计算机工程与科学杂志

计算机工程与科学杂志2016年第7期

• SSDKV：一种SSD友好的键值对存储系统

  梅飞，曹强

  当前大量键值对（Key-Value）存储系统使用固态硬盘（SSD）改善系统的I/O响应速度。但是现有的键值对存储系统应用程序使用标准文件系统处理数据在固态硬盘上的存储，这对应用程序而言底层固态盘的物理特性被屏蔽，同时固态盘也无法针对应用程序的特定I/O模式进行优化，使得基于固态盘的键值对系统性能没有得到充分发挥。针对此问题，设计了同时考虑键值对应用程序存取行为和SSD存储器访问特性的存储管理模块，并与LevelDB结合实现了一种轻量级的、将上层应用与底层存储集成一体的键值对系统—SSDKV。它提供键值对接口给外部程序，结合键值对数据的特点构造适应SSD的数据布局。SSDKV简化了传统文件系统对键值对数据的额外处理，并根据键值对数据的类型及其存取模式对SSD存储空间进行有效管理，使得基于SSD设备的键值对系统性能进一步提高。通过基准程序测试，与运行于传统文件系统上的LevelDB相比，SSDKV使得写性能提高达4倍，读性能提高达1.5倍。

• 一种基于可重用激励发生机制的SoC验证平台

  苏艺端，虞致国，顾晓峰

  在系统芯片的设计中，传统的激励发生机制耗费人工多且难以重用，严重影响了仿真验证的效率。针对此问题，构建了一种基于可重用激励发生机制的虚拟SoC验证平台。该平台利用可重用的激励发生模块调用端口激励文件，仿真时将端口激励文件转换成对应于验证电路端口的时序信号。通过对通用同步/异步串行接收/发送器、中断及定时器等功能模块的验证，证明了激励发生机制具有较强的可观察性、可控制性及可重用性。验证结果分析表明，在验证不同的功能点时仅需修改固件及端口激励文件，使验证平台在重用时减少代码修改量，提高了灵活性和验证效率，缩短了系统芯片的验证时间。

• 基于多哈希算法的大规模图像快速检索方法

  唐小蔓1，王云飞1，邹复好1，周可2

  哈希技术被视为最有潜力的相似性搜索方法，其可以用于大规模多媒体数据搜索场合。为了解决在大规模图像情况下，数据检索效率低下的问题，提出了一种基于分段哈希码的倒排索引树结构，该索引结构将哈希码进行分段处理，对每段哈希码维护一个倒排索引树结构，并结合高效的布隆过滤器构建哈希索引结构。为了进一步提高检索准确性，设计了一种准确的排序融合算法，对多个哈希算法的排序结果分别构建加权无向图，采用PageRank的思想对基于多个哈希算法的排序列表的融合技术进行了详细的说明。实验结果表明，基于分段哈希码的倒排索引树结构能极大地提升数据的检索速度。此外，相比于传统的单个哈希算法排序技术，基于多个哈希算法的排序列表融合技术的检索准确率优势显著。

• 基于HBase的领域本体存储方法及其应用研究

  王红，孙康

  在分析民航突发事件应急管理领域本体及其存储特点的基础上，提出了一种基于HBase的领域本体存储方法,采用将领域本体元数据与RDF实例数据分开存储的方式，给出了描述领域本体类及属性信息的元数据和RDF实例数据的存储模型，及其基于MapReduce的领域本体RDF数据并行加载过程。结合应用实现了领域本体基于HBase API的基本图模式查询，并在Hadoop环境下进行了实验与效果分析，为民航应急管理领域本体的海量数据存储提供了理论与方法支撑。

• 面向高维微阵列数据的集成特征选择算法

  孙刚1,2，张靖1,3

  特征选择算法是微阵列数据分析的重要工具，特征选择算法的分类性能和稳定性对微阵列数据分析至关重要。为了提高特征选择算法的分类性能和稳定性，提出一种面向高维微阵列数据的集成特征选择算法来弥补单个基因子集信息量的不足，提高基因特征选择算法的分类性能和稳定性。该算法首先采用信噪比方法选择若干区分基因；然后对每个区分基因利用条件信息相关系数评估候选基因与区分基因的相关性，生成多个相关基因子集，最后，通过集成学习技术整合多个相似基因子集。实验结果表明，本文提出的集成特征选择算法的分类性能以及稳定性在多数情况下均优于只选择单个基因子集的方法。

• 基于局部关键节点的大数据聚类算法

  曹阳，钱晓东

  为了能在大数据集中合理地寻找到网络结构，提出了一种适用于大数据集的通过局部核心节点进行社区发现的算法。对于初始节点不确定和适应度函数计算所带来的时间消耗，引入局部关键节点和对适应度公式进行改进来减少时间消耗。并在小规模数据网络和较大规模数据网络中与经典算法进行实验，由实验结果得出，在小规模的数据集中，本算法与经典算法效率相差不大，在测试数据集的规模不断变大的情况下，本算法执行效率明显提高。测试结果表明，本算法是可行和有效的，适用于大规模数据的网络结构发现。

• 基于多核NPU的TCP数据接收卸载

  李杰,陈曙晖

  目前以太网的发展速度远高于存储器和CPU的发展速度，存储器访问和CPU处理网络协议已经成为TCP的性能瓶颈。网络带宽的不断增大对CPU造成了沉重的负担，大约需要1 GHz的CPU处理资源对1 Gbps的网络流量进行协议处理。为此，使用多核NPU作为NIC，实现TCP接收数据路径中的校验和计算、报文乱序重组功能，并将合并之后的大报文经Linux网卡驱动程序交由协议栈处理，从而减少协议栈处理报文和网卡产生中断的数量，提升端系统的TCP性能。在10 Gbps以太网络中，实验取得4.9 Gbps的TCP接收数据吞吐量。

• 抗合谋攻击的服务器辅助验证签名方案

  杨小东，高国娟，李亚楠，鲁小勇，王彩芬

  服务器辅助验证签名能有效降低签名验证的计算量，非常适用于计算能力较弱的低端计算设备，但大多数标准模型下的服务器辅助验证签名方案不能抵抗服务器和签名者的合谋攻击。为了改进服务器辅助验证签名方案的安全性能，提出了一个新的服务器辅助验证签名方案，并在标准模型下证明了新方案在合谋攻击和选择消息攻击下是安全的。分析结果表明，新方案有效减少了双线性对的计算量，大大降低了签名验证算法的计算复杂度，在效率上优于已有的同类签名方案。

• 一种基于深度学习的多尺度深度网络的场景标注算法

  马成虎，董洪伟

  针对场景标注中如何产生良好的内部视觉信息表达和有效利用上下文语义信息两个至关重要的问题，提出一种基于深度学习的多尺度深度网络监督模型。与传统多尺度方法不同，模型主要由两个深度卷积网络组成：首先网络考虑全局信息，提取大尺度图像低层特征；其次网络利用图像局部信息，结合低层特征获取一组稠密的、完备的图像特征，有效地捕获图像像素的纹理特征、颜色特征和上下文信息。对比许多经典方法，该算法不依赖图像分割技术和人工制作特征，在Stanford Background Dataset取得了很好的效果。

• TBMC：一种基于多探测器协同的DTNs目标追踪策略

  邓伊琴，赵明，唐枫枭，陈志刚

  延迟容忍网络中的目标追踪问题一直被广泛关注，目前的相关策略主要围绕单探测器追踪单个目标问题。有些搜索策略利用节点相遇的可能性，有些利用节点的地理位置信息，有些采用更加新颖的方法，比如利用目标节点留下的移动方位信息和时间。这些策略都直接或者间接地利用了目标节点的信息进行目标搜索，但是普遍不高的成功率使得这些搜索策略应用范围受到一定限制。设计了一套基于多探测器协同的分布式目标追踪策略，通过远距离协同探测机制DTRs与直接协同机制TRs进行多探测器协同追踪，有效避免探测冲突与冗余步骤，提高追踪效率。理论分析与实验表明，该策略相比传统策略能有效减少追踪步数，提高目标追踪成功率。

• 基于博弈论的能量均衡路由算法

  蔡钊1，马林华1，黄绍城1，张嵩1，田雨2

  针对传感器网络能量不均衡且网络性能易受自私节点影响的问题，利用博弈论的思想，构建了均衡能耗的博弈模型(EBGM)。该算法从激励节点合作行为出发，引入能量关注因子，摒除传统博弈算法以剩余能量作为调整转发意愿的唯一标准，转而根据节点现有能量比例与邻居能量比例的差异程度进行调节。对EBGM模型进行理论分析，证明了纳什均衡点的存在性，且其能够趋于帕累托最优。仿真结果表明，EBGM模型能够促进节点合作行为、均衡能量开销、延长网络的整体生存周期。

• 基于混沌加密的可同步更新RFID双向认证协议

  胡应梦,张小红

  针对日益突出的RFID系统安全隐私问题，提出了一个基于混沌序列的RFID双向认证协议。利用混沌对初始值的敏感性生成混沌序列，对密钥进行加密。该协议引入标签密钥动态更新机制，并设计了自同步解决方案，实现了对标签的二次认证。采用BAN逻辑对其安全性进行证明，并与已有的协议进行安全性分析和性能比较。其分析结果表明，该协议降低了标签成本，减少了标签和后端数据库的计算量，提高了后端数据库的检索效率。不仅有效地解决了RFID系统的隐私保护及安全问题，同时也提高了RFID协议认证的执行效率，更适合低成本的RF1D系统。