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关键词： 网络安全设备   统一策略配置系统   软件设计   策略分级   策略翻译   策略冲突  

摘要： 互联网、移动互联网、物联网的不断融合发展，在为人类生活带来各种便利的同时，使得网络威胁频繁化、多样化、复杂化。为确保大规模网络的稳定运行，保障网络中各系统和数据的安全，实现对各类复杂威胁的有效处置，需要部署防火墙、安全网关等各类安全设备。为使这些安全设备发挥应有的作用，实现网络安全通信、系统稳定运行和数据访问有效控制，必须为安全设备配置准确、完整、有效的安全策略。在大规模网络中，安全设备呈现出数量巨大、地域分散、关系分级且配置方式异构等特点，导致安全设备的配置存在工作量大、异构设备配置复杂、策略冲突等问题。针对以上问题，本文设计并实现一种安全设备统一策略配置系统，以保障设备安全有效运行，提高设备配置效率。具体工作包括:　　(1)针对大规模网络环境下安全设备分布广、数量大、配置方式多样等特点所带来的安全策略统一配置复杂度高、配置过程难以控制的问题，提出了一种安全设备统一策略配置系统架构。该架构提供有效的策略收发功能的同时，支持策略异常检测、策略翻译和结果反馈。即对配置策略进行冲突检测与消解，为配置系统提供策略有效性检测功能;同时将配置策略翻译为设备能识别的配置命令，以兼容配置方式异构的设备;最后归一化各异的配置结果，为管理员提供统一的策略配置反馈。通过以上各部分协作，实现了策略准确生成，保证了安全策略的及时下发，为网络安全设备的有效运行提供基础。　　(2)针对大规模网络环境下安全设备种类多、厂商不一、配置命令语法各异的特点所带来的安全策略配置过程繁琐、容易出错的问题，设计了基于编码的安全设备策略翻译方案。该方案由安全策略归一化描述方案和基于编码的归一化策略翻译方案组成:安全策略归一化描述方案定义了统一的策略描述格式，兼容不同厂商的差异化配置方式，为后续的策略处理提供基础;基于编码的归一化策略翻译方案利用编码简单、通用、易计算的特点，构建灵活的策略翻译规则，以指导归一化策略向设备个性化配置命令行转换，实现了扩展性强、准确度高的策略翻译。通过以上两个部分，将统一的策略配置到不同的设备上，提高了策略配置效率。　　(3)针对大规模网络环境下配置策略繁多而导致的策略冲突问题，设计了一种基于编码的安全设备策略冲突检测与消解的方案。该方案包括基于策略树的冲突检测和基于优先级的冲突消解两个部分:策略冲突检测以归一化的策略描述语言为基础，采用策略树结构，通过构建策略树的层级关系规则，指导策略树的构建，以进行策略树路径匹配，实现通用的、可扩展的策略冲突检测;策略消解通过构建消解规则，指导计算策略的优先级，以优先级高的策略覆盖优先级低的策略，实现通用的、可扩展的策略冲突消解。通过以上两部分，共同实现了策略冲突检测与消解，保障了策略配置的正确性。　　本文针对大规模网络安全设备的统一配置需求，基于策略分级配置架构、策略翻译方案和策略冲突检测消解方案，实现了安全设备统一策略配置系统。通过对不同类型的设备进行配置实验，证明统一配置系统的有效性、通用性和可扩展性。

关键词： 拖拉机   液压悬挂   控制系统   硬件设计   软件设计  

摘要： 随着智能技术和电子控制技术的发展和应用，我国的农业装备正在从机械化朝着自动化和智能化的方向发展。拖拉机作为实现农业现代化所必需的机械装备，而悬挂装置是拖拉机重要的作业机构，因而对于传统的液压悬挂系统转型为现代的电控液压悬挂系统显得尤为重要。机电液一体化技术的应用能够解决拖拉机的一些关键问题，将电控技术及液压技术应用到农业机械领域中，也已经成为了现代农业机械的重要发展方向。　　论文首先阐述了拖拉机传统液压悬挂系统的类型和工作原理，然后提出基于STM32的拖拉机液压悬挂控制系统的总体设计，通过对比表明电控液压悬挂系统的优势，并详细介绍了系统的组成以及工作原理，对传统的液压系统进行改装，使用电液比例换向阀代替分配器，使用控制面板来替换机械式的操作手柄，并添加显示器来实时监测并显示系统信息，安装了传感器可以间接检测农具的状态。系统通过检测传感器的信号，并且操作控制面板来控制液压系统，从而达到控制农具的目的，来提高作业的质量和效率。　　由于拖拉机悬挂农具在作业时，选取不同的作业深度调节方法达到的控制效果有差别，并结合本系统选取可以进行力和位移同时调节的方式——力位综合调节。同时，因为较为复杂的地况、悬挂系统较大的惯性以及非线性的系统，对建立其确切数学模型的难易度，通过对比传统控制方式和模糊控制方式的不同及优劣性，最终选取适合本系统的控制方式。通过使用Simulink设计了电液悬挂系统的模糊控制器，并通过控制器得出控制规则表，将规则表保存到控制器来加快算法的计算速度。最后使用AMEsim与Simulink联合仿真的方式，测试控制器和液压系统的模型，得出了模糊控制可以提高系统的准确性以及调节速度。　　电液悬挂系统控制部分包括硬件设计和软件设计，硬件部分主要是以STM32为主控芯片，并设计了外围电路包括传感器信号的采集、脉宽调制、控制面板的按键、设定以及串口通信和显示等电路，构成了控制器的整体硬件结构。软件部分主要有系统的主程序和子程序，包括A/D转换、手动控制、自动控制、PWM信号以及模糊控制等子程序。　　为了实现数据的实时采集，使用串口助手实时与控制器进行通信，将数据采集到电脑上，并进行储存。最后，在田间进行试验，通过整理和分析数据，可以得出设计的电控液压悬挂系统可以完成对农具的手动控制、设定深度的自动控制以及改变综合度系数的综合性调节，验证了系统的可行性。

关键词： 第五代蜂窝移动通信系统   终端模拟器   软件设计   并行计算   负载均衡  

摘要： 第五代蜂窝移动通信系统(5G)具有10Gbps的上下行峰值传输速率、100Mbps的小区边缘传输速率以及1ms的空口时延。同时，5G需要支持增强型移动带宽、高可靠低时延、大规模机器互联等三种应用场景。5G的三大应用场景标志着基站协议栈软件的设计将会十分复杂，因此对基站协议栈进行测试也会愈发困难。终端模拟器软件测试作为基站协议栈软件测试过程中的关键一环，在未来5G协议栈开发中十分重要。5G多种应用场景标志着终端模拟器软件需要灵活支持多种类型协议的测试，大量接入的终端要求5G终端模拟器软件具有模拟大规模终端的能力，传统的终端模拟器软件无法应对这两大挑战。因此，本文在分析现有的终端模拟器软件的基础上，设计和实现了5G终端模拟器软件，主要研究内容如下:　　(1)提出一种分布式的大规模终端模拟架构。将系统内节点类型分为管理节点和模拟器节点。模拟器节点内建立子任务调度模型，将多终端调度转换为子任务的调度，缩小了任务执行粒度，有利于不具有先后执行要求的子任务并行执行，可以充分发挥现代多核硬件并行计算的优势。提出一种更加适应5G终端模拟器软件运行环境的多因素动态负载均衡算法。达到多模拟器节点任务负载均衡的目的，从而整个模拟器软件系统模拟的终端数量可随模拟器节点数量的增加更加平滑的扩展。　　(2)提出了一种积木化的模拟器软件模块组织设计方式。通过设计一种基于模块路由表的模块灵活组织方案，记录模块间的组织关系，可动态更改模块的组织关系，快速形成面向不同应用场景的终端模拟器软件。结合模拟器的子任务模型，路由表可以将记录模块的组织关系转换为记录子任务间的组织关系，依靠缩小的任务粒度提高终端模拟器软件的吞吐量。　　(3)实现5G终端模拟器软件，并进行了功能和性能测试。结果表明该终端模拟器软件符合5G标准，为5G开发过程提供了一款软件测试的工具。

关键词： 光电探测   固体激光器   树莓派嵌入式开发   软件设计  

摘要： 固体激光器具有体积小、功率大、使用方便的特点,在激光加工中应用最为广泛。作为激光加工的核心部件,激光器的输出特性直接影响加工的质量和效率。在激光器的所有参数中,激光器的输出功率及其稳定性是激光器输出特性的最基本技术指标。并且其功率稳定性会受到工作电流、工作电压、光斑模式、工作温度等诸多因素的影响。因此,开发一个监控系统,能够在不影响激光器的前提下实时监控固体激光器的输出功率,这将会显著提高激光加工的产品合格率。目前,国内外最常用的激光功率探测器有:光电型、热释电型、体吸收式和量热计等,测量方式主要有直接测量法和尾镜采样法。本论文从用户的需求出发,选择合适的测量方法,提出总体的设计方案,进行理论分析、实验验证和硬件软件设计,设计并实现一种新型高功率激光实时监控装置。具体的研究内容如下:(1)分析激光功率监控系统的研究背景和现状,根据实际工程的需要确定本论文的研究对象和技术要求;(2)分析几种不同的测量方式,提出尾镜采样法的系统总体设计方案,对基本原理进行理论和实验上的验证,充分证明尾镜采样法的可行性;(3)设计系统的硬件部分,分析各个模块的设计思路和实现功能,完成主要部件的选型和设计,设计外壳并进行硬件封装,提高系统的整体性和易用性;(4)设计系统的软件部分,通过软件界面设计实现人机交互的功能,利用数据处理算法实现硬件资源的整合,介绍数据处理的核心算法,包括对数据读取、检验、保存过程的算法设计;(5)进行系统的误差分析,介绍系统的误差来源,给出减小误差的方法,从实验上证明系统的误差满足项目要求。对系统的测量范围进行校准,实现可切换多档量程的功能。

关键词： 增产措施   工作量预测   数据预处理   指标体系   软件设计  

摘要： 大部分油田生产已经进入中后期阶段,油井增产措施工作量的预测不仅关系到采油工程系统未来的发展目标与方向,也关系到整个油田开发系统未来能否良性、科学发展,是油田开发规划的重要组成部分。本文对现场常用的几种主要的油井增产措施增产机理进行了研究,并结合本文的主要研究内容,建立了由油井措施效果预测指标、增产措施工作量预测指标以及增产措施工作量方案评价指标共同构成的基本指标集。首先优选了增产措施工作量预测的指标,主要由控制指标与状态指标构成;针对于增产措施工作量方案评价指标体系,本文综合运用ISM解释结构模型理论以及SVM-FCM特征法对指标进行了优选。增油效果的预测在整个措施工作量预测中具有基石的作用,本文构建了由指标选择子系统、数据预处理子系统、增油量预测子系统三个模块构成的预测模型。该模型利用灰色关联法计算了不同措施效果的指标关联度,得到了不同增油措施的影响指标;在预处理过程中通过FOMABCLD算法和贝叶斯理论剔除了异常值、弥补了缺失值;结合双尺度贝叶斯公式利用不同措施指标系统下的大量有效历史数据预测了增油效果。措施工作量预测模型设计中,既包括确定型、不确定型预测模型及其解法的构建,也包括多种工作量规划方案的优选。其中确定型措施量预测模型了考虑了成本、增油效果以及工作量限制等多种目标;不确定型预测模型结合随机优化理论,设计了混合智能解法,从而有效地实现了工作量的预测。利用模糊层次分析法根据各个指标之间的优先程度,实现了多种方案的优选,具有理论与实际双重意义。基于中石油A5项目数据库,利用Python开发语言,结合中石油十六家油田实际生产现状,编制了实现油井增产措施工作量预测及规划的软件平台。

关键词： 分布式储能系统   功率平衡   事件触发   有限时间收敛   软件设计  

摘要： 光伏、风电等分布式电源出力的间歇性以及负荷需求的随机性给微电网功率平衡带来了新的挑战。引入储能系统可以有效解决微电网的功率不平衡问题。相对于传统集中式储能存在线路损耗和投资压力等缺点,分布式储能因其控制灵活、传输损耗小、地理分布广的特点成为当前的一个研究热点。论文针对带约束的分布式储能系统的调度问题进行研究,在满足系统功率平衡的前提下,合理的调度各分布式储能单元的充放电功率,实现系统充放电过程中的总功率损耗最小化,即实现资源配置上的最优化。完成的主要工作如下:（1）针对分布式储能系统调度问题,提出了一种基于事件触发的分布式调度算法。相对于连续通信,该算法降低了能源损耗。理论分析表明算法不发生Zeno现象,并保证充电功率收敛到最优值,实现优化调度。（2）针对分布式储能系统调度问题,提出了一种有限时间收敛的分布式调度算法。该算法在保证微电网功率平衡的条件下,考虑了储能单元充电功率约束,确保各分布式储能单元的增量成本在有限时间内收敛到一致值,实现系统充电功率损耗最小化的目标。（3）针对微电网分布式储能系统调度问题,设计了一款调度软件,可以在软件中实现调度、监控等功能,便于系统的运营管理。

关键词： 光纤传感   布里渊散射   人机交互   布里渊散射阈值   FSK  

摘要： 由于光纤传感技术具有抗电磁干扰、防腐蚀和长距离传输等诸多优点,在国防、军事、工业、交通、医药、教育、家庭等领域都有着广泛的应用。实验室基于布里渊散射光时域反射原理研发了光纤传感系统,该系统能够同时测量温度和应变等物理信息,但在将光纤传感技术应用在各个领域进行数据采集监控传输时,需要相应的软件系统来实现交互控制。本文以Python(x,y)为主要开发平台,设计研发了一个分布式光纤传感器人机交互软件平台来服务于实验室的分布式光纤传感系统。本文设计的人机交互软件主要用来实现对光纤传感系统采集参数的设置及数据采集,对采集到的原始数据进行处理和计算后获取光纤上的温度和应变信息,并将采集和处理后得到的结果(原始数据、温度变化、应变变化)通过交互界面进行显示。本文设计了功能菜单模块来实现对采集参数的设置和数据采集的控制,数据处理模块来实现对采集到的数据的计算处理,数据库模块来实现对采集到的数据的存储和查询,图像处理模块来实现对界面显示的图像的保存、放大、缩小、设置坐标轴范围和三维图像观察角度等图形处理操作,网管模块来实现对系统中的参数信息的设置和查询。基于自发布里渊散射的布里渊光时域反射计(BOTDR)技术既可以检测温度也能实现应变传感,但因为受光纤固有衰减的影响限制了传感距离。为克服这一缺点,基于受激布里渊散射的布里渊时域分析技术(BOTDA)通过引入反向传输的连续探测光,可与正向传输的脉冲进行受激布里渊作用,从而可增强布里渊散射效率,实现长距离传输。为了提升传感距离可以采用提升入射光功率的方法,但是由于光纤的非线性效应其功率上限一般不超过5 dBm,采用FSK调制技术可以提高探测光功率,尽可能地提高布里渊阈值,但FSK信号和阈值的关系还未有人研究。所以,本文推导出了基于n-FSK调制的自发布里渊散射阈值估算模型,并深入研究n-FSK调制信号的周期、n值、扫频范围和自发布里渊散射阈值的关系。根据阈值估算公式可计算出不同n-FSK调制信号下的布里渊阈值,本文计算了当调制信号分别为2-FSK、10-FSK和40-FSK时,自发布里渊散射阈值可分别达到10 dBm,17 dBm和20 dBm。最后论文通过实验验证了当调制信号为2-FSK时,实际阂值与用阂值估算模型计算出的阈值在实验误差范围内是一致的,从而验证了阂值估算模型的正确性。这一研究为后续采用FSK调制技术的布里渊光时域分析系统中确定探测光功率和设计n-FSK调制信号的周期、n值和扫频范围提供了一种依据。

关键词： 电影推荐系统   软件设计   功能模块   协同过滤算法  

摘要： 现今社会是一个网络资讯爆炸的社会，而电影资源是网络资源的重要组成部分。越来越多的信息使得在快节奏生活中的人们既感到不知所措，也面临无从下手的问题，因此，帮助用户寻找自己所需要的信息，是一个很大的挑战。所以本文旨在为用户从众多电影信息中推荐与其品味相似度较高的电影。　　论文主要研究了推荐系统在国内外发展的现状，对国内外目前的主要应用进行了调研。详细介绍了在传统协同过滤算法的基础上改进之后的协同过滤算法，其改进点主要在于用户或者物品间相似度的计算，通过惩罚热门物品或活跃用户来提高推荐性能。之后通过实验对比，从推荐准确率、召回率等来说明改进后的算法要比传统的协同过滤算法准确率更高，效果更好。同时，在算法这一方面也介绍了一种基于深度学习的推荐算法，主要用到了文本卷积网络。在进行特征工程之后，将电影名放入文本卷积网络中，以及电影类型、ID等放入循环神经网络训练得到电影特征矩阵，用户特征如ID、性别、年龄等放入循环神经网络得到用户特征矩阵。在得到电影特征与用户特征之后，就可利用协同过滤算法进行推荐。　　本文在系统设计方面对系统需求进行了分析，实现了电影前台展示页面、电影评分模块、后台管理模块、推荐算法的实现以及后台数据表的设计等模块。在推荐算法的实验与设计中，采用的是美国明尼苏达大学推荐系统项目组从自己设计的movielens电影网站整理的ml-latest-small数据集与movielens1M数据集。在实验设计中，对所需要的数据集进行重新组合，并按比例拆分为训练集与测试集，利用测试集对推荐算法进行测试，所用到的指标包括准确率和召回率。　　整个系统所用到的编程语言包括Python，Htm15，jQuery，CSS以及MySQL数据库编程。基本框架是Django web框架，其中后台管理系统框架用到的是Xadmin后台框架，通过这两种框架对系统与数据库进行连接与操作。用户首先在网站进行注册、登陆之后才可以对电影进行及评分。评分的范围在0.5-5分之间，评分之后点击查看推荐按钮会跳转到系统推荐页面。最后，超级管理员可对系统涉及到的用户信息与电影信息进行管理。

关键词： 大数据可视化平台   软件设计   功能模块   微服务架构  

摘要： 随着互联网行业的快速发展，越来越多的企业开始认识到数据的重要性。大数据逐渐成为各大企业认识自身现状以及决定未来发展方向的一个重要参考。传统方式的大数据统计需要人工完成从数据ETL(Extract-Transform-Load)及数据展示的工作。该过程需要大数据、后端及前端开发工程师共同协作完成，不仅占用大量人力资源，也使得开发周期较长。由此，通过可视化界面操作方式的数据统计分析系统平台便应声而生。目前国内外市场上存在的可视化系统平台专注于可视化ETL或可视化建站，而将两者结合起来的可视化平台相对较少。因此，需要一个可视化的系统平台，能够将可视化ETL和可视化建站无缝结合，为用户的数据统计工作提供一体化的服务，提升用户数据统计工作的效率。　　大数据可视化统计分析通用平台是指通过可视化界面操作的方式完成大部分大数据统计分析及展示需求的系统平台。该系统平台主要包括可视化ETL、可视化建站、权限管理、数据订阅、系统监控等几大功能模块。可视化ETL通过拖拽和配置组件的方式完成数据源的接入、数据ETL的处理以及数据建模的过程。可视化建站通过拖拽和配置的方式完成数据站点的创建，实现数据可视化的过程。权限管理主要负责本系统平台各资源的访问权限，为数据的保密性和安全性提供有力保障。数据订阅主要为图表数据的订阅，包括报表数据订阅和阈值通知，便于用户方便及时地获取最新动态数据。系统监控主要负责监控本系统平台各资源的使用情况以及性能和稳定性。　　本人在该项目的研发过程中主要负责了可视化ETL、可视化建站、权限管理、数据订阅、系统监控功能的研发。研发过程主要基于Spring框架，将MySQL、Redis、HDFS作为数据存储工具，并使用Apache Kylin、Spark等数据计算工具，以高性能、高可扩展性为核心原则进行架构设计，最终以微服务架构的理念组合各个服务，完成了系统的整体搭建。　　本项目实现的可视化统计分析通用平台现已在公司投入使用，其商业价值主要在于为各个部门的数据统计工作提供了一个便捷的系统平台，支撑每日数亿条数据的统计及展示工作，将各部门数据统计的工作效率提升了约30倍，大大节约了公司成本。其技术价值在于无缝地结合了可视化ETL和可视化建站两大需求，可以方便快捷地完成数据统计及展示的整个过程。

关键词： 脑卒中手部康复训练   手部姿态估计   手势识别   人机交互   计算机视觉  

摘要： 脑卒中是一种由上运动神经元受损引起的疾病,容易导致患者产生不同程度的功能障碍。脑卒中的康复医疗主要是预防和处理脑卒中患者的各种神经功能缺失,手部康复训练就是其中一种。手部动作是实现人机交互的途径之一,随着近几年机器学习和深度学习方法的普及,基于手部动作跟踪和识别的人机交互技术取得了新的进展。基于计算机视觉的手部动作跟踪与识别技术为脑卒中患者的手部康复训练提供了新的解决方案。脑卒中患者的手部情况相比于正常人较为特殊,经常表现为自遮挡严重和闭合程度较高,这为使用手部动作跟踪和识别技术辅助手部康复训练增加了一定难度。对于这一情况,结合手部康复训练的要求和手部动作跟踪与识别技术的最新研究进展,针对脑卒中患者的手形复杂、手部数据标注代价高以及对实时性要求较高的情况,使用基于部分监督生成模型的LSPS算法实现手部姿态估计,实时获取患者手部三维关节点信息,实现手部动作跟踪;然后,总结出患者康复训练过程中的七种手势,基于三维关节点信息计算手势的相关特征,实现手势类别识别,帮助在训练过程中纠正患者的错误手势;最后,结合当前手部康复训练领域的研究进展、医生的建议以及对脑卒中患者手部情况的观察,总结出可用于评估患者手部康复状态的参数数据,根据手部姿态估计得到的关节点信息,计算康复状态数据,并将计算结果可视化。结合以上工作,实现面向脑卒中康复训练的手部动作跟踪与识别软件,帮助脑卒中患者实现在复杂手形、实时性强、低成本情况下的手部康复训练。通过与康复游戏系统相结合并投入医院使用,证明提出的手部动作跟踪与识别软件实现了预期的功能目标。