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基于Z-Score动态压缩的高效联邦学习算法

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计算机应用研究 2024年第7期41卷 2093-2097页

作者：刘乔寿皮胜文原炜锡重庆邮电大学通信与信息工程学院重庆400065 重庆邮电大学先进网络与智能互联技术重庆市高校重点实验室重庆400065 重庆邮电大学泛在感知与互联重庆市重点实验室重庆400065

联邦学习作为一种具有隐私保护的新兴分布式计算范式,在一定程度上保护了用户隐私和数据安全。然而,由于联邦学习系统中客户端与服务器需要频繁地交换模型参数,造成了较大的通信开销。在带宽有限的无线通信场景中,这成为了限制联邦学习... 详细信息

联邦学习作为一种具有隐私保护的新兴分布式计算范式,在一定程度上保护了用户隐私和数据安全。然而,由于联邦学习系统中客户端与服务器需要频繁地交换模型参数,造成了较大的通信开销。在带宽有限的无线通信场景中,这成为了限制联邦学习发展的主要瓶颈。针对这一问题,提出了一种基于Z-Score的动态稀疏压缩算法。通过引入Z-Score,对局部模型更新进行离群点检测,将重要的更新值视为离群点,从而将其挑选出来。在不需要复杂的排序算法以及原始模型更新的先验知识的情况下,实现模型更新的稀疏化。同时随着通信轮次的增加,根据全局模型的损失值动态地调整稀疏率,从而在保证模型精度的前提下最大程度地减少总通信量。通过实验证明,在I.I.D.数据场景下,该算法与联邦平均(FedAvg)算法相比可以降低95%的通信量,精度损失仅仅为1.6%,与FTTQ算法相比可以降低40%~50%的通信量,精度损失仅为1.29%,证明了该方法在保证模型性能的同时显著降低了通信成本。

关键词：联邦学习 Z-Score 稀疏化动态稀疏率

The analysis of coverage probability,ASE and EE in heterogeneous ultra-dense networks with power control

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Digital Communications and Networks 2020年第4期6卷 524-533页

作者： qiaoshou liu Zhongpei Zhang National Key Laboratory of Science and Technology on Communications University of Electronic Science and Technology of ChinaChengdu611731China Key Laboratory of Optical Communication and Networks Chongqing University of Posts and TelecommunicationsChongqing400065China

The ultra-dense network is a promising technology to increase the network capacity in the forthcoming fifthgeneration(5G)mobile communication networks by deploying lots of low power Small Base Stations(SBSs)which overlap with Macro Base Stations(MBSs).The interference and energy consumption increase rapidly with the number of SBSs although each SBS transmits with small *** this paper,we model a downlink heterogeneous ultra-dense network where a lot of SBSs are randomly deployed with MBSs based on the Poisson point *** derive the coverage probability and its variance,and analyze the area spectral efficiency and energy efficiency of the network considering three Fractional Power Control(FPC)*** numerical results and Monte Carlo simulation results show that power control can mitigate the interference and balance the performances of inner-user and edge-user ***,a great improvement of energy efficiency is archived with a little loss of area spectral efficiency when FPC is ***,we analyze the effect of base stations’(BSs’)sleeping on the performance of the network when it is partially loaded.

关键词： Heterogeneous ultra-dense network Poisson point process Coverage probability Area spectral efficiency Energy efficiency

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基于深度强化学习的OFDM自适应导频设计

通信学报 2023年第9期44卷 104-114页

作者：刘乔寿周雄刘爽邓义锋重庆邮电大学通信与信息工程学院重庆400065 先进网络与智能互联技术重庆市高校重点实验室重庆400065 泛在感知与互联重庆市重点实验室重庆400065

针对正交频分复用系统,提出了一种基于深度强化学习的自适应导频设计算法。将导频设计问题映射为马尔可夫决策过程,导频位置的索引定义为动作,用基于减少均方误差的策略定义奖励函数,使用深度强化学习来更新导频位置。根据信道条件自适... 详细信息

针对正交频分复用系统,提出了一种基于深度强化学习的自适应导频设计算法。将导频设计问题映射为马尔可夫决策过程,导频位置的索引定义为动作,用基于减少均方误差的策略定义奖励函数,使用深度强化学习来更新导频位置。根据信道条件自适应地动态分配导频,从而利用信道特性对抗信道衰落。仿真结果表明,所提算法在3GPP的3种典型多径信道下相较于传统导频均匀分配方案信道估计性能有显著的提升。

关键词：正交频分复用深度强化学习马尔可夫决策过程多径信道

6LoWPAN中基于Mesh-under的备用缓存机制

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系统工程与电子技术 2017年第7期39卷 1625-1632页

作者：刘乔寿景晓丽吉福生重庆邮电大学光通信与网络重点实验室重庆400065

在基于Mesh-under的IPv6低功耗无线个域网(IPv6over low-power wireless personal area networks,6LoWPAN)中,针对传输路径上中间节点重传缓存溢出导致重传数据分片丢失,造成网络性能下降等问题,提出一种基于Mesh-under的备用缓存机制... 详细信息

在基于Mesh-under的IPv6低功耗无线个域网(IPv6over low-power wireless personal area networks,6LoWPAN)中,针对传输路径上中间节点重传缓存溢出导致重传数据分片丢失,造成网络性能下降等问题,提出一种基于Mesh-under的备用缓存机制。本文所提机制根据传输路径上各节点重传缓存使用情况及数据分片剩余跳数等信息,设置动态重传缓存门限,并为超过该门限的节点从其邻居节点中挑选合适的备用缓存节点,从而完成数据分片的缓存与重传过程,达到均衡使用各节点重传缓存的目的。结果表明,所提机制能够有效避免重传缓存溢出,减小网络能耗,同时进一步提高目的端重组成功率。

关键词： IPv6低功耗无线个域网 Mesh-under 缓存门限备用缓存

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异构超密度网络中联合资源划分和卸载分析

系统仿真学报 2019年第8期31卷 1653-1663页

作者：甄岩史江盼刘乔寿光通信与网络重点实验室重庆邮电大学重庆400065 国网信息通信产业集团有限公司北京102200

针对异构超密度网络中宏基站和小基站之间负载不均衡问题,提出了一种基于用户与最近基站间距离的通用卸载框架。通过划分网络频谱资源,并利用随机几何,在保证被卸载宏用户服务质量的基础上,进一步推导出处于固定区域以及处于随机区域用... 详细信息

针对异构超密度网络中宏基站和小基站之间负载不均衡问题,提出了一种基于用户与最近基站间距离的通用卸载框架。通过划分网络频谱资源,并利用随机几何,在保证被卸载宏用户服务质量的基础上,进一步推导出处于固定区域以及处于随机区域用户的覆盖概率和平均遍历速率表达式。仿真结果表明,采用资源划分与卸载相结合的方法在有效缓解宏基站拥塞的同时也提高了用户的覆盖概率和平均遍历速率,进而为实际网络的部署提供了重要理论依据。

关键词：超密度网络随机几何负载均衡资源划分

高性能YOLOv5:面向嵌入式平台高性能目标检测算法研究

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电子与信息学报 2023年第6期45卷 2205-2215页

作者：刘乔寿赵志源王均成皮胜文重庆邮电大学通信与信息工程学院重庆400065 先进网络与智能互联技术重庆市高校重点实验室重庆400065 泛在感知与互联重庆市重点实验室重庆400065

针对目前深度学习单阶段检测算法综合性能不平衡以及在嵌入式设备难以部署等问题,该文提出一种面向嵌入式平台的高性能目标检测算法。基于只看1次5代(YOLOv5)网络,改进算法首先在主干网络部分采用设计的空间颈块代替原有的焦点模块,结... 详细信息

针对目前深度学习单阶段检测算法综合性能不平衡以及在嵌入式设备难以部署等问题,该文提出一种面向嵌入式平台的高性能目标检测算法。基于只看1次5代(YOLOv5)网络,改进算法首先在主干网络部分采用设计的空间颈块代替原有的焦点模块,结合改进的混洗网络2代替换原有的跨级局部暗网络,减小空间金字塔池化(SPP)的内核尺寸,实现了主干网络的轻量化。其次,颈部采用了基于路径聚合网络(PAN)设计的增强型路径聚合网络(EPAN),增加了P6大目标输出层,提高了网络的特征提取能力。然后,检测头部分采用以自适应空间特征融合(ASFF)为基础设计的自适应空洞空间特征融合(A-ASFF)来替代原有的检测头,解决了物体尺度变化问题,在少量增加额外开销情况下大幅提升检测精度。最后,函数部分采用高效交并比(EIoU)代替完整交并比(CIoU)损失函数,采用S型加权线性单元(SiLU)代替HardSwish激活函数,提升了模型的综合性能。实验结果表明,与YOLOv5-S相比,该文提出的同版本算法在mAP@.5,mAP@.5:.95上分别提高了4.6%和6.3%,参数量降低了43.5%,计算复杂度降低了12.0%,在Jetson Nano平台上使用原模型和TensorRT加速模型进行速度评估,分别减少了8.1%和9.8%的推理延迟。该文所提算法的综合指标超越了众多优秀的目标检测网络,对嵌入式平台更为友好,具有实际应用意义。

关键词：目标检测 YOLOv5 混洗网络2代自适应空间特征融合嵌入式设备 TensorRT加速

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WSN中能量有效的连通支配集构建算法

计算机工程 2017年第1期43卷 138-143页

作者：吉福生吴晨刘乔寿重庆邮电大学光通信与网络重点实验室重庆400065

现有的连通支配集构建算法大多过程复杂、步骤冗余、耗能较多,且不能适应网络动态拓扑的变化。为此,提出一种能量有效的构建算法。该算法通过单阶段快速构建能适应节点小范围移动的连通支配集,简化构建过程,其支配节点的选择考虑节点额... 详细信息

现有的连通支配集构建算法大多过程复杂、步骤冗余、耗能较多,且不能适应网络动态拓扑的变化。为此,提出一种能量有效的构建算法。该算法通过单阶段快速构建能适应节点小范围移动的连通支配集,简化构建过程,其支配节点的选择考虑节点额外覆盖范围大小、节点剩余能量等因素,使得主干网生存时间大大延长,避免频繁构建主干网带来的能耗。仿真结果表明,与EEIA_CDS,Flooding等算法相比,该算法构建主干网的开销降低31%~46%,广播风暴发生概率降低52%~67%,网络生命周期延长约35.5%。

关键词：无线传感器网络连通支配集能量有效构建算法主干网

6LoWPAN中基于Mesh-under的中继缓存与重传机制

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计算机工程 2017年第5期34卷 97-102,107页

作者：刘乔寿景晓丽吉福生重庆邮电大学光通信与网络重点实验室重庆400065

在基于Mesh-under路由的6Lo WPAN网络中,链路丢失的分片采用端到端的方式进行重传,从而保证数据包的可靠重组,但端到端的重传会造成较多的数据传输时延和网络能耗,降低目的端的分片重组成功率,影响网络中其他数据的有效传输。针对上述问... 详细信息

在基于Mesh-under路由的6Lo WPAN网络中,链路丢失的分片采用端到端的方式进行重传,从而保证数据包的可靠重组,但端到端的重传会造成较多的数据传输时延和网络能耗,降低目的端的分片重组成功率,影响网络中其他数据的有效传输。针对上述问题,提出一种基于中间节点缓存与重传分片机制,通过中间节点缓存和管理所转发分片,目的端检测到有分片丢失,则利用中间节点已缓存的分片进行重传,从而达到提高网络性能的目的。仿真结果表明,与传统的RIF_SN,RPF_SN等机制相比,该机制能耗效用值提高36.7%,网络传输时延减少28.7%,目的端重组成功率提高34.9%,明显改善网络性能。

关键词：适配层 Mesh-under路由协议中继缓存缓存管理分片重传

基于FPGA的FLAC音频硬解码的设计与实现

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电子技术应用 2016年第2期42卷 21-24页

作者：刘乔寿黄国臣吉福生重庆邮电大学光通信与网络重点实验室重庆400065

针对高保真FLAC音频播放系统中软件解码效率低下、占用系统资源大的问题,提出一种基于FPGA的FLAC音频硬解码的设计方案。分析了FLAC音频基本编解码原理,并详细介绍了基于现场可编程门阵列(FPGA)器件的FLAC解码器各模块的设计思想和实现... 详细信息

针对高保真FLAC音频播放系统中软件解码效率低下、占用系统资源大的问题,提出一种基于FPGA的FLAC音频硬解码的设计方案。分析了FLAC音频基本编解码原理,并详细介绍了基于现场可编程门阵列(FPGA)器件的FLAC解码器各模块的设计思想和实现。利用Verilog语言在Quartus II的开发环境中进行设计输入与仿真验证。实验测试结果表明,该FLAC解码器设计灵活、工作稳定可靠、解码效率高,可作为IP核应用于不同SoC的无损音频播放系统中。

关键词： FPGA FLAC 硬解码 IP核