ITNS主題專欄:基礎(chǔ)軟硬件生態(tài)
Research on the basic software and hardware ecology for development of information industry
謝勁松，符興斌，趙文輝
doi: 10.19358/j.issn.2096-5133.2020.09.001
生態(tài)學(xué)的理論與方法為國產(chǎn)基礎(chǔ)軟硬件技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展研究提供了新視角、新思路和新方法。對基礎(chǔ)軟硬件生態(tài)及相關(guān)的幾個概念的內(nèi)涵、語義關(guān)系及應(yīng)用等進行了深入研究。在此基礎(chǔ)上，對當(dāng)前我國信息技術(shù)基礎(chǔ)軟硬件生態(tài)的現(xiàn)狀進行了總結(jié)和評估，指出了存在的若干問題。同時，針對如何建設(shè)好面向信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)軟硬件生態(tài)提出了若干建設(shè)性的意見建議。
Design of multi-channel data acquisition system based on FPGA
簡志景1，2，梁 昊1，2
doi: 10.19358/j.issn.2096-5133.2020.09.002
設(shè)計并實現(xiàn)了一種基于FPGA的四通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。系統(tǒng)由65 MS/s的模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD9219實現(xiàn)對信號的高速采樣。為滿足采集數(shù)據(jù)實時存儲的要求，設(shè)計了高速、大容量的DDR2硬件電路和接口邏輯。采集數(shù)據(jù)可通過USB接口上傳至上位機，上位機負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的保存、處理和顯示，同時控制數(shù)模轉(zhuǎn)換器以直接數(shù)字合成的方式輸出波形。測試結(jié)果表明，系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，可靈活控制。該系統(tǒng)為高性能數(shù)據(jù)采集提供了一套包括軟硬件的整體解決方案，可以滿足低溫等離子診斷的要求。
Research on the decision-making software of integrated test and launch command under the localization platform
杜 兵，楊仁寶，李林峰，邵武長，周 淦
doi: 10.19358/j.issn.2096-5133.2020.09.003
針對在關(guān)鍵領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)國產(chǎn)化的需求，解決航天發(fā)射指揮過程中各系統(tǒng)數(shù)據(jù)互相獨立、智能化程度低、決策難等問題，在采用基于國產(chǎn)化的基礎(chǔ)軟硬件平臺環(huán)境下，設(shè)計并實現(xiàn)了多系統(tǒng)集成的一體化測發(fā)指揮決策軟件，提出了基于插件的一體化軟件體系架構(gòu)，并對數(shù)據(jù)訂閱分發(fā)機制、顯示頁面快速定制、軟件性能優(yōu)化等關(guān)鍵問題進行了研究，對在國產(chǎn)化平臺下應(yīng)用軟件開發(fā)有一定借鑒價值。
Mesh parameterization based on GPU parallel optimization
吳 璇，張舉勇
doi: 10.19358/j.issn.2096-5133.2020.09.004
網(wǎng)格參數(shù)化是計算機圖形學(xué)、數(shù)字幾何處理領(lǐng)域的研究熱點，在動畫、醫(yī)療、工業(yè)設(shè)計等領(lǐng)域中都發(fā)揮著重要作用。現(xiàn)有參數(shù)化方法主要思路是構(gòu)造一個高度非線性的全局優(yōu)化問題，因此計算效率低，難以并行。提出了一種可并行、可擴展的參數(shù)化算法。該算法通過引入輔助變量。然后使用交替方向乘子算法(Alternating Direction Method of Multipliers，ADMM)，迭代優(yōu)化每個面和每條邊上的子問題得到參數(shù)化映射。為了驗證算法模型的高效性，使用GPU加速，相比于現(xiàn)存單線程算法，本文算法因為高度并行化運行時間縮短了至少百倍以上。
Research on private cloud platform supporting crowd-innovation
雷 陽1，周 軍1，陸 平2，韓 鵬2
doi: 10.19358/j.issn.2096-5133.2020.09.005
“支撐平臺+應(yīng)用/服務(wù)”是信息系統(tǒng)的典型架構(gòu)，在不同因素的驅(qū)動下，支撐平臺和應(yīng)用/服務(wù)都處在不斷發(fā)展變化中，從而表現(xiàn)為信息系統(tǒng)的整體更新?lián)Q代。當(dāng)前，隨著業(yè)務(wù)需求和技術(shù)的不斷發(fā)展，“云+端”成為這一架構(gòu)的具體模式，并且表現(xiàn)出眾籌眾創(chuàng)的新型開發(fā)形態(tài)。該平臺是一個基于國產(chǎn)基礎(chǔ)軟硬件生態(tài)、面向日常辦公和業(yè)務(wù)處理的私有云平臺，也是一個支持業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)持續(xù)眾創(chuàng)發(fā)展的應(yīng)用生態(tài)服務(wù)環(huán)境。基于該應(yīng)用支撐平臺提出了一個支持眾創(chuàng)開發(fā)的私有云平臺通用模型，并對該平臺的架構(gòu)、組成、主要特點及應(yīng)用等進行深入研究。本文的成果能夠為面向眾創(chuàng)眾籌和持續(xù)集成的辦公及業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)研發(fā)提供解決方案，同時為基礎(chǔ)軟硬件生態(tài)、私有云、微服務(wù)、容器等新技術(shù)在黨政機關(guān)辦公及業(yè)務(wù)領(lǐng)域的應(yīng)用提供參考和借鑒。
Research and implementation of a multi-architecture application software development and operation method
魯 振，胡堅升，李名揚
doi: 10.19358/j.issn.2096-5133.2020.09.006
對國產(chǎn)基礎(chǔ)軟件運行環(huán)境及運行依賴庫進行了研究，提出了一種多架構(gòu)應(yīng)用軟件開發(fā)及運行方法，并在FT1500A、X86(CPU)與麒麟(OS)相組合的兩類架構(gòu)環(huán)境上實現(xiàn)了該方法。運行結(jié)果表明，該方法能夠提供良好的多架構(gòu)應(yīng)用軟件開發(fā)及運行服務(wù)，為國產(chǎn)基礎(chǔ)軟硬件生態(tài)的軟硬件適配、整體解決方案提供技術(shù)支撐。
網(wǎng)絡(luò)與信息安全
Research on histogram shift safe reversible image watermarking algorithm
趙文鵬，李子臣，游福成，李禎禎
doi: 10.19358/j.issn.2096-5133.2020.09.007
針對一些在數(shù)字版權(quán)保護和多媒體信息安全領(lǐng)域中，需要對嵌入的水印信息進行加密來確保水印信息的機密性，提出直方圖移位安全可逆的圖像水印算法。對載體圖像的最大像素值和最小像素值分別進行減一加一的操作，并且對該像素值進行標(biāo)記，圖像預(yù)處理的方法，解決了嵌入水印信息時像素值修改產(chǎn)生的溢出問題。利用祖沖之序列密碼算法(ZUC算法)對水印信息進行加密。在水印嵌入階段，計算每個半平面像素的四鄰域、八鄰域的預(yù)測差值，來構(gòu)建二維直方圖，嵌入加密的水印。實驗結(jié)果表明，算法能夠無損地恢復(fù)原始載體圖像，加密水印信息能夠正確解密，含加密水印圖像的峰值信噪比均達到50 dB以上；該方案具有良好的加解密效果，水印圖像具有很好的質(zhì)量和水印隱蔽性，算法具有可逆性，并且解決了像素溢出的問題。
Discussing the training of practical cyberspace security talents from the perspective of talent training system
劉艷東，李 晨
doi: 10.19358/j.issn.2096-5133.2020.09.008
近年來，我國高度重視網(wǎng)絡(luò)空間安全人才的培養(yǎng)與體系建設(shè)。網(wǎng)絡(luò)安全的競爭歸根結(jié)底是人才的競爭，網(wǎng)絡(luò)空間安全人才體系與機制的建立，對網(wǎng)絡(luò)安全人才培養(yǎng)至關(guān)重要。從美國、歐盟、日本等政府對網(wǎng)絡(luò)安全人才培養(yǎng)體系進行介紹，并對我國當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)安全人才培養(yǎng)體系現(xiàn)狀進行深度分析，同時給出網(wǎng)絡(luò)安全人才培養(yǎng)的思路和方法。圍繞“培養(yǎng)實踐型的網(wǎng)絡(luò)安全人才”的核心思想，在高校建立網(wǎng)絡(luò)空間安全靶場，以系統(tǒng)化、實踐化方式來培養(yǎng)高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)安全人才。
Value evaluation model of leaked data based on AHP-fuzzy comprehensive evaluation method
宋 棟，張 雷，蘇馬婧
doi: 10.19358/j.issn.2096-5133.2020.09.009
以個人隱私信息為例構(gòu)建了一種泄露數(shù)據(jù)價值評估的模型。首先建立了包含不同類型數(shù)據(jù)的泄露數(shù)據(jù)集，通過抽取個人隱私相關(guān)的信息元素進行建模，利用層次分析法對各準(zhǔn)則層的元素進行計算，得到個人隱私信息元素泄露價值的權(quán)重比例，并進行了一致性檢驗，通過模糊綜合評價的方法對個人隱私信息泄露數(shù)據(jù)價值進行評價，得到泄露價值的評估結(jié)果。
人工智能
End-to-end deep learning based non-invasive image descattering
漆建軍
doi: 10.19358/j.issn.2096-5133.2020.09.010
針對光線通過介質(zhì)會產(chǎn)生散射現(xiàn)象，提出了一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的端對端圖像去散射方案，對于散射退化的圖片進行退散射的處理，此方案不需要復(fù)雜的光學(xué)設(shè)備，應(yīng)用場景廣泛，在仿真和實際實驗中都取得了預(yù)期的結(jié)果。提出了一套利用拍攝屏幕來建立散射退化圖片和無散射圖片的數(shù)據(jù)集的方法，且這一方法在許多其他的圖像處理圖像恢復(fù)工作中有應(yīng)用價值。
Vehicle detection method based on improved residual network structure of based on YOLO
胡臣辰，陳賢富
doi: 10.19358/j.issn.2096-5133.2020.09.011
針對車輛檢測任務(wù)，設(shè)計更高效、精確的網(wǎng)絡(luò)模型是行業(yè)研究的熱點，深層網(wǎng)絡(luò)模型具有比淺層網(wǎng)絡(luò)模型更好的特征提取能力，但構(gòu)建深層網(wǎng)絡(luò)模型時將導(dǎo)致梯度消失、模型過擬合等問題，應(yīng)用殘差網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以緩解此類問題。基于YOLO算法，改進殘差網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，加深網(wǎng)絡(luò)層數(shù)，設(shè)計了一種含有68個卷積層的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，同時對輸入圖像進行預(yù)處理，保證目標(biāo)在圖像上不變形失真，最后在自定義的車輛數(shù)據(jù)集上對模型進行訓(xùn)練與測試，并將實驗結(jié)果與YOLOV3模型進行對比，實驗表明，本文設(shè)計的模型檢測精準(zhǔn)度(AP)達90.63%，較YOLOV3提高了4.6%。
網(wǎng)絡(luò)與通信
A Dec-POMDP-based cache policy in named data networks
姚進發(fā)
doi: 10.19358/j.issn.2096-5133.2020.08.012
針對命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)(Named Data Networks，NDN)中數(shù)據(jù)緩存的問題，提出了一種基于分布式部分可觀測馬爾科夫決策過程(Dec-POMDP)的緩存優(yōu)化模型。在該模型框架下，NDN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間以分布式協(xié)作的方式逐漸收斂至最優(yōu)聯(lián)合緩存策略，從而使NDN中的有限緩存資源得到充分利用。仿真實驗表明，與現(xiàn)有NDN緩存方法相比，該方法能有效提升NDN網(wǎng)絡(luò)的緩存效率，實現(xiàn)較高的緩存命中率及較小的請求平均跳數(shù)。
Power spectrum analysis system based on FPGA
付恩琪1，2，孫秀男1，2，梁 昊1，2
doi: 10.19358/j.issn.2096-5133.2020.09.013
針對激光雷達的微弱信號探測，設(shè)計了一種實時功率譜分析系統(tǒng)。系統(tǒng)使用12位1 GS/s的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Analog to Digital Converter，ADC)進行采樣，采用FPGA作為數(shù)據(jù)采集處理的控制核心，并通過DDR3及千兆以太網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲上傳。在上位機軟件控制下，結(jié)合各個功能模塊，實現(xiàn)了參數(shù)可配置的兩種功率譜估計方案。測試結(jié)果表明，系統(tǒng)有效提升了數(shù)據(jù)處理速度，并通過分段累加改善了功率譜估計的性能。
行業(yè)應(yīng)用
Research on the low-cost pulse laser ranging system
馬鴻斌1，尚建華1，潘世光1，羅 遠(yuǎn)2，賀 巖2
doi: 10.19358/j.issn.2096-5133.2020.09.014
基于脈沖飛行時間測距法構(gòu)建了一套近程高精度脈沖激光測距系統(tǒng)，系統(tǒng)采用直接探測工作方式，利用FPGA(Field Programmable Gate Array)主控芯片控制脈沖激光的發(fā)射以及回波信號的采集和處理，進而實現(xiàn)高精度測距。在實驗室條件下，借助測距性能驗證實驗，獲得了泡沫板目標(biāo)的距離信息，且系統(tǒng)測距精度可達5.43 mm@8.08 m。主要介紹了脈沖激光測距系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)構(gòu)成以及基于FPGA的距離信息提取算法。
Design of general command and display architecture based on component technology
楊仁寶1，杜 兵1，楊 操2，焦蓬斐1，周 淦1
doi: 10.19358/j.issn.2096-5133.2020.09.015
在國產(chǎn)化背景下，針對航天測控體系中指揮顯示軟件系統(tǒng)(簡稱指顯系統(tǒng))在設(shè)計和開發(fā)過程中可移植性、可復(fù)用性較低的問題，在分析指顯系統(tǒng)的任務(wù)需求和體系結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，提出了基于組件技術(shù)的通用指顯系統(tǒng)框架(General Command and Display Architecture，GCDA)，解決了顯示平臺/編輯平臺與組件耦合問題，使用Qt實現(xiàn)了基于組件的指顯系統(tǒng)原型。GCDA框架和組件化方法是指顯系統(tǒng)研發(fā)技術(shù)的積累和提升，在提高航天測控軟件的研發(fā)水平方面提供了可行的技術(shù)途徑。
