基于粒子群算法的镜像阈值层叠滤波器的优化设计

全部作者：赵春晖赵华崔颖第1作者单位：哈尔滨工程大学信息与通信工程学院论文摘要：镜像阈值分解定义的层叠滤波器在频率选择和滤波性能方面都有显著提高，但是确定该滤波器的正布尔函数长度显著增加，导致层叠约束计算量大大增加。为了提高优化速度并对镜像阈值分解滤波器进行全局设计，文中提出了1种改进的离散粒子群算法，该算法中引入了精英集团和粒子自适应变异策略：精英集团策略即保留适应度较好的若干粒子；粒子自适应变异策略是根据粒子浓度自适应确定其变异概率，概率公式采用神经网络中常用的sigmoid函数。为了克服算法计算量大的缺点，文中还引入了1种2级递归式滤波结构。经实验证明，该算法优化的镜像阈值分解层叠滤波器具有良好的细节保持和去除噪声能力。关键词：镜像阈值分解;层叠滤波器;粒子群;精英集团;粒子自适应变异;2级递归(浏览全文)发表日期：2008年01月17日同行评议：（暂时没有）综合评价：（暂时没有）修改稿：1.绪论1.1研究背景网络被认为是互联网发展的第三阶段。网络的设计和实施能够带来切身实际的利益，城域网、企业网、局域网、家庭网和个人网络都是网络发展的体现。网络发明的初衷并不仅仅是表现在它的规模上，而是互联互通，资源共享，消除资源访问的壁垒，让生活更加方便、快捷、高效。随着网络技术的发展，网络在应用方面也体现出了很大的潜力，能够共享和调度成千上万的计算设备协同并发工作，能汇聚数百万计的信息资源加以归类、分析和发布，还可以让世界每一个角落的人们实时沟通交流。在现代高速发展的社会里，企业与企业之间的联系日益密切，大量的、复杂的信息交流显得由为重要。随着电子科技的高速发展，那些如何复杂大量的信息，通过网络技术帮助下，就可以轻而易举的从某一地方传送到另一地方，而且简单、快速、准确，给人们带来了很大的方便。而在现代企业中，网络技术在管理中的应用，已显得举足轻重。随着企业信息化进程的进一步深入和发展，计算机在企业中的应用越来越广泛，而企业对计算机的依赖越来越强。随着网络应用的日益丰富以及人们在日常生活中对网络依赖的日渐紧密，那么对于网络吞吐量，网络延时，网络链路的稳定性以及网络服务的多样性就会产生新的要求，同时也希望网络应用的花销能更加低廉，这样针对电信网络运营商所提供的服务将会产生巨大的挑战，本实时通信系统的成功应用将会给运营商们提供更加方便，快捷，稳定，并且低廉的网络运营成本，本实时通信系统帮助企业实现巨大的商业价值的同时也为用户带来的更加高效，快速，稳定并且廉价的网络服务资源。1.2选题理论更多文章绪论1.1研究背景网络被认为是互联网发展的第三阶段。网络的设计和实施能够带来切身实际的利益，城域网、企业网、局域网、家庭网和个人网络都是网络发展的体现。网络发明的初衷并不仅仅是表现在它的规模上，而是互联互通，资源共享，消除资源访问的壁垒，让生活更加方便、快捷、高效。随着网络技术的发展，网络在应用方面也体现出了很大的潜力，能够共享和调度成千上万的计算设备协同并发工作，能汇聚数百万计的信息资源加以归类、分析和发布，还可以让世界每一个角落的人们实时沟通交流。在现代高速发展的社会里，企业与企业之间的联系日益密切，大量的、复杂的信息交流显得由为重要。随着电子科技的高速发展，那些如何复杂大量的信息，通过网络技术帮助下，就可以轻而易举的从某一地方传送到另一地方，而且简单、快速、准确，给人们带来了很大的方便。而在现代企业中，网络技术在管理中的应用，已显得举足轻重。随着企业信息化进程的进一步深入和发展，计算机在企业中的应用越来越广泛，而企业对计算机的依赖越来越强。随着网络应用的日益丰富以及人们在日常生活中对网络依赖的日渐紧密，那么对于网络吞吐量，网络延时，网络链路的稳定性以及网络服务的多样性就会产生新的要求，同时也希望网络应用的花销能更加低廉，这样针对电信网络运营商所提供的服务将会产生巨大的挑战，本实时通信系统的成功应用将会给运营商们提供更加方便，快捷，稳定，并且低廉的网络运营成本，本实时通信系统帮助企业实现巨大的商业价值的同时也为用户带来的更加高效，快速，稳定并且廉价的网络服务资源。1.2选题理论1.2.1需求分析方法在软件的设计和开发过程中，需求分析是一个重要的阶段，是项目开发的基本要素，是项目实现和实行的关键。软件工程的需求分析指的是了解用户需求，在软件的功能上和客户沟通并且达成一致，评估软件的风险系数和项目需要付出的代价，最终形成一个完善设计实现的复杂过程。目前比较流行的软件需求分析方法有：结构化分析方法和面向对象的分析方法。1.结构化分析结构化分析方法给出一组帮助系统分析人员产生功能规约的原理与技术。它一般利用图形表达用户需求，使用的手段主要有数据流图、数据字典、结构化语言、判定表以及判定树等。结构化分析的步骤如下：①分析当前的情况，做出反映当前物理模型的DFD;②推导出等价的逻辑模型的DFD;③设计新的逻辑系统，生成数据字典和基元描述;④建立人机接口，提出可供选择的目标系统物理模型的DFD;⑤确定各种方案的成本和风险等级，据此对各种方案进行分析;⑥选择一种方案;⑦建立完整的需求规约。2.面向对象分析面向对象是在结构化设计方法出现很多问题的情况下应运而生的。从结构化设计的方法中，我们不难发现，结构化设计方法求解问题的基本策略是从功能的角度审视问题域。它将应用程序看成实现某些特定任务的功能模块，其中子过程是实现某项具体操作的底层功能模块。在每个功能模块中，用数据结构描述待处理数据的组织形式，用算法描述具体的操作过程。面对日趋复杂的应用系统，这种开发思路逐渐暴露了一些弱点。那么面向对象的分析首先根据客户需求抽象出业务对象;然后对需求进行合理分层，构建相对独立的业务模块;之后设计业务逻辑，利用多态、继承、封装、抽象的编程思想，实现业务需求;最后通过整合各模块，达到高内聚、低耦合的效果，从而满足客户要求。1.4.2系统开发设计方法软件的开发设计模型是将软件开发的整个过程、事件以及任务提取汇总而成的结构化框架。软件的开发包括了需求分析、系统设计、编码实现以及单元、系统测试等阶段，有时也会有一部分的后期维护阶段。软件的开发设计模型能够更加清晰、直观地反应出软件设计开发的全部过程，明确定义了开发过程中所需要完成的事件和任务。常见的软件设计模型有：边做边改模型、瀑布模型、原型模型、增量模型、螺旋模型、演化模型、喷泉模型、智能模型、混合模型等，下面将列举并介绍其中比较常用的两种模型。第2章实时通信系统的需求分析2.1客户业务需求分析网络如今已经成为人们日常生活中不可或缺的一部分，无论是个人娱乐还是工作拓展，以及将来的智能生活和办公需求，都需要网络的承载，随着网络应用发展的突飞猛进，人们对网络的承载能力，业务种类的多样性，以及网络的稳定性提出了更高，更多的要求。本通信系统针对自己的核心客户需求给出了不同的定制方案，本文针对各大客户的共同需求，有以下几个方面.1.网络带宽方面，要求核心网单口接入全面铺设10Gbps端口，最大单机承载达到960Gbps。2.服务多样性方面，要求全面支持IEEE802.1q，802.1p，802.1ad等全业务承载，对于多用户网桥要求支持基于虚拟专用局域网业务建连，对于核心网要求采用MPLS方式承载接入。3.网络稳定性方面，要求支持多链路，多接点通信保护，倒换时间不超过50ms，核心网保护需要支持BFD，FRR两种工作模式。4.链路维护方面，要求支持ITU-TY.1731的链路检测和诊断。5.网络运营质量和分级管理方面，要求支持层次化业务分级和管理。6.网管方面：需要提供图形化管理界面，需要具备跨厂商设备识别管理能力，动态路由计算能力，多业务配置管理能力。2.2网络拓扑和设备需求分析通过对客户现网运营拓扑的分析，本系统给出了适用的各种网络需求拓扑以及相应的设备安排。本系统的网络拓扑中需要包含一个MPLS核心域和多个以太网交换边缘域，称之为标准域。第3章实时通信系统的详细设计.....................24-443.1基于单点直通业务的模块功能设计...................24-343.2基于多点桥接业务的模块功能设计...................34-44第4章实时通信系统相关功能的实现...................44-604.1协议转换模块的实现...................45-544.2业务承载模块相关功能的实现...................54-60共2页:上一页12下一页第5章实时通信系统测试...................60-655.1端到端系统测试...................60-625.1.1链路保护业务承载测试...................605.1.2节点保护业务承载测试...................60-615.1.3多节点保护业务承载测试...................61-625.2基于RFC2544网络设备互联基准...................62-655.2.1吞吐量测试...................62-635.2.2丢包率测试...................635.2.3延时测试...................63-645.2.4背靠背测试...................64-65结论该项目历时两年，本人参与了全部的客户需求分析，设计，系统实现以及现网试运营测试，本实时通信系统为公司签下了多家著名网络服务提供商的现网布局订单，并且成功在现网当中运行，从客户的反馈方面，无论是现网容量的提升，多业务的承载，灵活的Qos服务还是高质量的网络稳定性，都得到了客户的肯定，运营商们通过本系统提供的高质量网络服务，赢得了更多的用户，在商业上也获得了更大的盈利，同时对网络用户而言，网络质量更加稳定，网络带宽更加宽阔，同时价格也更加低廉。通过该项目的设计与实现，本人对以太网通信技术有了更加深刻的了解，最重要的是通过这个项目的实施，能够对现网运营方面有一个整体了解，对客户的真实需求也有了一定的认识，在项目中取得的这些宝贵经验无论是在今后的工作和研究方面都是很重要的帮助和财富。随着语音市场的饱和以及语音业务每用户平均收入的下降，运营商的利润增长面临挑战。多业务提供商向IP/Ethernet平台转移，不仅能开发更有价值的个性化多媒体业务，还能有效降低成本。多业务提供商正在寻找能够支持从2G向3G和宽带无线接入平滑演进的传输解决方案。同时，他们希望能在网络规模不断增大的情况下有效地控制运营成本，于是他们纷纷考虑建设自己的下一代移动承载网。对于我们设备服务供应商来说，希望能够给移动运营商们提供支持多种业务的接入承载层网络，这同时也是本人下一个阶段的工作重点，中国电信运营商重组后，三大全业务经营商要经营固网宽带业务，营移动业务。但原本地传输网存在一系列的不足，必须对传输网尤其是网络融合方案进行深入研究。全业务所承载的主要业务包括传统的语音及其增值业务、宽带数据承载及接入业务、行业和企业大客户VPN专线业务、移动语音和移动数据及其增值业务等;——传统语音及其增值业务对于传统的固网运营商来说，接入网和交换机模块均是通过传输网进行承载。基于语音的智能网业务及彩铃、一号通等业务包括信令网的承载也对传输网电路也存在一定的需求。各运营商还建设了比例不多基于NGN的MSAG和MSAN软交换接入网关系统，也是承载在接入传输网的MSTP上，语音业务占原固网运营商传输网络整体负荷的需求的35%左右。——宽带数据承载及接入业务固网运营商IP城域网的核心层至汇聚层基本上均承载于光纤或波分系统上，对于传输网的核心层压力较小，但是城乡结合部、郊区、乡镇和部分农村所存在的宽带接入需求，如ADSL、ADSL2+、LAN及部分宽带接入专线，这些业务承载在传输网的汇聚层和接入层的MSTP上，每用户带宽需求在1～4M之间，随着宽带用户和宽带用户带宽需求的不断增加，传