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基于混沌扰动的高安全OCDM短距离光通信系统关键问题研究

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基于混沌扰动的高安全OCDM短距离光通信系统关键问题研究

作者：朱岁尧南京信息工程大学

学位级别：硕士

近年来,随着大数据、物联网以及云计算等技术的迅猛发展,数据流量快速增长,短距离数据中心光互联网络面临着严峻的扩容压力,与此同时,海量数据的交换也给通信数据传输的安全性带来了新的挑战。本文针对短距离光通信系统中数据传输易被... 详细信息

近年来,随着大数据、物联网以及云计算等技术的迅猛发展,数据流量快速增长,短距离数据中心光互联网络面临着严峻的扩容压力,与此同时,海量数据的交换也给通信数据传输的安全性带来了新的挑战。本文针对短距离光通信系统中数据传输易被窃听与干扰等问题,对其系统安全性能以及信号传输保密方式进行了探讨。此外,在短距离光通信系统中,正交啁啾复用(Orthogonal Chirped Division Multiplexing,OCDM)多载波调制技术、高维星座映射技术以及空分复用技术等作为提升系统传输容量与误码性能的技术,获得了广泛的研究与使用。因此本文立足于上述技术,以增强短距离光通信系统的安全性为主要研究内容,同时兼顾传输系统的高性能与大容量,研究了基于混沌扰动的高安全OCDM短距离光通信系统。本文的主要研究内容如下:(1)提出了一种基于强度调制/直接检测(Intensity Modulation Direct Detection,IM/DD)的OCDM短距离光通信系统架构。利用离散菲涅尔变换(Discrete Fresnel Transform,DFnT)实现了 OCDM的数字调制,并且对应其变换特性,采用快速傅里叶变换实现了 OCDM的快速调制,使其调制复杂度与正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)相当。为了使OCDM信号满足在IM/DD系统中的传输要求,本文还提出了一种基于OCDM的数字上变频技术,其将OCDM基带信号通过数字载波搬移到频带,将复数OCDM基带信号转换为实数OCDM频带信号以达到在IM/DD系统中的传输条件。该方案与现有的OFDM系统具有很高的兼容性,其无需经过大的改动就可以很好的集成到现有的OFDM系统中。在实验中成功实现了在基于IM/DD的OCDM短距离光通信系统架构下的20 Gb/s单模光纤OCDM信号传输。(2)提出了一种基于时频联合扰动的高安全OCDM模分复用短距离光通信技术。首先采用离散菲涅耳变换实现OCDM的数字实现,再将Lorenz混沌模型与Logistic混沌模型结合实现对正交啁啾子载波和正交啁啾符号的时频联合扰动,并利用数字上变频的方法对OCDM信号变换并放入少模系统中传输。啁啾信号具有良好的脉冲压缩和扩频能力,利用基于DFnT的OCDM能实现最大啁啾扩频。双混沌模型的时频联合扰动能实现10144的大密钥空间,提高信息传输安全性。通过实验在5 km少模光纤上实现了 32 Gb/s的OCDM加密信号传输,并且在1×10-2的误码率下OCDM相比于OFDM有最大1.48 dB接收机灵敏度增益。(3)提出了一种基于高维星座扰动的OCDM多芯复用短距离光通信技术。设计了一种新型四维星座图,其最优星座品质因数(Constellation Figure of Merit,CFM)可达1.17,设计了一种基于四维星座图映射的直接检测正交啁啾复用(Direct Detection Orthogonal Chirped Division Multiplexing,DD-OCDM)光传输方案,并通过实验在2km七芯光纤上实现了 32.8 Gb/s的OCDM信号传输,验证了所提出的星座图的性能,并利用四维超混沌模型对其进行扰动,实现了 10192的大密钥空间。在多芯复用时且误码率为3.8×10-3的条件下,所提出的基于四维星座图映射的关联星座映射调制的OCDM信号的接收机灵敏度相比于QPSK,16QAM以及16PSK分别有0.59dB,3.26dB以及5.73dB的增益。

关键词：短距离光纤通信混沌扰动正交啁啾复用空分复用高维星座映射

混沌扰动w_BAPSO算法在任务调度中的应用

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软件导刊 2022年第4期21卷 131-136页

作者：李信诚徐寿伟王重洋山东科技大学计算机科学与工程学院山东青岛266590

为提高云计算任务调度效率,减少任务调度的成本和时间,改进算法容易陷入局部最优的缺陷,提出基于混沌扰动的w_BAPSO算法。在云计算环境下,通过引入带有logistics混沌扰动的线性递减惯性权重,在PSO算法更新过程中结合蝙蝠算法脉冲速率、... 详细信息

为提高云计算任务调度效率,减少任务调度的成本和时间,改进算法容易陷入局部最优的缺陷,提出基于混沌扰动的w_BAPSO算法。在云计算环境下,通过引入带有logistics混沌扰动的线性递减惯性权重,在PSO算法更新过程中结合蝙蝠算法脉冲速率、脉冲响度等参数,将带有混沌扰动的w_BAPSO算法用于云计算任务调度过程中。通过Cloudsim云计算仿真软件进行实验验证,分别测试不同任务规模下w_BAPSO算法效能。实验结果表明,基于混沌扰动的w_BAPSO算法不仅能够提高算法的收敛速度和搜索精度,而且减少了云计算任务调度的成本和时间,还提高了任务调度效率。

关键词：云计算任务调度粒子群优化算法蝙蝠算法混沌扰动

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基于RCJAYA算法的太阳电池参数辨识

北京航空航天大学学报 2024年第7期 2133-2140页

作者：欧阳城添黄祖威刘裕嘉张林朱东林周昌军江西理工大学信息工程学院江西应用科技学院人工智能学院江西理工大学软件工程学院浙江师范大学计算机科学与技术学院

为提升智能优化算法辨识太阳电池参数的精度和准确度，提出一种基于排序概率量化机制和混沌扰动JAYA算法（RCJAYA）的辨识方法。RCJAYA算法根据排序概率选择不同方式对个体进行更新，以平衡局部和全局搜索能力，保持种群多样性；对最优... 详细信息

为提升智能优化算法辨识太阳电池参数的精度和准确度，提出一种基于排序概率量化机制和混沌扰动JAYA算法（RCJAYA）的辨识方法。RCJAYA算法根据排序概率选择不同方式对个体进行更新，以平衡局部和全局搜索能力，保持种群多样性；对最优个体进行混沌扰动，发掘更优解替代最差解，提升种群质量；采用替换策略更新陷入停滞的个体，提升算法性能。通过RCJAYA算法辨识参数得到的太阳电池单、双二极管的电流均方根误差最优值分别为9.860 2×10-4A、9.825 8×10-4A，与JAYA等5种算法对比，结果表明，RCJAYA算法更具优势。根据辨识结果计算出模拟电流，与实测电流进行比对，在单、双二极管上的平均误差分别为0.000 84 A、0.000 82 A，表明RCJAYA算法辨识的参数值准确可靠。

关键词：太阳电池参数辨识 JAYA算法排序概率混沌扰动

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混沌扰动模拟退火蚁群算法低碳物流路径优化

计算机工程与应用 2017年第1期53卷 63-68,102页

作者：张立毅王迎费腾周修飞天津商业大学信息工程学院天津300134 天津商业大学经济学院天津300134

低碳物流是目前物流配送领域的热点研究课题,也是群体智能优化算法的重要应用方向。针对物流配送中碳排放的度量方法,以VRP问题为基本模型,以碳排放成本为目标函数,建立了低碳物流配送路径优化模型。为了避免基本蚁群算法出现停滞及早... 详细信息

低碳物流是目前物流配送领域的热点研究课题,也是群体智能优化算法的重要应用方向。针对物流配送中碳排放的度量方法,以VRP问题为基本模型,以碳排放成本为目标函数,建立了低碳物流配送路径优化模型。为了避免基本蚁群算法出现停滞及早熟现象,提出了带混沌扰动的模拟退火蚁群算法来求解低碳物流配送路径优化模型。该算法将混沌系统及模拟退火机制引入基本蚁群算法,避免了算法陷入局部最优,增强了全局搜索能力,提高了求解效率。通过实验仿真及对比分析可知,带混沌扰动的模拟退火蚁群算法的求解结果明显优于基本蚁群算法,表明了该算法的有效性和合理性。

关键词：低碳物流车辆路径问题(VRP) 蚁群算法模拟退火算法混沌扰动

基于混沌扰动机制粒子群算法的战场频率分配方法

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系统仿真学报 2021年第8期33卷 1905-1913页

作者：牛侃李冰付强中国人民解放军31007部队北京100079

为在战场电磁环境下进行科学分配频率,减少各部队用频设备之间的相互干扰,提出一种基于混沌扰动机制粒子群算法的频率分配方法,将战场频率分配转化为带约束条件的最优频谱资源查找求解问题,建立以干扰代价最低为目标的频率分配模型,通... 详细信息

为在战场电磁环境下进行科学分配频率,减少各部队用频设备之间的相互干扰,提出一种基于混沌扰动机制粒子群算法的频率分配方法,将战场频率分配转化为带约束条件的最优频谱资源查找求解问题,建立以干扰代价最低为目标的频率分配模型,通过改进的粒子群算法进行频率分配。该算法引入混沌扰动机制,提高种群多样性和算法全局寻优能力,避免算法陷入局部最优。通过实验表明,在频率分配过程中该算法是可行的,并且其收敛性和解集的多样性均明显优于粒子群算法。

关键词：频率分配粒子群算法混沌扰动干扰代价约束条件

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基于交流算子与混沌扰动的布谷鸟优化算法

小型微型计算机系统 2014年第2期35卷 384-387页

作者：屈迟文傅彦铭黄小龙百色学院数学与计算机信息工程系广西百色533000 广西大学计算机与电子信息学院南宁530004

布谷鸟算法是智群寻优搜索领域的一种新型优化算法,基本的布谷鸟算法存在进化后期容易陷入局部最优值、收敛速度慢以及寻优精度低等不足.为提高算法的性能,提出一种基于交流算子和混沌扰动的布谷鸟优化算法.该算法引入微粒群算法的交流... 详细信息

布谷鸟算法是智群寻优搜索领域的一种新型优化算法,基本的布谷鸟算法存在进化后期容易陷入局部最优值、收敛速度慢以及寻优精度低等不足.为提高算法的性能,提出一种基于交流算子和混沌扰动的布谷鸟优化算法.该算法引入微粒群算法的交流算子思想加大收敛速度、在迭代中对鸟巢位置采用混沌扰动以提高搜索精度等方法实现对基本算法的改进.通过5个标准测试函数的验证测试,实验表明改进后的布谷鸟算法在寻优速度和精度方面都优于基本布谷鸟算法,是一种有效的算法.

关键词：布谷鸟算法交流算子混沌扰动

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基于混沌扰动策略的果蝇优化算法

微电子学与计算机 2016年第7期33卷 64-68页

作者：李宗岳陈志军李名远新疆大学电气工程学院新疆乌鲁木齐830047 遵义市国家税务局贵州遵义563000

果蝇优化算法是模拟果蝇觅食的一种解决优化问题的智能算法,但是为了避免其在优化过程中容易陷入局部极值的缺陷,提出一种新的基于混沌扰动的果蝇优化算法.在迭代过程中,首先利用基本果蝇算法获得最优个体,然后对最优个体引入混沌扰动策... 详细信息

果蝇优化算法是模拟果蝇觅食的一种解决优化问题的智能算法,但是为了避免其在优化过程中容易陷入局部极值的缺陷,提出一种新的基于混沌扰动的果蝇优化算法.在迭代过程中,首先利用基本果蝇算法获得最优个体,然后对最优个体引入混沌扰动策略,增强获得全局最优解的可能性.同时通过动态变化系数η调整在迭代寻求过程中混沌扰动变量的值,提高算法跳出局部最优和寻找全局最优的能力.对6个经典测试函数的仿真结果表明,新算法的收敛速度、收敛精度和鲁棒性方面比基本果蝇优化算法具有明显优势.

关键词：果蝇优化算法混沌扰动最优个体动态变化系数

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引入混沌干扰机制的变异天牛群搜索算法

通信技术 2024年第5期57卷 444-450页

作者：李硕辽宁建筑职业学院信息工程学院辽宁辽阳111000

针对天牛须搜索(Beetle Antennae Search,BAS)算法收敛慢、精度低且容易陷入局部最优等缺陷,提出了一种引入混沌干扰机制的变异天牛群搜索算法(Chaotic Interference Mechanism of Mutation Beetle Swarm Optimization Algorithm,CMBSOA)。首先,应用粒子群(Particle Swarm Optimization,PSO)策略将天牛须搜索算法中的天牛个体扩展为天牛群,扩大算法的搜索范围,提高算法的全局搜索能力;其次,引入Logistic混沌映射机制对天牛群进行混沌扰动,使初始化的种群以随机方式均匀分布,以加快算法的收敛速度;最后,提出变异因子策略进行位置更新,使该算法更易跳出局部最优,增强算法的稳定性与精度。为了验证CMBSOA算法的有效性,将其与天牛群算法(Beetle Swarm Antennae Search,BSAS)及PSO通过2组单峰和3组多峰测试函数进行测试和对比,结果表明,CMBSOA算法具有较强的稳定性,此外还具有更优的精度和较快的收敛速度,且能最大限度地避免产生局部最优解问题。

关键词：天牛须搜索算法天牛群算法粒子群优化混沌扰动变异因子

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求解TSP的带混沌扰动的模拟退火蚁群算法

计算机工程与设计 2016年第4期37卷 1067-1070,1112页

作者：王迎张立毅费腾周修飞天津商业大学经济学院天津300134 天津商业大学信息工程学院天津300134

针对蚁群算法易陷入局部最优及收敛速度较慢的问题,提出一种带混沌扰动的模拟退火蚁群算法。引入模拟退火机制及混沌系统,分别对基本蚁群算法中的蚂蚁种群搜寻范围以及信息素设定与更新进行改进,提高蚁群算法全局搜索能力。使用该算法... 详细信息

针对蚁群算法易陷入局部最优及收敛速度较慢的问题,提出一种带混沌扰动的模拟退火蚁群算法。引入模拟退火机制及混沌系统,分别对基本蚁群算法中的蚂蚁种群搜寻范围以及信息素设定与更新进行改进,提高蚁群算法全局搜索能力。使用该算法与基本蚁群算法同时求解TSP这一经典组合优化问题,对两种算法的求解性能进行对比分析。仿真结果表明,该算法的求解精度及求解效率都明显优于基本蚁群算法。

关键词：蚁群算法模拟退火算法混沌扰动旅行商问题