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ISSN 1000-0054
CN 11-2223/N
创刊于 1915 年 (月刊)
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第十三届清华大学-横山亮次优秀论文奖暨2016年度清华之友—日立化成学术交流奖颁发
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  2017年, 第57卷, 第11期 上一期   
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计算机科学与技术
血液管理RFID多标签识别碰撞避免方法  收藏
田川, 叶晓俊, 王祖良, 李鑫
清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (11): 1121-1126.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.21.023
摘要 ( 0 )   HTML    PDF(1933KB)
EPCglobal_Class1 Gen2协议标准中的动态帧时隙ALOHA标签防碰撞Q算法没有完全消除空时隙,浪费了时序资源,在血液管理这种实时性要求高、标签数量大的情况下是不能接受的。该文提出一种多标签识别碰撞避免方法,将标签识别过程分为两次时隙预分配和标签识别2个阶段,消除了Class1 Gen2协议的空时隙以提高时间利用率。对血液管理应用场景进行了数值仿真分析,结果表明该方法能够显著提高标签识别效率。
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APT攻击与防御  收藏
张瑜, 潘小明, LIU Qingzhong, 曹均阔, 罗自强
清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (11): 1127-1133.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.21.024
摘要 ( 1 )   HTML    PDF(1004KB)
高级持续性威胁(advanced persistent threat,APT)逐渐演化为各种社会工程学攻击与零日漏洞利用的综合体,已成为最严重的网络空间安全威胁之一。APT以攻击基础设施、窃取敏感情报为目的,且具有强烈的国家战略意图,从而使网络安全威胁由散兵游勇式的随机攻击演化为有目的、有组织、有预谋的群体式定向攻击。近年来,APT攻击与防御已受到网络空间安全社区的持续关注,获得了长足发展与广泛应用。该文首先回顾了APT起源与发展演化过程;其次讨论了APT攻击机理与生命周期;然后探讨了APT防御体系与检测方法,归纳总结目前APT检测防御的最新技术;最后讨论了APT攻击发展趋势、APT防御存在的问题和进一步研究方向。
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改进的SM4算法的选择明文DPA攻击  收藏
陈佳哲, 李贺鑫, 王蓓蓓
清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (11): 1134-1138.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.26.056
摘要 ( 0 )   HTML    PDF(1969KB)
侧信道攻击,特别是差分功耗分析(differential power analysis,DPA)是对芯片中运行的分组密码算法进行安全性分析的主要手段之一。该文主要研究针对硬件实现的SM4算法的DPA攻击。合理地对明文进行选择,可以使SM4线性变换层有变化的输入比特尽可能少地影响输出比特,从而对硬件实现的SM4算法进行有效的侧信道攻击。通过分析线性变换层的比特关系,该文发现了选择明文模型下8个比特依赖关系。在此基础上,将这些比特依赖关系结合已有的比特关系,建立分析模型、更充分地利用轮输出的比特信息,对现有的SM4选择明文DPA攻击进行了改进。实验结果表明:该方法能有效提高SM4算法选择明文DPA攻击的成功率。
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基于API调用分析的Android应用行为意图推测  收藏
沈科, 叶晓俊, 刘孝男, 李斌
清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (11): 1139-1144.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.26.057
摘要 ( 0 )   HTML    PDF(3377KB)
围绕移动应用程序的用户行为意图分析,结合后台应用程序接口(application program interface,API)调用和前台应用图形用户界面(graphic user interface,GUI)状态,该文提出一种在移动应用(App)运行时产生的多元时间序列数据上识别应用行为模式的方法,给出一个包括Android应用程序静态预处理、动态监控运行和行为意图推测3阶段的不良应用程序用户行为推测框架。介绍了基于Android平台API调用分析的应用行为意图动态推测系统原型实现技术,选取代表性应用案例验证了该文提出的不良行为模式识别算法的有效性,并通过实际应用剖析了基于API调用分析推测用户行为的实用性。
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基于Hash聚合动态数据持有性方案安全性分析  收藏
邹静, 李斌, 张利, 骆扬, 孙运传, 李世贤
清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (11): 1145-1149,1158.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.26.058
摘要 ( 0 )   HTML    PDF(1139KB)
为了防止数据丢失、修改或破坏等,需要对存储在云端的远程数据进行持有性验证。云端动态数据可持有性是当前云数据安全领域的研究热点之一。该文针对已有典型基于Hash聚合动态数据持有性证明方案,分析其验证过程存在的安全问题及其产生原因。结果表明:Hash聚合方法能有效减少由于数据动态操作而增加的数据存储量、计算量、传输量等验证成本,但是如果忽略对于数据块位置与数据块值对应关系的验证则会面临替换攻击,导致严重的安全问题。
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一种基于角色和属性的云计算数据访问控制模型  收藏
王于丁, 杨家海
清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (11): 1150-1158.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.26.059
摘要 ( 1 )   HTML    PDF(1236KB)
云计算具有开放性、共享性和弹性等特点,这使得传统的访问控制模型不再适应云计算中大规模用户对海量数据灵活动态的访问控制。针对这一不足,该文从云计算实体的属性角度出发,提出一种基于角色和属性的云计算数据访问控制模型,该模型在基于角色的访问控制模型基础上为相关实体引入了属性元素,用户能够通过自身和所在租户的属性及当前的状态分配角色,从而访问不同属性的数据;对该模型进行了详细的设计,阐述了工作流程,并做了安全性证明和综合分析。结果表明:该模型能够在云计算环境下,为用户访问数据提供动态、安全、细粒度的访问控制保障。
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无声语音接口中超声图像的混合特征提取  收藏
路文焕, 曲悦欣, 杨亚龙, 王建荣, 党建武
清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (11): 1159-1162,1169.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.26.060
摘要 ( 0 )   HTML    PDF(1302KB)
在基于超声的无声语音接口实现中,通常使用主成分分析或离散余弦变换提取舌部超声图像的特征。为了保留图像的关键信息,该文提出3种混合特征提取方法:使用主成分分析从小波系数中提取特征(Wavelet PCA)、分块离散余弦变换主成分分析(block DCT-PCA)和分块Walsh Hadamard变换主成分分析(block WHT-PCA)。根据能量选取适量的离散余弦变换或WHT变换系数,使用主成分分析提取选定系数的特征。实验结果表明:该文提出的混合特征提取方法优于主成分分析或离散余弦变换,其中block DCT-PCA方法最优。
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环境科学与工程
基于离散选择模型的北京市工业疏解环境影响  收藏
李天魁, 刘毅, 王超然, 汪自书
清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (11): 1163-1169.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.26.061
摘要 ( 0 )   HTML    PDF(1079KB)
疏解非首都核心功能将对整个京津冀地区资源环境压力分布空间格局产生重要影响。该文从政策、经济、资源环境3个维度识别了潜在的疏解工业门类,通过Monte Carlo方法确定企业个体规模,运用离散选择模型,综合考虑区位因素、产业资源环境效率等变量,识别了首都重点行业潜在的疏解承接地,并结合企业规模-资源环境效率水平函数,预测京津冀地区的资源环境压力空间变化。结果表明:"十三五"期间,非首都核心功能疏解将会造成北京市工业产值下降7%,主要资源消耗和污染物排放量减少9%以上,能有效缓解北京市水环境压力;京津冀区域除北京外其他地区工业产值平均增长5%左右,显著大于疏解产业带来的资源消耗与污染物排放增长。最后结合各地现有环境压力与承载力,提出了差别化的政策建议。
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基于水环境模型和数据库的潮汐河网突发水污染事件溯源  收藏
陈正侠, 丁一, 毛旭辉, 王政, 贾海峰
清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (11): 1170-1178.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.21.034
摘要 ( 1 )   HTML    PDF(4331KB)
为快速准确地实现潮汐河网突发性水污染的溯源,提出了基于水环境模型和数据库的溯源方法。以西江、北江佛山段为案例,基于EFDC(environmental fluid dynamics code)和WASP(water quality analysis simulation program)模型建立了研究区域的水动力模型、常规污染物水质模型以及有毒污染物水质模型;识别和筛选了研究区域的水环境风险源,并以此建立有毒污染物溯源数据库和常规污染物溯源数据库;最后以研究案例区内禅城沙口站监测到Cr6+超标为假设情景案例,通过数据库查询,使用反向计算确定3种可能的污染源排放情况下污染物初始排放量,再通过试错法,应用模型正向计算得到最终可能的污染源位置及对应的排放量,快速准确地完成污染物溯源。
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机械工程
无动力储能式截瘫助行外骨骼弹簧刚度优化  收藏
关鑫宇, 季林红, 王人成
清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (11): 1179-1184.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.21.035
摘要 ( 0 )   HTML    PDF(2016KB)
无动力储能式截瘫助行外骨骼为不同身高、体重和损伤情况的截瘫患者提供精准化助行,储能弹簧作为外骨骼标准元件,其刚度为固定值。该文针对该外骨骼储能弹簧刚度参数选择问题,建立了截瘫患者穿戴无动力储能式截瘫助行外骨骼单侧下肢从站立中期到站立后期动力学模型,得到人体髋关节力矩与身高、体重、髋关节角度的关系,并提出以人体髋关节和弹簧力矩之和绝对值的积分为优化目标的弹簧刚度参数优化设计方法。研究发现:不同身高、体重组合情况下,外骨骼弹簧1刚度k1满足正态分布,弹簧2刚度k2不满足正态分布;k1k2的中位数3 180和1 279 N/m作为无动力储能式截瘫助行外骨骼储能弹簧刚度参数,适用于身高和体重在百分位数P1~P99间的患者。
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基于次摆线轨迹的铣削层厚度模型  收藏
关立文, 赵肖, 王立平
清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (11): 1185-1189.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.26.062
摘要 ( 0 )   HTML    PDF(1358KB)
铣削层厚度模型很大程度上影响着铣削加工瞬时铣削力计算精度,在每齿进给量较小情况下能较好地反映铣削层厚度的瞬时变化,但在每齿进给量较大情况下铣削层厚度计算精度不足。该文分析铣削刃随刀具旋转和工件进给的运动规律,建立铣削刀具次摆线轨迹模型,给出铣削起始角和终止角,提出一种基于次摆线轨迹的铣削层厚度模型。通过与现有圆弧模型和等效均匀厚度模型对比,结果表明:该模型在不同每齿进给量下均能保证较高准确性。
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电子工程
部分全双工蜂窝网线性部署下的性能分析  收藏
毕文平, 粟欣, 肖立民, 周世东
清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (11): 1190-1195.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.21.027
摘要 ( 0 )   HTML    PDF(1302KB)
同频同时全双工(FD)通信由于其理论上可以提高一倍的频谱效率而获得了广泛关注。但是在全双工蜂窝网中,严重的小区间干扰极大地影响了系统性能。为了缓解严重的干扰,提高系统频谱效率,该文提出了一种部分全双工资源分配方案。该方案将时频资源划分为全双工资源块和半双工资源块,然后根据所服务用户的信道信息对时频资源进行分配,针对Wyner一维系统模型,将用户按其所处位置进行划分和资源分配,推导了不同划分门限下系统的频谱效率,得到了最优划分距离。仿真结果表明:相比完全全双工和完全半双工通信,部分全双工能够有效提高系统的频谱效率。
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基于空-时近邻与似然比检验的传感器网络异常点检测  收藏
刘一民, 文俊杰, 王岚君
清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (11): 1196-1201.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.21.029
摘要 ( 1 )   HTML    PDF(1150KB)
针对传感器网络中由于传感器故障造成的异常点检测问题,该文提出一种基于传感器与其空-时近邻点在测量数据之间的差异,采用似然比检验来判断传感器是否故障的异常点检测方法。在空间维,该方法基于最大后验概率选取待检测传感器当前时刻的空间近邻点;在时间维,该方法选取待检测传感器在之前若干个时刻的测量值作为其时间近邻点。然后根据待检传感器与其空-时近邻点测量数据之间的差异对其异常程度进行量化,并采用似然比检验判断待检测传感器是否故障。结果表明:该方法与已有的异常点检测方法相比,在相同的虚警率下取得了更高的检测率。例如在虚警率为10%时,该方法将检测率提升了10%~30%。
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土木工程
基于模糊数学的房地产批量评估  收藏
刘洪玉, 李妍
清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (11): 1202-1206.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.26.065
摘要 ( 0 )   HTML    PDF(1034KB)
房地产批量评估具有广泛的应用前景,也是房地产税改革的重要技术储备。目前,关于中国房地产批量评估方法和模型方面的研究日渐深入,但关于建模之前的房地产分组方法的研究还比较缺乏。鉴于此,该文重点关注批量评估的关键节点之一,即房地产分组方法,对其进行深入研究。通过引入模糊数学方法,采用贴进度方法测度不同房地产之间的相似程度,相似的房产划归同组,从而提出房地产分组的思路和应用路径。并通过实证研究验证了该方法的可行性和科学性。
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海上风电吸力桶基础地震分析  收藏
杨春宝, 张建民, 王睿
清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (11): 1207-1211.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.26.063
摘要 ( 0 )   HTML    PDF(1588KB)
为进行海上风电吸力桶基础地震安全评估,选取欧洲北海砂质海床中典型的吸力桶基础,基于三维砂土液化大变形统一本构模型,通过OpenSees有限元开源平台进行三维动力计算,分析了吸力桶基础的地震变形和倾覆转角。吸力桶基础的地震变形具体如下:基础产生一定的水平位移震荡,最终累积发展为大变形;桶基发生严重的不均匀沉降,桶基后部出现一定程度的上移;倾覆转角不断增加,最终达0.8°以上,远超过规范规定的安全稳定运营值,后期无法运营;基础转动中心在地震过程中不断调整;地震中海床孔压上升,桶基内出现一定的负孔压,可以提高抗倾覆承载力,地震结束时负压区消散。海床液化深度约3 m,桶基前部产生刺入海床破坏。海床地震液化加剧了吸力桶基础的变形和倾覆,严重影响着海上风机的安全运营。
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电机工程
基于RB-IGBT的矩阵变换器中杂散电感的影响与优化  收藏
张铁山, 蒋晓华
清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (11): 1212-1219.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.21.030
摘要 ( 0 )   HTML    PDF(2550KB)
主电路杂散电感是影响矩阵变换器开关器件可靠运行和整体性能的重要因素。该文对基于逆阻型IGBT(RB-IGBT)的矩阵变换器中杂散电感和吸收电容的影响进行分析,并由此研究主电路结构优化设计方法。首先分析了杂散电感及吸收电容对矩阵变换器中双向开关器件关断暂态过程的影响,给出了吸收电容引起矩阵变换器波形畸变的原因。基于RB-IGBT行为模型的仿真结果表明,矩阵变换器主电路杂散电感及吸收电容对双向开关换流暂态各个阶段持续时间及尖峰电压的影响并不相同。然后提出一种减小换流回路杂散电感的主电路连线与器件布局优化设计方法,归纳分析了基本设计原则,并以此构建了基于RB-IGBT的矩阵变换器样机实验平台。该样机平台下的单管多脉冲测试实验结果表明,不同换流回路下的开关器件关断电压尖峰最大值为375 V。通过对比主电路结构优化前后所测输出电流波形及谐波频谱可知,经过主电路结构优化设计后的样机平台在保证系统运行可靠的同时能获得更高的波形质量。
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单级模块化多电平矩阵变换器支路间电容电压平衡  收藏
李遥, 许烈, 李永东
清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (11): 1220-1227.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.21.031
摘要 ( 1 )   HTML    PDF(3246KB)
模块化多电平矩阵变换器(MMMC)能实现三相交流系统到三相交流系统的能量变换,具有可四象限运行、系统模块化以及良好的低频特性等优点,可直接应用于高压大容量变频调速系统。传统MMMC由于不含支路空心电感,与带支路电感MMMC相比能减小系统的体积与重量,该文针对单级传统MMMC支路电容电压,基于开关次数最优的导通支路选择策略,数值仿真分析了MMMC拓扑H桥支路电容电压的波动,在此基础上提出MMMC拓扑H桥支路间电容电压平衡策略。该策略减小了H桥支路电容电压的波动,通过实验样机验证了该策略的可行性。
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热能工程
双流体雾化喷嘴的液膜模型  收藏
朱余乐, 吴玉新, 冯乐乐, 吕俊复
清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (11): 1228-1232.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.26.064
摘要 ( 0 )   HTML    PDF(1350KB)
双流体雾化喷嘴出口的气液流动可认为是非充分发展的环状流动,借助已有的气液两相流模型无法准确描述其液膜形成过程。为此,该文基于环状流假设,分析比较了3种不同的滑移比模型对液膜厚度和液体质量流率的预测特性,并与实验数据进行比较。结果表明:无滑移模型对液膜厚度的预测值偏低;而基于充分发展环状流假定的Ishii经验关联式模型对液膜厚度的预测值偏高;根据实验数据提出的滑移比模型,考虑了环状流不充分发展的特征、气液质量比(gas to liquid mass ratio,GLR)和入口压力的影响,能够准确预测喷嘴的流量特性及液膜厚度。
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