将三维泊松方程求解算法在算法级进行修改和并行优化,把整个求解问题转化成多个独立的问题进行求解,稳定性和并行性能得到大幅提升。对于确定的离散化形式,可以使用同一套参数解决不同的泊松方程,大大提高了编程效率。基于共享存储并行模型实现了该算法,实验结果显示,对于给出的实例,新算法具有较好的加速效果,计算结果精度误差约为10e-5,在可接受范围内,并且计算精度随着维数的升高具有一定提升。

预条件的平方Smith法求解大型Sylvester矩阵方程1425-1430

摘要：提出了一种预条件的平方Smith算法求解大型连续Sylvester矩阵方程,该算法利用交替方向隐式迭代（ADI）来构造预条件算子,将原方程转换为非对称Stein方程,并在Krylov子空间中应用平方Smith法迭代产生低秩逼近解。数值实验表明,与已知的Jacobi迭代法等算法相比,该算法有更好的迭代效率和收敛精度。

面向长作业环境中的云调度策略1431-1437

摘要：随着云计算的普及,大量的数据处理选择云服务来完成。现有算法较少考虑异构型系统中虚拟机计算能力的不同,导致某些任务等待时间过长。提出了虚拟机负载大小实时调整的算法。对云计算中资源虚拟化特征,给出一种评估虚拟机计算能力的方法。根据虚拟机能力和运行过程中的状态变化,自适应进行任务量大小调整,满足实时要求。通过任务调度,协调任务完成时间,保持各虚拟机负载的动态均衡,缩短长作业的总执行时间,提高了系统的吞吐量和整体服务能力,提升了效益。实验结果表明,本文算法能自适应地调整任务量大小,进行调度,以维持虚拟机负载均衡。

计算机工程与科学杂志计算机网络与信息安全

基于多频段传感器辅助认知无线电网络的高能效传感器调度算法1438-1443

摘要：在传感器协助认知无线电网络中,传统的高能效传感器调度问题只考虑了一个频段。多频段的传感器调度问题有许多新的研究领域。建立了一种多频段传感器调度问题的模型,提出了一种用于提高认知网络通信容量的基于遗传算法的高能效调度算法。模型考虑了传感器切换频段的能量消耗。在问题模型中,认知基站基于提高能效的目标为每个频段分配一组传感器进行协作感知。基于遗传算法的高能效调度算法通过优化传感器的调度使认知网络达到最大的通信容量,从而达到高能效的目标。仿真结果表明,本文的算法可以比贪心算法以及其他算法取得更高的网络通信容量。

一种基于模糊控制的无线传感器网络拓扑控制算法1444-1449

摘要：在无线传感器网络乃至无线网络邻域中,拓扑控制一直是研究热点之一,是无线传感器网络中一种重要的能量节省技术。当前已有很多能量高效的拓扑控制算法,它们试图寻求一个合适的节点发射功率或者一个良好的网络拓扑结构,实际应用中两者往往都需要考虑。提出一种新的拓扑控制方法——HFLTC,该方法基于模糊控制和链路质量评估模型优化进行功率控制,并引入XTC算法思想成链。仿真结果表明,这种把拓扑结构和功率控制结合考虑的方法,更节省网络的平均能耗,提高了整个网络的生命周期。

全双工无线携能通信速率最大化波束赋形研究1450-1456

摘要：针对全双工无线携能通信系统,提出了一种基于系统和速率最大化准则的波束赋形联合优化方案。该方案以系统和速率最大化为目标,在保证上行/下行链路的最大发射功率约束及最小能量收获需求的同时,实现了信息速率和频谱效率的同步改善。由于速率问题为非凸问题,首先采用半定松弛及一阶泰勒近似方法将其转换为凸优化问题,然后结合基于逐次凸近似的迭代算法分别求解最优的信息波束赋形矢量和能量波束赋形矢量。仿真结果表明,所提方案相比传统方案性能更优,实现了系统和速率的有效提高。

基于访问控制和中国剩余定理的数据库密钥管理方案的研究1457-1464

摘要：针对密文数据库中数据项加密时会出现数据项密钥量大和安全需求高的问题,通过引入中国剩余定理来管理数据项密钥,提出了一种新的基于访问控制和中国剩余定理的密钥管理方案。当用户申请用户密钥时,密文数据库可以将用户ui能够访问的大量数据项对应的密钥Ki“合成”用户密钥uki并保存;当用户ui提供用户密钥uki和密文查询请求CQR访问密文数据库时,系统会根据系统表和中国剩余定理将用户密钥uki再分解成数据项密钥Ki,用户就可以解密数据。该方案不仅实现了对用户访问权限的管理,还解决了大量数据项密钥带来的数据处理时间长、占用系统资源多等问题,提高了密文数据库中密钥管理的效率和安全性。论文最后实现了该密钥管理方案,并对比分析了该方案的安全性。

计算机工程与科学杂志图形与图像

基于光流计算的异常拥挤行为检测算法1465-1470

摘要：面向人群场景中异常拥挤行为检测,提出基于光流计算的检测方法。该方法首先采用光流微粒矢量场提取人群运动特征;然后基于社会力模型计算光流微粒之间的相互作用力;最后对相互作用力进行直方图熵值处理来实现人群行为判别。仿真实验表明,本算法可以区分人群场景中异常区域内相互作用力的大小,对异常拥挤行为进行判别和定位。

基于分层递阶商空间链的图连通性研究1471-1475

摘要：图连通性的判定对于路径规划中任意两点间路径相通性判断以及连通块的划分都具有重要意义。从节点的边连通关系着手分析图的结构层次,通过构建图的分层递阶商空间链,分析不同层次商空间链中各节点分布情况,得出新的图连通性判定方法。与以往各判定方法相比,该方法具有易实现、效率高的优点,不仅能有效地判定图是否连通,还能确定图的连通分支数以及哪些节点位于同一连通分支中。

基于目标轮廓几何特征的电容元件定位方法1476-1482

摘要：随着印刷电路板（PCB）生产工艺愈加复杂,电容元件的定位识别难度也随之增加。在实际生产中,为了节约成本、减少出错率,需要在焊接之前对电路板进行检测,同时为了固定电路板上元器件,一般会使用压板固定电路板。针对此种情况,提出一种复杂背景下被遮盖电容元件的定位方法,通过对采集到的PCB图像进行预处理、阈值分割、边缘提取和Harris角点检测等操作,进而根据电容元件目标轮廓的几何特征对元件进行定位。该方法已经在实践中得到应用,定位准确率高、速度快,能广泛应用于实际生产中。

基于UKF和优化组合策略的改进粒子滤波算法1483-1488

摘要：针对标准粒子滤波算法存在的粒子退化与贫化问题,提出了一种新的改进粒子滤波算法。该算法采用无迹卡尔曼滤波、优化组合策略和标准粒子滤波相结合的方法,运用UKF产生重要性密度函数,解决标准PF算法中以先验概率密度函数作为建议分布所引发的退化问题;运用优化组合重采样策略保证所有粒子的信息以一定概率得到继承,维持粒子集中粒子的多样性。理论分析与仿真结果均表明,改进算法能有效地解决标准粒子滤波存在的粒子退化问题并避免粒子贫化现象的出现,具有更高的状态估计精度。

基于四次B样条的曲线逼近算法1489-1494

摘要：考虑到插值算法增减节点困难,传统逼近算法精度不够等缺点,有文献提出一种基于三次B样条的曲线逼近算法。该算法通过迭代逼近,提高了计算速度与精度。在系统研究此算法的基础上,将该算法推广到四次B样条,使其具有三阶可导性,并给出该算法收敛性的理论证明。最后用该算法对常用函数进行逼近效果实验。结果表明,所提出的四次B样条的曲线逼近算法收敛速度更快,且能够满足更高精度的实际工业生产需要。

基于RANSAC的激光网格标记图像特征提取1495-1501

摘要：在三维立体视觉中,工件表面的特征提取是三维重构的前提和关键。但是,工件表面的自然特征往往表现得不够明显,使得特征的提取非常困难。因此,经常使用激光网格投影到待检测的工件表面,使工件表面具备确定的可识别特征。针对激光网格标记图像的特点,在随机抽样一致性RANSAC算法的基础上,提出了像素权重化和假设模型预检验的方法,用于激光网格标记的直线特征提取。实验结果表明,该方法不仅克服了RANSAC算法计算量大和参数敏感的缺点,在实际图像的激光网格直线特征提取过程中也具有很好的准确性和鲁棒性。

一种飞机目标及典型地物红外辐射仿真方法1502-1507

摘要：机场场景内的飞机目标及其所处的地物背景具有重要军事应用价值,为了实现对这类目标的检测、识别以及动态监测,需要一套能够在不同季节、不同气象条件、不同时段、不同探测波段等条件下机场场景内飞机/地物红外辐射仿真的软件来提供训练样本。在Visual Studio 2010环境下,利用OpenGL构建了典型机场场景下飞机及地物背景模型,结合传热学和红外辐射理论的分析,将一款用于热红外分析的RadThermIR软件内核嵌入算法中,提出一种计算飞机及其地物背景的红外辐射场模型和构建其红外图像仿真方法。以图像灰度相似度作为评价指标,该方法和真实红外图像相比,仿真精度高于80%,实验结果表明,该方法可为实现全天候机场场景下飞机目标自动检测识别提供丰富的红外特性分析数据和特性知识训练样本。