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智能制造 23

能源 23

人工智能 20

系统工程 15

机器学习 11

运载系统 11

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新一代智能制造 10

神经网络 10

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可靠性 9

农业科学 8

可持续性 8

安全性 8

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仿真 7

发展战略 7

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DDUC：数据更新与编码解耦的纠删码系统 Research Article

屠要峰1,2,肖蓉2,韩银俊1,2,陈正华2,金浩2,齐学成2,孙辛远2

《信息与电子工程前沿（英文）》 2023年第24卷第5期页码 716-730 doi: 10.1631/FITEE.2200466

摘要：在分布式存储系统中，常用的数据冗余方法包括副本和纠删码(erasure code，EC)。相较于副本，EC具有更好的存储效率，但是在更新方面的开销更大。此外，并发更新带来的一致性和可靠性问题给EC应用带来了新的挑战。许多研究工作都致力于优化EC技术，包括算法优化、数据更新方法创新等，但并发更新的一致性和可靠性问题尚未得到很好解决。本文介绍了一种将数据更新与EC编码解耦的存储系统，命名为DDUC，并提出了一种副本与校验块结合的放置策略。基于上述策略，实现了一种两阶段数据更新方法，在第一阶段按照副本模式进行数据更新，在第二阶段由校验节点独立完成EC编码。这样在保证高并发性能的同时，解决了并发更新导致的数据可靠性降低的问题。同时利用PMem硬件的字节寻址和8字节原子写特性实现了一种轻量级的日志机制，在提升性能的同时保证了数据的一致性。

关键词：并发更新；高可靠性；纠删码；一致性；分布式存储系统

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SA-RSR：一种适用于异或类纠删码分布式存储系统的数据读取最优恢复方法 Research Articles

张兴军1,梁宁静1,刘云飞1,张长江1,李洋2

《信息与电子工程前沿（英文）》 2022年第23卷第6期页码 858-875 doi: 10.1631/FITEE.2100242

摘要：

冗余策略经常被用于分布式存储系统，以保证数据的可靠性与可用性。纠删码是一种代表性的冗余策略，具有低存储开销优势，这种优势促进了它在分布式存储系统中的应用。在各种纠删码机制中，异或类纠删码凭借高计算效率变得越来越流行。采用异或类纠删码机制的存储系统，如果发生单节点故障，便会进行数据恢复，该过程需要从幸存节点中下载数据，然后恢复故障节点中的数据。本文提出一种随机搜索恢复算法，SA-RSR，该算法能加速异或类纠删码单节点故障恢复。SA-RSR利用模拟退火技术寻找读取和传输最少数据量的最优恢复机制，且该搜索过程可在多项式时间内完成。最后，为验证该方法的有效性，使用多种异或类纠删码进行仿真验证，并在真实存储系统Ceph中验证。

关键词：分布式存储系统；数据可靠性与可用性；异或类纠删码；单节点失效；数据恢复

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一种针对基于一致性哈希的键值存储系统的低能耗副本布局策略 Article

Nan-nan ZHAO,Ji-guang WAN,Jun WANG,Chang-sheng XIE

《信息与电子工程前沿（英文）》 2016年第17卷第10期页码 994-1007 doi: 10.1631/FITEE.1601162

摘要：概要：分布式键值存储作为最常用的分布式存储系统之一，目前广泛部署在大规模数据中心中。然而，大规模数据中心的高能耗是一个亟待解决的问题。为达到较好节能效果，同时满足数据可用性要求，本文提出一个针对基于一致性哈希的分布式键值存储系统的低能耗副本布局策略——GreenCHT，它包括一个分层副本布局方案、一个可靠的分布式日志和一个预测能耗模式调节器GreenCHT将副本分布在互不重叠的多个节点层，而非随机放置于哈希环的部分节点。在分层副本布局中，部分节点层可以维持活动状态，其他节点可以被关闭而不影响数据可用性，以达到节能目的。为保证节能状态下的系统可靠性，对于待机副本的写请求，被重新映射到活动的服务器，以保证系统的容错性。通过修改Sheepdog原有的数据分布算法和副本布局策略，GreenCHT被配置在Sheepdog存储集群中。实验中，GreenCHT能够节省35%–61%能耗，同时维持较好性能和可靠性。

关键词：一致性哈希表；副本布局；能源管理；键值存储系统；可靠性

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一种采用纠删码缓存的高能效且可靠的存储系统 Article

Ji-guang WAN, Da-ping LI, Xiao-yang QU, Chao YIN, Jun WANG, Chang-sheng XIE

《信息与电子工程前沿（英文）》 2017年第18卷第9期页码 1370-1384 doi: 10.1631/FITEE.1600972

摘要：在现代的多副本节能存储系统中，主副本的磁盘总是保持着开启以对外提供服务，而其他副本的磁盘则可以在负载低时保持关闭状态以节能。然而，因为新的写请求不能够被立即同步到所有的磁盘上，所以系统的可靠性被降低了。本文中，我们设计了一个基于RAID10的具有高可靠性和高能效的副本存储系统——RERAID。RERAID使用主副本磁盘上的一部分空闲空间结合纠删码构造了一个编码缓存来接收新的写请求。因为通过使用纠删码，编码缓存能够支持2个甚至更多磁盘的故障恢复，所以RERAID能够保证与RAID10存储系统想当的可靠性。另外，我们还设计了一个纠删码写（erasure coding write, ECW）算法来缓存那些小的随机写，并把它们合并成大的写数据块，然后并行写入编码缓存中以提高写性能。

关键词：可靠性；高能效；存储系统；纠删码；缓存管理

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面向离散多智能体系统一致性问题的自触发鲁棒分布式模型预测控制方法 Research Articles

李佳琦1,王庆领2,苏延旭2,孙长银

《信息与电子工程前沿（英文）》 2021年第22卷第8期页码 1068-1079 doi: 10.1631/FITEE.2000182

摘要：针对一类有界加性扰动下的非线性离散多智能体系统一致性问题，提出一种基于自触发鲁棒分布式模型预测控制的一致性算法。首先构造了一个新的代价函数，多智能体系统通过该函数进行耦合控制。为克服加性扰动，利用每个智能体的模型预测控制器迭代求解最坏情况下的局部最小—最大优化问题。然后，给出保证算法迭代可行性和闭环多智能体系统达到一致性的充分条件。对于每个智能体，设计了兼容性约束和一致性误差终端域。最后，通过仿真算例验证了所提算法的有效性和正确性。

关键词：一致性；自触发控制；分布式模型预测控制

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大数据存储技术综述 Review

Aisha SIDDIQA, Ahmad KARIM, Abdullah GANI

《信息与电子工程前沿（英文）》 2017年第18卷第8期页码 1040-1070 doi: 10.1631/FITEE.1500441

摘要：对于容量快速增长、日趋多元化的大数据，业界亟需开发可行性更好的存储工具。为满足大数据存储需求，存储机制已经形成从传统数据管理系统到NoSQL技术的结构化转移。然而，目前可用的大数据存储技术无法为持续增长的异构数据提供一致、可扩展和可用的解决方案。在科学实验、医疗保健、社交网络和电子商务等实际应用中，存储是大数据分析的第一步。本文旨在对目前可用于大数据的最先进的存储技术进行全面调查，提供了一个明确的大数据存储技术分类方法，以帮助数据分析师和研究人员了解和选择更适合其需求的存储机制。我们使用布鲁尔的CAP定理比较和分析了现有存储方法，评估了不同存储架构的性能，讨论了存储技术的意义、应用及其对其他类别数据的支持。为了加快部署可靠和可扩展的存储系统，文中还突出了未来研究面临的几个挑战。

关键词：大数据；大数据存储；NoSQL数据库；分布式数据库；CAP定理；可扩展性；一致性-分区弹性；可用性-分区弹性

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ShortTail：降低纠删码内存存储系统的尾部延迟 Research Article

滕云1,3,李之悦2,4,黄晶1,3,张广艳2,4

《信息与电子工程前沿（英文）》 2022年第23卷第11期页码 1646-1657 doi: 10.1631/FITEE.2100566

摘要：

为获得高性能和高数据可用性，基于纠删码的内存存储系统得到广泛应用。然而，随着集群规模不断增长，服务器级别的性能降级问题出现得越来越频繁，进而导致长尾延迟。在基于纠删码的系统中，由于一个纠删码操作可能依赖于多个子操作的同步完成，长尾延迟的影响被进一步放大。本文提出一种称为ShortTail的基于纠删码的内存存储系统，该系统可实现稳定的性能和较低的读写延迟。首先，ShortTail使用轻量请求监视器监测每个内存节点性能，以便及时发现性能降级节点。其次，ShortTail选择性执行降级读操作和重定向写操作，以避免访问性能降级节点。最后，ShortTail采用一种自适应写策略降低小写请求的写放大程度。本文在Memcached上实现了ShortTail，并将其与两个系统进行比较。实验结果表明，ShortTail最高可降低63.77%的99分位延迟，且显著改善中位延迟和平均延迟。

关键词：纠删码；内存存储系统；节点性能降级；小写请求；尾部延迟

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一种用于判断分布式网络中故障节点的自主故障诊断及决策算法 Article

Adel KHOSRAVI,Yousef SEIFI KAVIAN

《信息与电子工程前沿（英文）》 2016年第17卷第9期页码 885-896 doi: 10.1631/FITEE.1500176

摘要：概要：本文致力于处理具有任意易错节点及健康接入点的分布式无线网络（distributed wireless networks, DWNs）的故障诊断一致性（fault-diagnosis agreement我们提出一个新算法，可在无故障成员间对其中失效节点的认定达成一致。该算法为完全链接分布式无线网络而设计，同时易于改造为适用于部分链接网络。本文的贡献在于通过在所有无故障成员中检测同一失效单元列表，来减少拜占庭协议过程的比特复杂度，从而将恶意单元从其它协商进程中移除。

关键词：故障诊断；决策；拜占庭协议；分布式无线网络；一致性

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多智能体系统的二分异步脉冲跟踪一致性 Research Article

张玲忠1,李媛媛2,楼俊钢3,卢剑权4

《信息与电子工程前沿（英文）》 2022年第23卷第10期页码 1522-1532 doi: 10.1631/FITEE.2100122

摘要：

本文研究了多智能体系统如何通过实施异步脉冲控制输入实现分布式二分领导跟随一致性。所提出的异步脉冲控制方法不要求所有多智能体的脉冲信号同时发生。多智能体系统相邻节点之间的通信链路存在合作或竞争关系。在领导者控制输入非零的情况下，得到了在闭环多智能体系统中实现二分异步脉冲跟踪一致性的充分条件。本文讨论了更广泛的异步脉冲效应范围。

关键词：二分追踪；多智能体系统；异步脉冲；一致性

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具有受控初始状态递归树的一致性分析及其拉普拉斯能量 Research Articles

洪美都,孙伟刚,刘苏雨,轩腾飞

《信息与电子工程前沿（英文）》 2020年第21卷第6期页码 809-962 doi: 10.1631/FITEE.1900133

摘要：本文研究一类具有受控初始状态递归树的一致性问题。由拉普拉斯谱定义的网络一致性用于刻画含有噪声线性系统的一致性动力学。基于这类递归树的规则结构，得到拉普拉斯特征值连续两次迭代的递归关系，并由此得到一阶和二阶一致性的精确解。它们由所有非零拉普拉斯特征值的倒数和与平方和来定义。一阶和二阶一致性的幂律关于网络规模N分别为ln N和N。研究表明递归树初始节点数目越少，其一致性表现越好。最后，用数值例子研究一致性和拉普拉斯能量之间的关系，结果表明一阶和二阶一致性分别随拉普拉斯能量以指数和线性速率增长。

关键词：一致性；网络一致性；拉普拉斯能量

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一种新型的有向拓扑条件下普通线性多智能体系统的一致性协议 Article

Hao-liang LI, Ren-nong YANG, Qiu-ni LI

《信息与电子工程前沿（英文）》 2017年第18卷第8期页码 1071-1081 doi: 10.1631/FITEE.1601422

摘要：本文研究了普通线性多智能体系统在有向拓扑条件下的一致性问题。首先基于分布式PID（Proportional-integral-derivative）控制提出了一种新的一致性协议，然后通过变量转换将一致性问题转变为一个渐进稳定问题，通过状态投影方法给出了系统实现一致性的充分必要条件和一致性函数的显示表达式，然后构建Lyapunov函数，基于线性矩阵不等式（Linear matrix inequality, LMI）给出了一致性协议中增益矩阵的范围，最后通过两组实验来验证这种方法的优势。仿真结果表明了所提方法的有效性。

关键词：多智能体；一致性；PID（Proportional-integral-derivative）控制；线性矩阵不等式

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带有网络智能体的去中心化多智能体强化学习进展 Review Article

张凯清1,杨卓然2,Tamer BAŞAR1

《信息与电子工程前沿（英文）》 2021年第22卷第6期页码 802-814 doi: 10.1631/FITEE.1900661

摘要：多智能体强化学习长期以来一直是机器学习和控制领域的重要研究课题。最近在（单智能体）深度强化学习领域的进展重新唤醒了对多智能体强化学习的研究兴趣，尤其在理论分析方面。本文回顾这个大课题中的一个子领域：带有网络智能体的去中心化多智能体强化学习。在这一场景中，多个智能体在一个共同的环境中进行序贯决策，无需中心控制器的协调，且智能体被允许和它们在通信网络上的邻居交换信息。这样的一个模型在很多方向都有相关应用，包括机器人控制、无人车控制、移动传感器网络控制、智能电网，等等。本综述旨在覆盖和整理我们和其他科研人员在这一方向的相关工作。

关键词：强化学习；多智能体系统；网络系统；一致性优化；分布式优化；博弈论

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无线传感网络环境下基于信息新鲜度约束的事件触发卡尔曼一致性滤波算法 Research Articles

王蕊1,李雅辉1,孙辉1,张友民2

《信息与电子工程前沿（英文）》 2021年第22卷第1期页码 1-140 doi: 10.1631/FITEE.2000206

摘要：提出一种新的基于无线传感网络的事件触发卡尔曼一致性滤波（ET-KCF）算法。该算法基于信息新鲜度，通过计算采样信息的信息年龄（age of information，AoI）度量信息的新鲜度。该算法集成传统的事件触发机制、信息新鲜度计算方法和卡尔曼一致性滤波（KCF）算法，可以更有效地估计飞机舱内的污染物浓度。该方法还考虑了数据包丢失和通信路径丢失对信息传输的影响，提出一种基于AoI约束的ET-KCF阈值选择方法，将每个数据包的AoI与系统最小平均AoI比较。最后，利用李雅普诺夫稳定性理论和矩阵理论证明了算法的收敛性。仿真结果表明，与现有KCF算法相比，该算法具有更好的容错性，与其他ET-KCF算法相比，其功耗更低。

关键词：分布式卡尔曼一致性滤波；事件触发机制；信息年龄（AoI）；稳定性分析；能量优化

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中心节点距离对树状网络一致性的影响

李达权,孙伟刚,胡鸿翔

《信息与电子工程前沿（英文）》 2023年第24卷第9期页码 1349-1356 doi: 10.1631/FITEE.2200400

摘要：本文研究了两个中心节点之间的距离对网络一致性的影响。网络一致性由拉普拉斯特征值所量化，可用来衡量线性系统对外部噪声的一致性程度。为获得网络一致性关于距离的精确表达式，选取一类由网络参数控制的具有两个中心节点的树状网络。利用其规则的拓扑结构，得到一致性关于网络参数和网络规模的解析表达式。证明两个中心节点距离越短，度的差异性越大，网络一致性越好。在相同网络规模和距离下，最大的中心节点度差异会导致最优的一致性。最后，建立了网络一致性与平均路径长度之间的联系，发现它们呈线性关系。

关键词：一致性距离平均路径长度

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脉冲控制下具有动态加入特性的多智能体系统一致性 Research Articles

胡翔1,张祖凡1,李传东2

《信息与电子工程前沿（英文）》 2021年第22卷第1期页码 1-140 doi: 10.1631/FITEE.2000062

摘要：研究在原有多智能体系统中动态加入一些新智能体组后如何实现整个多智能体系统的状态一致性。分析在当前常见的不同网络拓扑形式下动态加入智能体组的可行性，并从理论上获得4种可行方案，其中一种方案在实际工业生产中是最佳的。然后，针对最佳方案进行多智能体系统的动力学建模。采用脉冲控制理论和李雅普诺夫稳定性理论，分析具有动态加入特性的多智能体系统实现状态一致的条件。最后，提供一个数值例子验证本文理论的实用性和有效性。

关键词：多智能体系统；网络拓扑；脉冲输入；动态加入特性；状态一致性