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ISSN 1000-1239 CN 11-1777/TP

当期目录

2013年 第50卷 第6期    出版日期:2013-06-15
综述
WInternet:从物网到物联网
武建佳 赵 伟
2013, 50(6):  1127-1134. 
摘要 ( 729 )   HTML ( 3)   PDF (2697KB) ( 684 )  
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近年来,物联网的发展受到了高度重视,学术界、工业界及政府对物联网的发展给予极大关注.物联网被认为是可以将数以亿计的物理对象连接起来,通过信息技术进行监测、分析和控制的网络,在延伸人类的感知控制能力方面潜力巨大.大量物联网研究工作已经开展,许多物联网示范系统也被开发,并取得了显著应用效果.但同时,物联网当前的发展也面临着一些根本性的问题:物联网有什么特殊需求必须满足?当前物联网技术处于什么阶段?物联网的发展方向在哪里?这些问题值得探讨.本文回顾了互联网发展的历程,并根据互联网发展经验,分析物联网的现状,提出物联网当前处于“物-机”相连的局部小规模物网阶段,其发展方向应是相连众多小规模“物网”的开放大网——“物联网”.基于这一思路,提出称之为WInternet的物联网设计,并介绍了其总体架构、工作模式和协议体系,同时也探讨了若干其他值得进一步研究的问题.
人机物三元计算中的通用计算账户与个人信息资产代数
徐志伟, 谢 毅, 海 沫, 李晓林, 袁子牧,
2013, 50(6):  1135-1146. 
摘要 ( 829 )   HTML ( 2)   PDF (2215KB) ( 583 )  
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计算机科学技术的发展涌现出一些基础性的不变量,推动了学科的知识积累和信息产业的资本深化,近20年的一个不变量例子是万维网(WWW)中的资源概念.未来信息技术发展的一个重要方向是融合人机物三元世界的普惠计算,当前互联网服务、云计算、大数据领域的“以资源为中心”的模式将逐渐向“以用户为中心”的模式发展.个性化的普惠计算需要另一个不变量,即用户的通用计算账户.刻画了通用计算账户的基本性质与技术组成,并从个人用户数据角度,提出了个人信息资产及其资产代数的学术抽象和原型实现.分析和实验表明,通用计算账户和资产代数系统有利于克服现有系统存在的用户数据被锁定在各个服务与设备中,难以统一管理和共享的问题.
大数据的一个重要方面:数据可用性
李建中 刘显敏
2013, 50(6):  1147-1162. 
摘要 ( 3231 )   HTML ( 30)   PDF (1438KB) ( 1873 )  
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随着信息技术的发展,特别是物理信息系统、互联网、云计算和社交网络等技术的突飞猛进,大数据普遍存在,正在成为信息社会的重要财富,同时也带来了巨大的挑战.数据可用性问题就是大数据的重要挑战之一.随着数据的爆炸性增长,劣质数据也随之而来,数据可用性受到严重影响,对信息社会形成严重威胁,引起了学术界和工业界的共同关注.近年来,学术界和工业界开始研究数据可用性问题,取得了一些的研究成果,但是针对大数据可用性问题的研究工作还很少.介绍了大数据可用性的基本概念,讨论大数据可用性的挑战,探讨大数据可用性方面的研究问题,并综述数据可用性方面的研究成果.
网络技术
面向物联网的分布式上下文敏感复杂事件处理方法
曹科宁, 王永恒, 李仁发, 王凤娟,
2013, 50(6):  1163-1176. 
摘要 ( 977 )   HTML ( 0)   PDF (3205KB) ( 612 )  
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物联网产生的数据具有大数据特征,而这些数据难以用现有数据处理技术进行有效处理.作为物联网中间件的核心技术,复杂事件处理技术具备大数据的海量、复杂性等特征和实时处理的需求.上下文敏感是复杂事件处理引擎的重要特征.提出一种高效的面向物联网的分布式上下文敏感复杂事件处理架构和方法.该方法使用模糊本体进行上下文建模,以支持事件的不确定性及模糊事件查询问题.以基于模糊本体的查询和基于相似性的分布式推理为基础,生成复杂事件查询规划,并通过查询重写,把上下文相关查询转换为上下文无关子查询.根据不同的事件模型和上下文划分数据,并通过优化和多级并行来提高性能.实验结果表明该方法能够处理模糊事件上下文,对于面向物联网的分布式上下文敏感复杂事件处理具有比一般方法更好的性能和可伸缩性.
一类基于信息熵的多标签特征选择算法
张振海 李士宁 李志刚 陈 昊
2013, 50(6):  1177-1184. 
摘要 ( 1008 )   HTML ( 12)   PDF (827KB) ( 1081 )  
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在多标签分类问题中,特征选择是提升多标签分类器性能的一种重要手段.针对目前多标签特征选择算法计算复杂度大和无法给出一个合理的特征子集的问题,提出了一种基于信息熵的多标签特征选择算法.该算法假设特征之间相互独立,使用特征与标签集合之间的信息增益来衡量特征与标签集合之间的重要程度,并据此提出一种信息增益阈值选择方法.首先计算每一个特征与标签集合之间的信息增益,然后使用信息增益阈值选择算法得到一个合理的阈值,最后根据阈值删除不相关的特征,得到一组合理的特征子集.在2个不同分类器和4个多标签数据集上的实验结果表明:特征选择算法能够有效地提升多标签分类器的分类性能.
PMDA:一种物理模型驱动的物联网软件体系结构
谢开斌, 陈海明, 崔 莉,
2013, 50(6):  1185-1197. 
摘要 ( 801 )   HTML ( 1)   PDF (2049KB) ( 584 )  
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实现众多物理应用之间的互联是建立物联网的基本方法.然而,如何设计一种有效的架构指导物理应用的水平化互联是目前物联网研究领域尚未解决的问题之一.针对该架构设计问题,提出了一种支持物理应用水平化互联的物理模型驱动的物联网软件体系结构(PMDA).PMDA由3个模型组成,分别是物理模型、感执模型和应用模型.模型之间以及模型内的组件之间通过连接器进行连接与交互,模型或组件在交互时需要满足一定的约束条件.通过体系结构描述语言Wright对PMDA中的3个模型的组成以及模型之间的交互进行了形式化描述.通过一种形式化验证工具PAT验证了用Wright描述的PMDA可以保证水平化互联起来的物理应用的有效性,即不存在死锁、发散和中止这3个影响物理应用有效互联的性质.基于PAT的验证结果,通过数学归纳法证明了根据PMDA开发的物联网应用系统在交互时不存在死锁、发散和中止的情形.
一种基于智能物体的物联网系统及应用开发方法
孔俊俊 郭 耀 陈向群 邵维忠
2013, 50(6):  1198-1209. 
摘要 ( 728 )   HTML ( 3)   PDF (3875KB) ( 691 )  
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随着普适计算和物联网技术的发展和应用,人们不断地把传感、效应、通信和计算能力嵌入到现实世界的人工物体中,使其更加智能化、自动化甚至协同地完成复杂的任务,这类能力得以增强的新型物体被称为智能物体或者智能对象.智能物体将成为物联网的基本构造单元,促进新型物联网应用的涌现.但是,基于智能物体开发物联网系统和应用面临着智能物体的动态性以及它们在固有功能、计算能力、网络接口等方面的异构性带来的挑战.为此,提出了一种智能物体交互机制和统一的编程抽象来支持基于智能物体的应用系统开发,实现了一个中间件系统来完成该交互机制和编程抽象,同时提供运行时支持.基于提出和实现的智能物体编程抽象,应用开发者可以容易地开发基于智能电视、智能空调、智能投影仪、智能电灯等设备的应用程序.应用举例和实验结果表明,利用基于智能物体的开发方法能够灵活有效地开发物联网应用.
车载自组网协作定位算法研究
彭 鑫, 李仁发, 王 东, 李哲涛,
2013, 50(6):  1210-1216. 
摘要 ( 564 )   HTML ( 0)   PDF (1830KB) ( 508 )  
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将半定规划应用于车载自组网协作定位问题中,提出一种对车间距离信息进行半定规划松弛的协作定位算法.该算法首先向邻居广播速度信息,并且测得与周围车辆的距离和角度,以此为基础推导出在较小时间段内车间距离矩阵所满足的半定松弛条件;然后通过半定规划方法得到车辆的位置分布;最后,通过梯度优化方法进一步改善定位精度.仿真分析表明,与其他车载自组网定位方法相比,该算法可有效提高定位性能,而且保证了车辆定位服务的实时性要求,在有测距误差的环境下也可表现出较好的定位精度.
合作性DTN的基于系统效益的内容分发
赵广松 陈 鸣 左青云
2013, 50(6):  1217-1226. 
摘要 ( 500 )   HTML ( 1)   PDF (3324KB) ( 395 )  
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近年来在时延容忍网络(delay tolerant network,DTN)中的数据分发成为研究热点.由于DTN节点之间不存在持续的端到端连接,节点通常采用“存储-搬运-转发”的方式进行数据递交.当两个节点相接触时,节点如何为空间有限的缓存选择存储内容是一个关键问题,这关系到整个DTN网络的分发性能.但在分布式动态的DTN环境下,每个节点难以找到全局最优的存储选择.基于这个原因,全局效益最大化问题被转变为每次接触时的效益增益最大化问题,然后将转化后的问题形式化为0-1背包问题,并设计了一种启发式贪婪算法来进行求解,使得每个节点在与其他节点发生接触时,能够依据自身维护的局部网络信息来选取转发内容,从而最大化系统分发效益的增益.此外进一步详细分析了节点维护的网络信息的范围与节点对转发内容选择之间的关系.基于Trace的仿真结果表明,与SocialCast算法相比,启发式算法可以有效地提高节点对订阅内容的接收率和降低接收时延,并且随着节点维护的网络信息范围的增大系统效益也不断增大.
基于综合性评估的无线链路质量分类预测机制
郭志强 王 沁 万亚东 李默涵
2013, 50(6):  1227-1238. 
摘要 ( 747 )   HTML ( 2)   PDF (3726KB) ( 620 )  
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在无线传感器网络的应用中,对无线链路质量进行有效地评估和预测是网络协议设计中的一个基础性问题,特别是对于提高数据的传输可靠性.从刻画无线链路质量的多维角度出发,基于模糊逻辑设计了一个综合性链路质量指标(fuzzy-logic based link quality index, FLI),体现了无线链路的可靠性、波动性和丢包突发性对于链路数据传输可靠性的影响.然后基于FLI准则,利用贝叶斯网络设计了一种对无线链路质量进行分类预测的机制.通过3个实际无线传感器网络研究平台的链路数据集进行实验分析和对比,该机制中的分类预测器的平均预测精度约为85%.相比于4C预测器,在保证平均预测精度的同时,克服了其预测精度在分类界限处的畸变下滑现象,使预测精度的分布均匀化.
面向隐私保护的两层传感网Top-k查询处理方法
戴 华, 杨 庚, 秦小麟, 刘 亮,
2013, 50(6):  1239-1252. 
摘要 ( 709 )   HTML ( 0)   PDF (2956KB) ( 547 )  
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无线传感器网络中的隐私保护技术已经成为研究热点,其中具有隐私保护能力的Top-k查询已经成为富有挑战性的研究问题.提出了一种基于前缀编码验证(PMV)机制的两层传感器网络隐私保护Top-k查询处理方法.通过引入PMV机制,并利用加密和Hash消息身份验证编码技术,使感知节点对采集到的数据进行加密和编码处理,并上传至存储节点;存储节点利用PMV机制实现在无需感知数据明文参与下的数值线性关系比较,进而计算包含查询结果的最小候选密文数据集,并发送给Sink节点;最终由Sink解密密文数据,完成Top-k查询结果计算.为了降低感知节点能耗,给出基于Hash技术的能量优化策略.理论分析和实验结果表明,该方法能够确保数据的隐私安全性,且性能表现优于现有工作.
两层无线传感器网络安全范围查询协议
窦 轶, 黄海平, 王汝传, 秦小麟,
2013, 50(6):  1253-1266. 
摘要 ( 3476 )   HTML ( 0)   PDF (2614KB) ( 499 )  
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在两层无线传感器网络查询过程中,攻击者可能破坏敏感数据的隐私性或者操纵被俘获的传感器节点,提交不完整或错误的查询结果.为此,提出了一种安全范围查询协议ZOSR,ZOSR在存储节点正确处理范围查询的同时,有效地保护数据的隐私性和查询结果的完整性.首先,将感知数据与查询范围上下界的两次比较过程,转换为感知数据与查询范围中值距离和查询范围半径值之间的一次比较过程.为了保护数据的隐私性,将待比较的数值进行Z-O编码,并与HMAC消息认证机制结合,使得ZOSR协议在共谋攻击的情况下,无法破坏网络中其他节点的隐私性.最后,为了实现查询结果的完整性验证,对于未满足查询条件的感知数据通过共享密钥构造其验证码.
物联网感知层一种分层访问控制方案
马 骏, 郭渊博, 马建峰, 熊金波, 张 涛,
2013, 50(6):  1267-1275. 
摘要 ( 1125 )   HTML ( 2)   PDF (1331KB) ( 773 )  
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在物联网感知层中,用于信息采集的感知层节点需要根据隐私、安全或定制消费等需要,按不同级别提供授权用户的数据访问,这导致传统的访问控制方案无法满足用户安全高效的按需访问需求.为此,提出了一种分层访问控制方案.将同安全级别感知节点划分为一个层次节点,由层次节点之间形成的偏序关系构成一个分层的访问控制模型.本方案的优势体现在:每个用户和分层节点仅存储单个密钥材料,通过密钥推导获得访问当前及下层所有资源的密钥值,减少存储开销的同时提高了系统的安全强度;支持层次节点的动态扩展及密钥材料的动态更新;满足标准模型下的可证明安全及其他扩展安全.分析表明,方案能很好地满足物联网感知层的访问控制需求.
满足后向隐私的可扩展RFID双向认证方案
王少辉, 刘素娟, 陈丹伟,
2013, 50(6):  1276-1284. 
摘要 ( 594 )   HTML ( 1)   PDF (1317KB) ( 523 )  
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无线射频识别(RFID)系统的匿名认证机制可以有效地保护标签的隐私性,而可扩展性和后向隐私安全性是实际应用中需要考虑的两个重要问题.对最近新提出的3个可扩展RFID双向认证协议的安全性进行了分析.分析指出,ACP方案并不能提供后向隐私安全性;G-I方案不能抵抗去同步攻击,攻击者可以通过主动攻击,使得标签和阅读器内存储的密钥数据不一致,从而破坏标签和阅读器的后继认证;而MMR方案不能抵御主动攻击,攻击者可以仿冒合法阅读器,通过不断质询标签并分析标签的回复消息,就可完全推导出标签中存储的全部秘密.在此基础上,提出了一个基于Hash函数的可扩展双向认证方案,方案从存储需求和运算量上要优于G-I方案;并且证明了方案能够满足受限后向隐私安全,并可以抵御去同步攻击.
基于概率因子图模型的医疗社会网络用户健康状态检测方法
宫继兵, 王 睿, 王晓峰, 崔 莉,
2013, 50(6):  1285-1296. 
摘要 ( 884 )   HTML ( 3)   PDF (2657KB) ( 571 )  
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社会网络应用已无处不在,在健康医疗领域也是如此.同时,传感器网络的发展也面临新的形势.在真实世界中,有许多因素(如社会关系、历史健康状态和个人属性信息)都能对健康状态检测/预测结果产生影响.然而,却很少有相关文献能够系统阐述新形势下在一个动态社会网络中节点用户健康状态如何进行检测/预测以及不同因素对用户健康状态影响到何种程度.首先描述一种新颖的医疗物联网:医疗社会网络(medical social networks, MSNs);然后统一考虑社会关系、历史健康状态和用户属性对网络用户健康状态检测结果的影响,提出一种新的基于时-空概率因子图模型(temporal-spatial factor graph model, TS-FGM)的网络用户健康状态检测/预测方法.在Twitter数据集上对所提出的模型进行了验证,并在一个真实的临床医疗数据集上与SVM基线算法进行了对比实验.实验结果表明所提出的TS-FGM模型是有效的,健康状态检测方法也在一定程度上优于基线方法.
面向脑血管物联网电子健康平台的分割及重构关键技术研究
王醒策, 武仲科, 周明全, 骆岩林, 税午阳, 刘新宇,
2013, 50(6):  1297-1312. 
摘要 ( 592 )   HTML ( 4)   PDF (12753KB) ( 343 )  
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在物联网应用中,脑血管诊疗的电子健康平台可以很好地实现脑血管健康异地保健和远程医疗的要求.设计实现了脑血管诊疗的物联网e-health平台层次结构.面对物联网平台网络的普及化应用要求,提出并实现了基于统计模型的脑血管无人工干预分割算法;面向物联网平台组件之间的快速和高可靠性数据传输特点,提出并实现了基于球B样条三维重构模型.基于双高斯模型的脑血管统计分割模型融合改进的SEM算法,无需人工设定初始轮廓、高维进化函数和进化终止条件.脑血管在脑组织中所占比例较低(<5%),成像灰度不均匀,形态复杂且个体差异性大,该方法可获得良好的分割效果.球B样条模型具有严格的数学基础、较小的数据规模、平稳的光滑连续性和良好的交互性,非常适宜在物联网平台上传输.在上述关键技术的基础上,研究实现了光线投射法的GPU CUDA的并行加速体绘制及三维虚拟环境下脑血管的交互漫游和自主漫游.系统可实现脑血管疾病的诊断、医疗方案的制定和治疗过程中的监测以及脑血管疾病的教学和培训.相关研究为物联网平台下精细组织电子健康发展作出了有益的尝试.
论文
基于多粒子群协同的动态多目标优化算法及应用
胡成玉 姚 宏 颜雪松
2013, 50(6):  1313-1323. 
摘要 ( 569 )   HTML ( 5)   PDF (2929KB) ( 875 )  
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在现实生活中大多数多目标优化问题都随时间变化,这就要求优化算法在时间约束内快速找到动态变化Pareto最优解或Pareto边界.基于此,提出一种基于多种群协同的动态多目标粒子群改进算法,旨在利用多种群竞争和协作两种模式互相配合,从而达到快速高效求解动态多目标优化问题的目的,多种群竞争模式主要任务是对解空间进行“勘探”搜索,当竞争失效后,自适应切换到协作模式对解空间进行“开采”搜索. 通过对多种群协同搜索概率分析,证明多种群相比单种群具有更高的搜索效率,通过对3类动态多目标测试函数仿真,验证了改进算法的有效性;最后将该方法应用于动态系统PID控制器的参数整定上,得到了较优的控制参数,取得满意的控制效果.
CEclipse:一个基于服务组合的在线集成开发环境
吴 凌 梁广泰 王千祥
2013, 50(6):  1324-1334. 
摘要 ( 1321 )   HTML ( 3)   PDF (2579KB) ( 508 )  
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随着云计算概念的提出,越来越多的桌面应用被迁移到云中,其中桌面集成开发环境的迁移也成为近些年讨论的热点.介绍了一个在线集成开发环境CEclipse(Cloud Eclipse).CEclipse 通过将桌面集成开发环境Eclipse的功能封装成服务,然后利用服务组合的技术有机地结合在一起,形成了在线集成开发环境的核心功能.同时利用程序静态分析和程序动态分析等技术,解决了在线集成开发环境中特有的安全问题.其次,为了发挥在线开发的优势,CEclipse提出了利用数据挖掘等技术来挖掘用户在编程过程中的各种行为,以指导用户更快更好地进行在线程序开发,从而增强其用户体验.除此之外,CEclipse具有良好的可扩展性: 1)利用单点登录等技术支持其他已有在线服务的快速整合;2)提出了一套半自动化的方法,将Eclipse插件快速迁移到CEclipse中.
基于纹理特征的测井图像分类算法的研究
王华锋, 王玉婷, 柴 华,
2013, 50(6):  1335-1348. 
摘要 ( 754 )   HTML ( 0)   PDF (2949KB) ( 611 )  
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成像测井由于其能够以图像的形式直观表示地层的岩性与结构特征,已成为测井领域的研究热点之一.如何利用图像处理、模式识别等相关理论方法对成像测井图像进行较为精确的定量评价和解释是研究的核心.首先从成像测井的研究背景及现状出发,详细比较和分析了纹理分析的各种算法.通过对灰度共生矩阵法、LBP算法、Gabor变换、小波变换、Contourlet变换等算法进行比较,给出成像测井图像分类过程中特征提取的参考建议.在此基础上,结合测井图像的模式特点,提出了一个基于纹理特征的成像测井图像分类系统模型.最后总结了该领域所面临的问题及未来的研究发展趋势.