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2018年  第35卷  第8期

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混合随机量子鲸鱼优化算法求解TSP问题
闫旭, 叶春明
2018, 35(8): 1-5, 10.
摘要(56) HTML (28) PDF (4)
摘要:
为克服基本鲸鱼优化算法(WOA)解决TSP问题时收敛精度低、容易陷入局部最优的缺陷, 本文借鉴量子计算思想提出了四种算法改进方案, 并进行了基于TSP标准测试实例的仿真实验及与文献中其他算法的对比分析.研究发现, 在解决TSP问题时混合随机量子鲸鱼优化算法(HSQWOA)收敛精度更高、全局搜索能力更强, 能够跳出局部最优, 具有更加优越的性能.
一种25 Gbps硅基MZ电光调制器驱动电极的设计
纪鹏飞, 何卫锋
2018, 35(8): 6-10.
摘要(40) HTML (15) PDF (0)
摘要:
为了满足高带宽、高密度的数据互联需求, 本文基于IMEC的硅光子SOI工艺提出了一种紧凑型行波驱动电极的马赫-曾德(MZ)调制器结构.本文详细分析了设计高速行波电极需解决的问题, 包括考虑阻抗匹配、微波损耗以及电光信号的速度匹配问题.设计实现了单通道MZ调制器电光调制3 dB带宽17 GHz, 可支持25 Gbps的传输速率.同时为了应用于多通道高密度的电光集成互联中, 优化了电极结构, 使得MZ调制器面积节省25%.
基于FPGA的MMC实时仿真异构计算平台的设计及实现
李雄飞, 贺光辉, 项胤兴
2018, 35(8): 11-15, 20.
摘要(48) HTML (17) PDF (0)
摘要:
基于采用替代电路的模块化多电平换流器(Modular-Multilevel-Converter, MMC)桥臂等效模型, 本文提出了一种基于FPGA的实时仿真异构计算平台, 用以对含有MMC的电网系统进行实时仿真计算.该系统将MMC电路与电网解耦, 实现了电网主电路与MMC桥臂等效电路的并行计算.此外, 针对MMC桥臂等效电路计算中的电压电阻多数据集合并问题, 本文提出了一种改进的分组循环累加电路, 实现了不同子模块串上的电压电阻值快速合并, 并且提出了该FPGA系统的优化策略.最后, 对含有MMC的电网系统在该异构平台上进行实时仿真计算实验, 表明了该系统计算的准确度、仿真速度等都达到了令人满意的结果.
基于布谷鸟搜索改进的聚类算法
孙伟鹏, 孟斌, 吴锡生
2018, 35(8): 16-20.
摘要(55) HTML (28) PDF (0)
摘要:
在分析K-均值算法和布谷鸟搜索(CS)算法的基础上, 本文提出了一种基于改进布谷鸟搜索算法的聚类算法.该算法将局部搜索能力强的K-均值算法和全局搜索能力强的布谷鸟搜索算法相结合.既提高了布谷鸟搜索算法的局部搜索能力, 加快了收敛速度.同时因为布谷鸟搜索算法具有较强的全局搜索能力, 有效地防止了早熟收敛现象的发生, 因此可以有效地获得全局最优解.实验表明该聚类算法有更好的收敛效果.
硅中介层中高速互连的优化设计
莫宁基, 关宁, 蒋剑飞, 王琴
2018, 35(8): 21-25.
摘要(44) HTML (18) PDF (0)
摘要:
基于硅中介层的新型集成方法可以实现高速光电互连, 其中的互连设计面临信号完整性的挑战.为适应硅中介层中高速光电互连的需求, 本文对高速差分互连线设计, 提出采用交叉的设计方法来提高传输信噪比.基于电磁场仿真工具, 对于差分互连线进行建模与仿真, 仿真结果表明本文提出的采用交叉的差分互连线具有显著的串扰抑制作用.本文还对互连线的尺寸和交叉位置提出进一步的优化设计方法, 进一步改进了互连性能.仿真结果表明, 本文中提出的设计方法, 可以用来改进硅中介层的高速互连线设计.
一种针对SM2规整点乘算法的新型SPA攻击
王立辉, 赵兵, 李清, 梁晓兵, 刘静
2018, 35(8): 26-30.
摘要(92) HTML (45) PDF (4)
摘要:
相比于RSA密码算法, SM2在同样的安全强度下需要更短的密钥长度, 因此更适合于应用到资源受限的智能卡中.为了SM2应用的安全性, 人们研究出多种具有抗侧道攻击能力的SM2点乘算法.本文提出了一种基于条件减法的新型简单功耗分析方法, 可以对常用的两种防护实现进行密钥的破解.实验结果表明, 该方法只需要一条功耗曲线, 即可在几秒钟内破解出SM2密钥.同时本文也给出了几种可以抵御该攻击的防护方法.
一种带有新型纹波抑制环路的电容耦合生物医学仪表放大器
秦政, 董阳涛, 赵梦恋, 吴晓波
2018, 35(8): 31-35.
摘要(55) HTML (23) PDF (0)
摘要:
设计了一种用于扩增生物电信号的低功耗高精度电容耦合斩波仪表放大器.通过斩波来减少失调和1/f噪声, 并且利用带有斩波型Ping-Pong结构自调零拓扑的纹波抑制环路来减小由于调制失调电压和1/f噪声而产生的纹波.利用上述结构, 斩波纹波在放大器的输出级可衰减约40 dB.采用带有较大时间常数的直流伺服环路可以有效抑制电极失调, 同时采用正反馈环路来提高输入阻抗.该仪表放大器采用SMIC 0.18 μm CMOS工艺进行设计.针对EEG或ECG等信号的特点, 将放大器-3 dB带宽设置为1 kHz.仿真结果表明, 它的等效输入噪声功率谱密度为32 nV/, 噪声效率因数为2.1, 共模抑制比为105 dB, 并且在1 V电压供电下, 供电电流达到2.8 μA.
基于Fat-tree的高性能互联网络性能优化与分析
张毅, 何卫锋
2018, 35(8): 36-41.
摘要(34) HTML (31) PDF (1)
摘要:
高性能互联网络对于高性能计算机的性能具有重要的影响, 而高性能网络中各个模块的设计都会影响到网络的最终性能, 因而前期的网络仿真显得尤为重要.HPCSim是基于OMNeT++平台自主开发的高性能网络仿真器, 包括了网络拓扑和仿真参数自动生成工具PySim以及仿真结果分析和可视化工具PyVisual.仿真器中对全缓存高阶路由器结构进行了改进, 提出了一种5级流水线的高阶路由器, 能够减少路由信息缓存开销同时将网络吞吐率从基准路由器下的0.75提升至0.95.此外, 还对硅光互联链路进行了逻辑抽象, 并在Fat-tree拓扑上对链路性能和网络吞吐率的关系进行了分析.
体硅nFinFET总剂量效应三维TCAD仿真研究
黄云波, 李博, 杨玲, 郑中山, 李彬鸿, 罗家俊
2018, 35(8): 42-47.
摘要(83) HTML (47) PDF (5)
摘要:
本文利用Sentaurus TCAD仿真软件对体硅鳍形场效应晶体管(FinFET)的总剂量效应(TID)进行了详细的数值模拟研究.基于良好校准后的器件模型, 仿真结果表明:高沟道阻挡层掺杂浓度, 大鳍宽, 锥形鳍截面形状的FinFET器件对总剂量效应有良好的抑制作用.进一步的Gamma总剂量辐射仿真展示了辐照过程中浅槽隔离(STI)氧化层中陷阱空穴的形成.最后, 利用Sentaurus TCAD软件混合仿真模式对电路级别的总剂量响应进行了模拟分析, 结果表明电路的性能和可靠性在总剂量辐照之后均受到了极大的影响.
一种DAG云任务多目标调度算法
郑宇超, 夏学文, 艾冬梅
2018, 35(8): 48-54.
摘要(69) HTML (15) PDF (2)
摘要:
提出了一种基于模糊占优排序的DAG任务调度离散粒子群算法FDS-PSO.首先, 构建了预算与截止期限双QoS约束的多目标调度优化模型, 模型构建了任务执行时间、执行代价及调度可靠性的多目标优化指标; 然后, 设计了一种离散PSO算法求解多冲突目标的均衡最优化问题, 算法通过模糊占优排序的形式量化多目标解的相对适应度, 进而得到满足帕累托最优的调度均衡解集合; 最后, 通过随机工作流结构实验仿真, 与同类智能群体多目标调度算法进行性能比较.仿真结果证明, FDS-PSO算法不仅求解调度解的收敛速度更快, 且解空间分布更均匀, 能以更高的效率实现多目标的均衡优化.
基于加权分簇的移动无线传感器网络拓扑维护算法
姚玉坤, 李小勇, 徐栋梁, 刘江兵
2018, 35(8): 55-59, 63.
摘要(41) HTML (10) PDF (0)
摘要:
针对移动无线传感器网络(mobile wireless sensor networks, MWSN), 本文提出了一种基于加权分簇的拓扑维护算法(Weighted clustering based topology maintenance algorithm, WCTMA), 该算法首先基于节点的移动性和剩余能量计算节点的权重值并对网络进行分簇; 然后利用节点间控制消息的发送和接收来判断网络拓扑是否发生变化; 最后根据引起网络拓扑发生变化的不同因素, 具体设计了簇内和簇间的拓扑维护策略.仿真结果表明, WCTMA算法与FDRC算法在节点的平均剩余能量、网络的连通度、网络的生命周期等性能方面具有显著改善.
云环境下NB算法的垃圾邮件过滤研究
刘月峰, 张亚斌, 苑江浩
2018, 35(8): 60-63.
摘要(45) HTML (16) PDF (0)
摘要:
朴素贝叶斯算法在解决垃圾邮件分类领域内具有较高的准确性, 能够很好的将邮件区分开来, 但是在分类前期的训练阶段却会大量耗用系统和网络资源, 严重影响分类效率.为此引入spark平台.以并行的思想去解决邮件分类问题, 利用spark计算平台RDD的血缘关系合理的安排NB邮件分类的各个过程.实验结果表明, 与其他传统的分类方法对比而言, 朴素贝叶斯在精确率, 召回率等方面具有很好的效果, 并且与传统单机下的邮件分类, 本次实验因引入分布式的思想, 利用spark集群的优势大大加快了分类的速率.
二进制BCH编译码的DSP实现
阎渊海, 施洪生, 亢凯, 胡泽民
2018, 35(8): 64-67.
摘要(40) HTML (15) PDF (0)
摘要:
针对DSP硬件之间的无线通信, 提出了一种基于DSP的二进制BCH(15, 7)编译码器.设计采用TI公司的32位浮点高性能DSP处理器, 通过CCS软件平台, 分别编写了相应的编码、译码及纠错程序.文中介绍了二进制BCH(15, 7)码及其纠错码的算法, 并且给出了相应的C语言程序.通过DSP与PC之间的串口通信, 验证了BCH编译码和纠错功能.当DSP接收数据出现小于等于两位随机错误时, 可以发现错误并给与纠正.同FPGA相比, 在保证数据传输的准确性的同时, 降低了硬件成本, 简化了算法实现难度.
一种基于FPGA的卷积神经网络加速器设计与实现
仇越, 马文涛, 柴志雷
2018, 35(8): 68-72, 77.
摘要(131) HTML (63) PDF (6)
摘要:
针对卷积神经网络模型ZynqNet现有FPGA实现版本中卷积运算单元并行度低, 存储结构过度依赖片外存储等问题, 提出一种针对ZynqNet的FPGA优化设计.设计了双缓冲结构将中间运算结果放到片内以减少片外存储访问; 将数据位宽从32位降为16位; 设计了具有64个卷积运算单元的并行结构.实验结果表明, 在ImageNet测试准确度相同的情况下, 本文所提出的设计工作频率可达200 MHz, 运算速率峰值达到1.85 GMAC/s, 是原ZynqNet实现的10倍, 相比i5-5200U CPU可实现20倍加速.同时, 其计算能效达到了NVIDIA GTX 970GPU的5.4倍.
基于多控制器的SDN故障检测算法研究
樊自甫, 杨先辉, 姚杰
2018, 35(8): 73-77.
摘要(77) HTML (33) PDF (0)
摘要:
针对SDN控制器故障检测算法中通常采用固定超时时间间隔的检测方式, 本文提出一种基于灰色预测的故障检测算法.该算法对网络的动态变化采用自适应的方式预测下一次消息的到达时间并设定门限值.仿真结果表明, 本文所提算法能够快速的实现故障定位, 并且保证了检测点的可靠性.
一种应用于高分辨率遥感图像目标检测的尺度自适应卷积神经网络
吴佳祥, 刘辉, 贺光辉
2018, 35(8): 78-81, 86.
摘要(41) HTML (22) PDF (0)
摘要:
为了解决高分辨率遥感图像中的目标检测问题并提高检测准确率, 本文提出了一种基于卷积神经网络的检测方法.该方法采用Faster R-CNN作为遥感图像目标检测的基础框架, 在此基础之上, 针对遥感图像中不同尺度物体的准确率差异较大这一问题, 提出了一种尺度自适应卷积设计网络.经过在遥感图像数据集上的测试, 该方法与已有的方法相比, 大大提高了高分辨率遥感图像中目标检测的准确率.
一种适用于MIMO系统MMSE检测的LDLT分解硬件实现
梁子豪, 刘辉, 贺光辉
2018, 35(8): 82-86.
摘要(52) HTML (16) PDF (0)
摘要:
提出了一种适用于MIMO系统MMSE检测的LDLT分解算法的硬件实现.通过三角阵形式的脉动阵列完成对待求逆矩阵的LDLT分解操作, 合理利用待求逆矩阵的共轭对称性, 输入与输出的矩阵均仅需为下三角矩阵.同时, 针对LDLT分解算法中的除法, 采用求倒结构来避免使用除法器.同时合理安排时序, 使脉动阵列结构中求倒结构能够分时复用, 并采用查找表压缩技术, 明显减小了求倒结构的硬件开销.仿真结果和实现报告表明该硬件实现方法在保证吞吐率和误码率性能的前提下, 以较低的硬件资源消耗完成了MMSE检测算法中的矩阵分解.
云环境下的用户-角色分配优化算法
王静宇, 陈丽
2018, 35(8): 87-92.
摘要(101) HTML (44) PDF (2)
摘要:
针对云环境下基于角色访问控制模型中用户角色指派不精确及效率低的问题, 设计了基于属性和信任的角色访问控制模型, 提出基于此模型的用户-角色分配优化算法, 该算法融合了最小角色集合查找与基于属性的角色筛选, 通过删除混杂角色层次结构中的角色激活和角色继承关系, 得到最小角色集合, 通过用户属性、环境属性、信任值筛选得到最佳角色集合, 并精确匹配给用户.仿真实验表明, 此算法能有效减少系统中的角色数, 缩短用户角色的指派时间, 提高用户-角色匹配的精确度.
一种改进的自适应步长的萤火虫算法
李顺, 郭星
2018, 35(8): 93-96, 100.
摘要(40) HTML (7) PDF (0)
摘要:
提出一种预防萤火虫失活的自适应步长的萤火虫算法(PA-GSO).第一, 步长采用非线性递减方式, 初期步长较大移动速度快, 后期步长逐渐减少至固定的较小值, 实现了算法精度和速度的平衡.第二, 为了应对萤火虫的邻居集合为空集时可能丧失移动能力的现象, 采用了预防萤火虫失活机制优化萤火虫运动.通过实验对比GSO, A-GSO和CSGSO算法, 各方面指标验证了PA-GSO算法在寻优精度、收敛速度和稳定性等方面的提升.
3.3~3.9 GHz宽带Doherty功率放大器的设计
王浩全, 李志强
2018, 35(8): 97-100.
摘要(89) HTML (32) PDF (3)
摘要:
本文实现了一款GaN宽带Doherty功率放大器.基于CCGH40025管芯, 在ADS(Advanced Design system)中进行微带线建模与模型的电磁场仿真.利用双阻抗匹配的原理, 使用ADS中随机优化以及梯度优化的方法, 进行微带线的优化仿真, 设计一款工作在3.3~3.9 GHz的Doherty宽带功率放大器.仿真实现最大输出功率48 dBm, 效率65%以上, 功率回退6 dB, 输出功率42 dBm, 效率47%以上.这种设计方法可应用于宽带射频通信系统中.
遗传增强蚁群优化算法
梁豪默, 王智学, 刘艺
2018, 35(8): 101-104, 108.
摘要(39) HTML (22) PDF (0)
摘要:
针对蚁群优化算法易陷入局部最优的问题, 提出遗传增强蚁群优化算法.在算法迭代过程中, 维护历史最优解, 将历史最优解与当前部分较好解作为遗传算法的初始化染色体, 采用遗传算法在更广阔的空间中搜索较好解.将蚂蚁搜索解与遗传算法搜索解合并选择当前最优解, 防止蚁群优化陷入局部最优.以二分类问题中的特征选择为例, 与粒子群优化算法与差分进化算法进行对比, 在3个标准测试数据上进行试验, 结果表明算法的有效性及其优越性.
基于关联规则挖掘的社区网络数据爬虫算法
穆俊
2018, 35(8): 105-108.
摘要(51) HTML (15) PDF (3)
摘要:
为了提高社区网络的联合推荐性能, 需要进行网络数据爬虫设计, 提出一种基于关联规则挖掘的社区网络数据爬虫算法.构建社区网络的信息传递模型, 挖掘社区网络用户行为信息特征量, 根据数据的属性特征进行关联规则合并, 采用模糊指向性聚类方法进行社区网络的用户行为属性特征聚类处理, 对聚类输出的特征量采用自相关特模板匹配方法实现信息融合, 实现社交网络数据的关联规则挖掘, 结合数据聚类分布属性进行网络信息爬虫, 实现社区属性混合推荐.仿真结果表明, 采用该算法进行社区网络数据爬虫处理的准确度较高, 个性化匹配程度较好, 对社区网络联合推荐结果的置信度水平较高, 提高了社区发现能力.
一种低功耗高电源抑制比亚阈值基准电压源
杨艺丹, 赵梦恋, 刘胜, 董阳涛, 吴晓波
2018, 35(8): 109-112, 116.
摘要(75) HTML (44) PDF (3)
摘要:
本文针对传统带隙基准功耗高、电源抑制比低的问题, 提出了一种适用于能量采集、无线传感网络等的低功耗、高电源抑制比和宽电源电压范围的亚阈值基准电压源.该基准源通过采用非对称共栅极自级联电流镜结构结合负反馈提高了电压源的电源抑制比和线性调整率.电路采用Global Foundry 0.18 μm BCD工艺设计, 仿真结果表明:基准电压源的电源电压范围为2.7~5.5 V, 输出电压为1.2 V, 功耗最低可达446.2 nW; 在3.3 V电源电压下、-40~125℃的温度范围内, 温度系数为30.3 ppm; 室温下线性调整率低至0.013%/V; 在100 Hz处电源抑制比为-75 dB.
模糊视频图像的小波阈值去噪算法研究
鲍金
2018, 35(8): 113-116.
摘要(64) HTML (20) PDF (0)
摘要:
由于传统的模糊视频图像的小波阈值去噪算法, 无法大幅度提高分辨率图像.提出模糊视频图像小波阈值去噪算法优化.对模糊视频图像进行融合处理, 该融合过程首先利用重心化的空间相似变换模型组建多光谱影像粗配准模型, 检测高分辨率影像的边缘点和非边缘点.组建模糊视频图像去噪模型, 提取影像重要边缘信息和纹理信息, 得到影像的独立分量特征, 完成模糊视频图像的小波阈值去噪算法的优化.实验结果表明, 所提算法对模糊视频图像去噪效果较好, 可以完成任意角度视频影像与点云的高精度去噪.
基于自适应t分布变异的缎蓝园丁鸟优化算法
韩斐斐, 刘升
2018, 35(8): 117-121.
摘要(92) HTML (35) PDF (2)
摘要:
缎蓝园丁鸟优化算法是一种新型的元启发式优化算法, 针对其收敛速度慢、寻优精度低的不足, 提出了一种基于自适应t分布变异的缎蓝园丁鸟优化(tSBO)算法.在tSBO算法中引入了自适应t分布变异算子, 使用算法的迭代次数作为t分布的自由度参数来增强种群的多样性, 避免算法陷入局部最优.通过6个标准测试函数对改进算法与FPA, BA和基本SBO算法进行测试比较, 仿真结果表明, 改进算法是可行有效的, 相比于基本SBO算法, 其收敛精度和鲁棒性有了很大程度的提高.
基于粒子群优化的云工作流任务调度
薛凡, 吴志健
2018, 35(8): 122-127, 131.
摘要(75) HTML (31) PDF (1)
摘要:
为了解决云环境中科学工作流调度的代价优化问题, 提出一种基于改进粒子群优化模型的科学工作流调度算法CWS_PSO.该算法将科学工作流调度问题形式化为截止时间约束下的调度代价最优化问题, 利用粒子群模型建立了粒子位置与任务调度方案的编码与转换模型, 并通过粒子的迭代进化寻找满足截止时间约束的代价最小化调度方案.通过科学工作流模型的仿真实验, 与同类型调度算法进行了性能比较.实验结果表明, CWS_PSO算法不仅可以有效均衡工作流的执行跨度与执行代价, 而且能以更高的截止时间约束满意度实现工作流执行代价的最小化.
基于TMS320C6748的暗场图像实时处理系统
刘国华, 鲁楷滨, 杜谦, 肖靖楠
2018, 35(8): 128-131.
摘要(34) HTML (23) PDF (0)
摘要:
以浮点型DSP(TMS320C6748)处理器为核心, 设计了一种暗场图像实时处理系统, 探讨了系统的原理和设计方法, 给出了系统的实现方案, 并进行了金纳米球暗场图像的采集与分析实验.系统通过步进电机控制暗场系统分光光栅转动, 匹配暗场图像的连续采集; 同时, 通过CMOS摄像头完成图像采集, 并由DSP进行图像处理, 得到待测样品散射光谱图.实验表明, 金纳米球散射的实测与理论光谱特性基本吻合, 检测精度达到了预期要求.该图像处理系统实现了对暗场图像的实时处理, 在肿瘤早期诊疗、重金属检测、生化实时检测等领域具有重要的应用价值.
基于FPGA的卷积神经网络设计与实现
蒋林, 王喜娟, 刘镇弢, 谢晓燕, 衡茜
2018, 35(8): 132-136.
摘要(70) HTML (26) PDF (3)
摘要:
卷积神经网络(Convolutional Neural Network, CNN)在各种计算机视觉应用中取得了巨大成功.本文研究了卷积神经网络的并行结构, 基于网络计算的多种并行特征, 提出了CNN前向传播过程在FPGA并行计算的架构.实验结果表明, 在110MHz的工作频率下, 该结构可使FPGA的峰值运算速度达到0.48GOP/s, 相较ARM Mali-T628 GPU平台实现23.5倍的加速比.
基于嵌入式的多通道联合通信控制器设计
徐银霞
2018, 35(8): 137-140.
摘要(47) HTML (13) PDF (0)
摘要:
提出一种基于嵌入式技术的多通道联合通信控制器设计方法.采用频域与时域联合均衡调制方法进行多通道联合通信的畸变波形校正, 实现多通道联合通信控制律优化设计.在DSP集成信息处理环境中进行控制器的硬件模块化设计和集成开发.测试结果表明, 采用该方法进行多通道联合通信控制的输出均衡性较好, 通信输出的抗干扰能力较强, 降低输出误码率, 提高通信控制性能.