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奇妙的“跨层相等”

中学生数学 2024年第14期 10-11页

作者：林革扬州市职业大学江苏扬州225012

自然数无穷无尽浩翰无边,也暗藏玄机、无奇不有,恰如俗语“林子大了什么鸟儿都有”.无论是精心探讨刻意研究,还是信手捻来随心琢磨,有意无意间都能感受到数字的精妙,而相比有目的性有针对性的探究,“无心插柳柳成荫”式的灵机一动应该... 详细信息

自然数无穷无尽浩翰无边,也暗藏玄机、无奇不有,恰如俗语“林子大了什么鸟儿都有”.无论是精心探讨刻意研究,还是信手捻来随心琢磨,有意无意间都能感受到数字的精妙,而相比有目的性有针对性的探究,“无心插柳柳成荫”式的灵机一动应该更让人神往.比如下面这桩有关“跨层相等”的偶然发现,竟然引起数学界的关注,使本来默默无闻的发现者戈德曼一举成名.

关键词：戈德曼暗藏玄机数学界无心插柳柳成荫跨层自然数发现者目的性

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跨层四向穿梭车仓库复合作业路径优化

复杂系统与复杂性科学 2023年

作者：田梦龙张纪会青岛大学山东省工业控制技术重点实验室青岛大学复杂性科学研究所

针对跨层四向穿梭车作业空载率高、等待时间长等问题，需要充分优化穿梭车和提升机的协作水平，考虑四向穿梭车和提升机在运动过程中的变速过程，以出入库订单任务的总时间最小为目标，建立了四向穿梭车和提升机联合调度的混合整数规划... 详细信息

针对跨层四向穿梭车作业空载率高、等待时间长等问题，需要充分优化穿梭车和提升机的协作水平，考虑四向穿梭车和提升机在运动过程中的变速过程，以出入库订单任务的总时间最小为目标，建立了四向穿梭车和提升机联合调度的混合整数规划模型。结合四向穿梭车和提升机在仓库拣选阶段的实际约束，提出了一种改进鲸鱼优化算法，并与模拟退火算法、基础遗传算法、改进的黑猩猩优化算法进行了比较。结果表明，设计的算法求解质量更好，并有效缩短了仓库拣选作业时间。

关键词：四向穿梭车跨层复合作业路径规划鲸鱼优化算法

面向5G融合信道指纹的跨层认证机制研究与验证

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面向5G融合信道指纹的跨层认证机制研究与验证

作者：张永斌东南大学

学位级别：硕士

第五代移动通信网络(The 5th Generation Mobile Networks,5G)正处于加速发展阶段,不断拓展垂直行业应用,促进产业的数字化转型,丰富和深化5G应用场景。与此同时,5G网络安全也成为了关注焦点,结合5G丰富的垂直应用场景,设计出全面高效... 详细信息

第五代移动通信网络(The 5th Generation Mobile Networks,5G)正处于加速发展阶段,不断拓展垂直行业应用,促进产业的数字化转型,丰富和深化5G应用场景。与此同时,5G网络安全也成为了关注焦点,结合5G丰富的垂直应用场景,设计出全面高效的认证机制刻不容缓。一方面,无线信道因其开放特性,更容易遭受信息窃听、篡改以及伪造等攻击。如何在5G典型应用场景中正确高效地识别与认证通信实体的真实身份,是确保通信安全的基础。另一方面,无线信道的产生机理决定其具有时变性、时空唯一性、互易性等特征,具备第三方无法预测、无法复制、无法重构的特点,蕴含着丰富的无线内生安全元素。基于这些特征资源,物理层安全认证技术可以直接利用解调后的信号提取无线信道特征,实现通信实体间的认证,不再像传统高层认证进行复杂的加解密操作。而且物理层认证具有较高的兼容性,能够与高层认证相互补充,实现无线通信安全叠加增强。目前物理层认证与高层认证分别存在以下问题:1)物理层挑战-响应认证机制存在密钥泄露的安全隐患;2)高层认证机制存在隐私泄露以及密钥熵随着认证次数增加而减小的问题。针对以上问题,本文依托国家科技重大专项课题“5GXX安全防护技术研究与验证”,对面向5G融合信道指纹的跨层认证机制进行研究。首先,针对现有物理层挑战-响应认证机制存在密钥泄露的安全隐患,提出了一种基于插值多项式的物理层挑战-响应认证机制。随后,针对目前高层认证机制存在隐私泄露以及密钥熵随着认证次数增加而减小的问题,提出了一种面向5G融合信道指纹的跨层认证机制。最后,依托课题中5G通信实验平台获取了高层认证数据,并在仿真平台验证了融合信道指纹的跨层认证机制的可行性与安全性。本文主要完成以下三个方面的工作:1.提出了一种基于插值多项式的物理层挑战-响应认证机制。该方法利用合法通信双方的无线信道特征与共享密钥组成联合密钥,认证双方按照相同的方式随机选取密钥对,利用插值多项式创建曲线方程,将认证问题转换为曲线拟合问题。认证双方只有经历相同的信道以及具备相同的密钥才能构造高度拟合的曲线方程。认证方根据需求设置阈值来实现认证,而攻击方利用窃取的认证响应中部分坐标点无法还原曲线方程,即无法根据认证响应破解密钥,解决了密钥泄露的问题。仿真结果表明,该认证机制利用无线信道的私密性与时变性可以有效抵御重放攻击与伪造攻击,相比于PHY-CRAM认证机制与基于哈希方法的认证机制,该认证方案具有更好的安全性能。2.提出了一种面向5G融合信道指纹的跨层认证机制。将5G协议鉴权认证流程中产生的认证挑战响应数据与物理层提取的信道指纹组合成联合密钥,基于插值多项式方法生成认证响应,将其作为新的认证凭证并实现跨层认证,进而实现身份和信道的双重鉴别。该跨层认证机制利用无线信道特征为高层认证提供信息熵,同时利用密钥生成技术将认证挑战与响应数据进行加密,从而解决了攻击者利用窃取的认证数据来实施伪造攻击进而窥探用户隐私的问题。性能分析表明,该跨层认证机制相比于高层认证机制具有更好的安全性能。3.验证了融合信道指纹的跨层认证机制的可行性与安全性。首先依托课题中的5G实验平台抓取了基站服务器网卡侧的数据包,进而筛选得到了高层认证挑战与响应数据,将其作为实验中的高层认证数据基础。随后利用QuaDRiGa(Quasi Deterministic Radio channel Generator,准确定性无线信道产生器)模型在MATLAB中搭建了仿真环境,并在搭建的仿真平台中实现了提出的融合信道指纹的跨层认证机制,从而验证了该跨层认证机制的可行性与安全性。

关键词：物理层认证 5G网络认证协议跨层插值多项式

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面向跨层的服务异常根因排序算法

面向跨层的服务异常根因排序算法

作者：孙寅栋北京邮电大学

学位级别：硕士

随着互联网应用的流行,在线软件服务每时每刻都在影响人们的生活,它们极大地改善了人们生产生活的现状。然而,这也意味着这些服务一旦出现异常,将会直接给用户和企业造成巨大损失。因此为了保障线上服务的稳定运行,深入研究服务异常的... 详细信息

随着互联网应用的流行,在线软件服务每时每刻都在影响人们的生活,它们极大地改善了人们生产生活的现状。然而,这也意味着这些服务一旦出现异常,将会直接给用户和企业造成巨大损失。因此为了保障线上服务的稳定运行,深入研究服务异常的根因定位技术至关重要。随着在线服务迭代和更新速度不断加快,应用复杂程度不断提高,微服架构应用不断普及,给服务异常根因定位技术的研究带来极大挑战。为了准确定位导致异常服务产生的原因,不仅需要针对服务层本身产生的异常服务进行分析,同时还需要基于服务及其对应的底层宿主机之间的复杂映射关系进一步定位至宿主机层面的异常根因指标,即面向软件系统进行跨层的关联分析和根因溯源。目前,尽管面向跨层的服务异常根因定位算法相关研究已有较大的进展,但仍存在一定的问题。例如基于性能指标时序特征的异常服务定位方法无法准确检测异常突变点;基于调用链的根因定位方法存在调用链数据不易获取且在构建调用链时存在漏链、错链等问题;基于服务依赖图的根因定位方法大多针对单一指标构建服务依赖图,未能针对多种指标构建统一的服务依赖图从而存在定位效果差等问题。针对上述问题,本文提出了面向跨层的服务异常根因排序算法。首先,面向服务层面,提出基于服务依赖图的异常服务根因定位方法,通过分析各个服务的关键性能指标,识别出导致系列异常服务发生的根因服务。其次,面向宿主机层面,在准确定位异常服务根因的基础上,进一步分析服务和宿主机之间的复杂关联关系,提出了基于Prophet和核密度估计的宿主机异常指标根因定位方法,深度分析宿主机层异常指标间的关联关系,识别出导致当前服务异常的根因指标。本文研究工作具体如下:(1)面向服务层面,提出了基于服务依赖图的异常服务根因定位方法。首先,针对现有服务依赖图构建时未考虑多种性能监控指标中蕴含的根因定位信息、未考虑使用Trace数据剪枝策略优化算法时间复杂度等问题,本文提出基于Trace数据剪枝的服务依赖图生成算法,利用多种性能监控指标构建统一的服务依赖图,提出了基于Trace数据剪枝策略减少在构建依赖图时额外独立性测试步骤执行的次数,进而降低了算法时间复杂度。然后,针对现有基于随机漫步的推理算法无法在统一的服务依赖图上进行多种性能监控指标的推理、因果分析推理准确性较差等问题,本文改进了随机漫步算法中的异常服务相关性公式,基于此改进了用于确定根因推理方向的转移概率计算公式,并提出了推理权重平衡公式,在因果推理过程中用于对根因推理方向中的异常相关性和随机性实现平衡,提高了算法准确度并提升了用户调参的便利性。最后,针对本文所提出的算法进行了仿真实验,与传统定位异常服务的根因方法相比,该算法在AC@1、AC@3、AC@5上具有较高的准确性。(2)面向宿主机层面,提出了基于Prophet和核密度估计的宿主机异常指标根因定位方法。基于前述异常服务的诊断结果,进一步分析异常服务和其对应的宿主机之间的复杂关联关系。首先,针对现有性能指标异常检测算法存在依赖于手动设置阈值或假定数据服从某种分布的理想场景等问题,本文提出了基于极值理论的异常边界求解算法,该算法依靠严谨的极值理论来准确估计低概率的值区域,并提出了异常低值边界计算公式解决了现有基于极值的方法在极小值范围下无法检测异常的问题。然后,针对宿主机层面的性能指标存在趋势性和周期性等形态混合导致现有异常检测算法方法适用性较差的问题,本文利用Prophet算法拟合混合形态的监控指标,提出了基于异常边界的突变点更新算法解决Prophet突变点寻找不准确的问题。最后,针对现有面向宿主机层的根因定位算法未考虑不同性能指标波动程度的差异性问题,本文通过核密度估计计算指标波动大小的概率来衡量不同指标的波动程度,并改进了 PC因果分析算法,通过时间窗口和中间结构分析延迟的依赖关系,解决了延迟的时序数据和不一致的指标采集频率导致的因果关系无法学习的问题,提升了面向跨层的服务异常根因排序的准确性。

关键词：根因定位跨层服务依赖图时序异常检测核密度估计

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基于博弈论的认知无线电网络跨层资源分配

物理学报 2014年第8期63卷 443-453页

作者：伍春江虹尤晓建西安电子科技大学综合业务网理论及关键技术国家重点实验室西安710071 西南科技大学国防科技学院绵阳621000

针对多跳认知无线电网络的多层资源分配问题,提出了协作去耦合方法和跨层联合方法,协作去耦合方法首先单独完成路径选择任务,随后进行信道与功率的博弈分配;跨层联合方法则通过博弈直接对路径、信道、功率三层资源进行同时分配,两种方... 详细信息

针对多跳认知无线电网络的多层资源分配问题,提出了协作去耦合方法和跨层联合方法,协作去耦合方法首先单独完成路径选择任务,随后进行信道与功率的博弈分配;跨层联合方法则通过博弈直接对路径、信道、功率三层资源进行同时分配,两种方法都综合考虑网络层、介质访问控制层、物理层的启发原则,引入了节点被干扰度信息和节点主动干扰度信息来辅助路径选择,设计了基于功率允许宽度信息的Boltzmann探索来完成信道与功率选择,设计了长链路和瓶颈链路替换消除机制以进一步提高网络性能,从促进收敛角度,选择序贯博弈并设计了具体的博弈过程,此外还分析了博弈的纳什均衡,讨论了两种算法的复杂度,仿真结果表明,协作去耦合方法和跨层联合方法在成功流数量、流可达速率、发射功耗性能指标上均优于简单去耦合的链路博弈、流博弈方法。

关键词：博弈论认知无线电网络跨层资源分配

保证混合业务质量的跨层OFDMA资源分配方法

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北京邮电大学学报 2006年第6期29卷 53-57页

作者：孙卓彭木根王文博北京邮电大学电信工程学院北京100876

提出了一种新的跨层正交频分多址(OFDMA)系统资源分配方法,其综合考虑了无线信道的时变特征和媒体接入子层(MAC)业务服务质量(QoS)要求,将MAC层分组调度和物理层的子信道分配及自适应调制编码进行联合设计,目的是在保证实时时延敏感业... 详细信息

提出了一种新的跨层正交频分多址(OFDMA)系统资源分配方法,其综合考虑了无线信道的时变特征和媒体接入子层(MAC)业务服务质量(QoS)要求,将MAC层分组调度和物理层的子信道分配及自适应调制编码进行联合设计,目的是在保证实时时延敏感业务和非实时业务的QoS基础上最大化系统吞吐量.在子载波分配过程中,分别采用了信道依赖的最早预期(CD-EDD)算法和最小速率需求(MRR)算法,对实时时延敏感业务和非实时业务进行调度.基于IEEE 802.16标准建立了动态仿真模型对算法性能进行评估,结果表明,本方法较传统的最大信噪比方法在系统吞吐量相近的情况下,在时延特性、用户公平性方面有较大性能提升.

关键词： IEEE 802.16标准跨层正交频分多址业务服务质量

一种跨层的OFDMA系统调度和资源分配算法

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电子学报 2008年第10期36卷 1923-1930页

作者：郝丹丹李永华张瀚峰邹仕洪程时端北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室北京100876 北京邮电大学信息学院北京100876

针对OFDMA系统下行链路资源分配和调度问题,提出了一种基于跨层设计的时频二维分配算法(CLSA),在资源分配同时考虑用户物理信道状态信息以及MAC和数据链路层的用户速率要求、延时要求、分组差错率要求等QoS需求,以提高系统吞吐性能以及... 详细信息

针对OFDMA系统下行链路资源分配和调度问题,提出了一种基于跨层设计的时频二维分配算法(CLSA),在资源分配同时考虑用户物理信道状态信息以及MAC和数据链路层的用户速率要求、延时要求、分组差错率要求等QoS需求,以提高系统吞吐性能以及中断率性能做为算法的设计目标.通过大量的仿真实验验证算法的性能,并与现有的经典算法(OFDMA系统中的MPF算法和M-LWDF算法)性能进行了对比分析.仿真实验结果表明,CLSA算法在系统有效吞吐性能和中断率性能方面有较好表现.

关键词：正交频分多址资源分配调度算法跨层性能

MANET中基于链路稳定性路由的跨层传输控制协议

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软件学报 2011年第5期22卷 1041-1052页

作者：孙杰郭伟电子科技大学通信抗干扰技术国家级重点实验室四川成都611731

在MANET中,通信节点的移动会造成端到端通信路由的时常中断.传统TCP协议只有拥塞控制机制,对由于节点移动造成的数据包传输丢失和超时也作为拥塞处理,使得端到端传输性能低下.为解决这一问题,采用跨层设计思想,将传输控制与链路稳定性... 详细信息

在MANET中,通信节点的移动会造成端到端通信路由的时常中断.传统TCP协议只有拥塞控制机制,对由于节点移动造成的数据包传输丢失和超时也作为拥塞处理,使得端到端传输性能低下.为解决这一问题,采用跨层设计思想,将传输控制与链路稳定性路由结合,提出了一种基于链路生存时间概率的传输控制协议(transmissioncontrol protocol based on probability of link residual lifetime,简称TCP-PLRT).该协议通过在路由稳定时跨层收集路由层链路生存时间概率信息来实现对端到端连接稳定性的认知,并针对路由不稳定、路由中断、路由恢复,分别制定了路由切换、数据存储转发、ACK再确认三大机制.这使得TCP-PLRT协议具有对由移动造成的路由中断进行提前预判和有效处理的能力.仿真结果表明,TCP-PLRT协议能够极大地减小由节点移动带来的端到端传输性能的下降,减少分组重传,提高端到端的吞吐量.

关键词：传输控制协议跨层路由中断链路稳定性路由链路生存时间概率

基于跨层网络编码感知的无线传感器网络节能路由算法研究

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电子学报 2015年第12期43卷 2484-2490页

作者：邵星王翠香饶元盐城工学院信息工程学院江苏盐城224051 安徽农业大学信息与计算机学院安徽合肥230036

编码感知路由可以发现路由中的网络编码机会,减少数据传输次数,提高网络吞吐量,是近年来路由算法研究的一个热点.当前编码感知路由存在编码条件失效、未考虑节点能量的问题,不适合直接应用于无线传感器网络.本文提出基于跨层网络编码感... 详细信息

编码感知路由可以发现路由中的网络编码机会,减少数据传输次数,提高网络吞吐量,是近年来路由算法研究的一个热点.当前编码感知路由存在编码条件失效、未考虑节点能量的问题,不适合直接应用于无线传感器网络.本文提出基于跨层网络编码感知的无线传感器网络节能路由算法CAER（Cross layer coding Aware Energy efficient Routing）.提出并证明了修正后的网络编码条件,以解决编码条件失效问题.基于跨层思想,将网络编码感知机制与拓扑控制、覆盖控制结合,挖掘潜在编码机会.提出综合考虑节点编码机会、节点能量的跨层综合路由度量CCRM（Cross layer Coding aware Routing Metric）.仿真结果表明,相比现有编码感知路由,CAER能够提高网络编码感知准确性,增加网络编码机会数量5%-15%,延长网络生存时间8%-12%.

关键词：跨层网络编码感知节能路由算法无线传感器网络