应用网络编码的空间信息网多径路由协议设计

针对空间信息网的长时延和高误码问题,提出一种应用网络编码的多径路由协议。该协议设计了基于最佳路径可用度的多径路由建立方法;同时在传统多径路由传输的基础上,采用随机线性网络编码方式对数据包进行编码,通过同时考虑链路状况和接收数据包个数确定编码次数,以优化编码策略;利用网络编码带来的冗余改进重传机制。在网络仿真-2(NS-2)平台上对路由协议设计进行仿真,结果表明,文章提出的路由协议设计分组投递率高,时延短,提高了网络性能。     

卫星通信中基于网络编码改进的广播重传策略

针对传统卫星广播重传策略、链路高丢包率下的基于网络编码的广播重传策略和最大团策略的问题,提出了一种改进的基于网络编码的广播重传策略。理论分析及模拟测试结果证明了改进的基于网络编码的广播重传策略较好地解决了传统卫星广播重传策略信道占用率较高、重传次数较多的问题,链路高丢包率下的基于网络编码的广播重传策略不能达到重传性能最优的问题,保证了卫星通信中的组播数据的快速、可靠的发布。     

面向火星临近空间的分布式中继纠删编码机制研究

火星探测极远的通信距离以及行星遮挡,使得探测车与地面站的通信需要构建火星临近空间网络传输信息。为保证数据传输的可靠性并提高传输效率,重点研究基于分布式前向纠删编码的多个火星探测车通过中继轨道器向地面站传输的场景。考虑探测节点的周期性加入和退出的特性,设计了源节点使用弱鲁棒孤波LT码,中继随机转发/异或的中继随机决策编码方案,并推导了转发概率的理论最优值。仿真验证了新方案与已有的分布式喷泉方案相比,降低了约50%的信源编码开销,并通过复杂度与译码冗余的折衷,达到了99.9%的译码成功率。     

一种在线加载的分布式星载计算机系统方案

结合在星载计算机系统中广泛采用的主从分布式体系结构,文章提出了一种基于在线加载机制的主从分布式星载计算机系统方案,其从节点计算机中仅存储引导程序,应用程序存放于主节点计算机中,在从节点计算机启动或复位后由主节点计算机通过总线网络将其应用软件进行加载。分析结果表明,此设计方案能够降低从节点计算机对程序存储区的需求,简化从节点计算机的设计,并可优化研制流程,在航天领域具有较好的应用前景。     

改进变异策略的自适应差分进化算法及其应用

针对标准差分进化(Differential Evolution,DE)算法存在控制参数难以选取以及变异策略缺乏稳健性的不足,提出一种基于改进变异策略的自适应DE算法.该方法用随机选取子种群的最优个体替代全种群最优个体进行变异操作;然后采用柯西分布和正态分布分别对收缩因子和交叉概率进行扰动,并在进化过程中利用胜出个体自适应地递推调整参数分布.对五个典型Benchmark函数的测试结果表明:该方法在全局搜索能力、收敛速度和精度以及可靠性上比标准DE算法都有了大幅度提高.将该方法用于分布式孔径雷达的方向图综合问题,通过较少的仿真次数即可稳定的获得更低的旁瓣电平.     

一种航天器交会与接近路径规划算法

针对非合作交会与接近任务中近程导引段航天器的三维路径规划问题,提高其在多约束条件下的寻优性能,提出一种融合混沌映射、自适应随机动态扰动、随机探索机制以及反向学习策略的混合蝙蝠算法。首先,利用Circle混沌映射进行种群初始化,提高种群多样性;在全局搜索中引入自适应随机动态扰动系数,并在位置更新时进行位置限定,提高算法全局寻优的性能;在局部搜索中融入柯西分布的逆累积分布函数,避免算法进入局部最优。同时,引入分段随机的反向学习策略,进一步提高种群多样性,平衡全局寻优与局部探索的性能。然后,以基于升序排列的路径节点进行三次样条插值编码,构造躲避障碍物求解航天器三维路径的适应度函数,结合混合蝙蝠算法求得平滑路径曲线。最后,通过对比仿真表明了所提方法的最优路径次数较对比算法增加,最差路径次数减少,路径平均解减少。     

基于局部洪泛优化的低轨星座分布式路由算法

针对传统分布式路由算法应用于大型低轨星座时拥塞控制能力有限的问题,提出了基于局部洪泛优化的分布式路由算法。该算法通过局部洪泛的机制收集星间链路的拥塞信息,以应对局部通信需求密集所导致的常见拥塞现象;通过局部路径优化,以较低运行开销实现了流量疏导和网络负载均衡。并且该算法可适用于多层低轨卫星网络结构,不会产生路由环路,对卫星随机故障具有宽适应性。仿真实验表明:该算法在通信需求分布不均的高网络负载情况下能降低2%~10%的丢包率,并对网络随机故障具有鲁棒的表现。     

星间网络安全路由选择算法研究

星间网络由于拓扑结构高动态变化、可靠性安全性要求高、节点处理能力有限等特点,使其有别于普通的地面互联网。文章通过分析星间网络特性,对其中安全路由选择的关键技术进行深入研究,提出了一种基于节点信誉度评价与负载感知机制的星间网络安全路由选择算法。该算法采用混合路由配置策略,根据网络实时情况对路由进行动态调整,加入节点信誉度评价策略,减小恶意节点对网络的影响,并且增加节点负载感知机制,根据当前节点负载情况调整路由。最后,文章通过仿真实验验证算法性能,验证了算法在数据包传输成功率方面的优势。     

面向在轨高效实时图像处理的二值权重沙漏网络加速器设计

为了实现在轨高速实时图像处理,提出了基于多级预测校准机制及查找表方法的二值权重沙漏网络加速器。首先,提出了一种计算架构来统一支持二值权重及多位宽权重卷积计算;其次,提出了多级预测模型来实现可变精度的高效卷积,基于这2种方法可以将网络的计算量降低77.4%,推理速度提升2.3倍。本文针对残差模块中跳转连接造成的存储访问问题,提出了基于模块计算的流水架构,使得片上存储需求及访存操作分别降低了60%和31%,最终在28 nm工艺下完成了硬件后端设计以及性能分析,该加速器的面积为0.7 mm2。在500 MHz工作频率下,功耗为117 mW,功耗效率达到10.15 TOPS/W,与当前主流二值加速器相比提升2个数量级以上。     

一种基于组合策略的低轨星座网络流规划方法

低轨星座网络流规划方法是提升大型星座网络性能的关键技术。针对现有低轨星座网络流规划方法手段单一，难以兼顾全局性能优化与卫星自主灵活性等问题，研究提出了一种基于组合策略的低轨星座网络流规划方法，首先根据业务特点对网络流进行分类映射，针对6类映射业务的QoS差异，分别采用集中式、分布式和源端路由等路由控制策略；在此基础上将星座网络流规划问题抽象为求解带宽约束下的多源单汇网络最大流和多源多汇网络最大流问题，分别采用负载均衡路由和多约束QoS路由算法；对基于组合策略和单一策略的星座网络流规划方法进行了仿真分析，结果表明组合策略比集中式的传输时延低约20ms，丢包率低约9%，比分布式的带宽利用率高约42%，可有效提升星座网络性能，能够更好满足不同场景及需求。     

一种与样本信息合理匹配的可靠性模型

针对随机变量具有一定的积累而又不足以确定概率分布的情况,提出了一 种新的基于分段均匀描述的可靠性模型。该模型在积累数据构成的各个子区间上,采用区间 不确定性情况下的非概率模型求得相应的非概率可靠性指标,并依据每个子区间内均匀分布 假设下非概率可靠性指标与概率可靠度的关系,求得每个子区间内无频率信息情况下基于均 匀分布描述变量不确定性时的概率可靠度。由于每个子区间在所积累的数据中出现的可能性 相等,因此可将每个子区间内的概率可靠度进行平均来得到结构的可靠度。与非概率可靠性 模型只利用了积累数据的最大值和最小值情况相比,此方法可以充分利用积累数据中包含 的不确定性信息,避免了非概率模型描述时过于保守的结果。与概率模型相比,本文方法利 用积累数据自然形成的子区间上的均匀分布描述,避免了关于分布的强假设以及分布参数估 计在小样本情况下的较大误差。算例表明,所提模型是一种介于概率与非概率可靠性模型之 间的合理方法,它可以与样本信息较好地匹配,从而合理地度量结构的安全程度。
     

基于地理位置信息的无收敛多测度卫星网络路由算法研究

设计了一种基于地理位置信息的无收敛多测度的卫星网络路由算法CFR,算法根据地理位置关系、延迟和链路丢包率三种测度计算路由,满足不同应用的服务质量要求.当有数据到达时,卫星根据地理位置关系、网络拓扑和链路状态实时计算数据传输路径,避免了路由收敛过程.在此基础上,为有效均衡卫星网络负载,卫星将链路负载信息通告给数据传输路径上各颗卫星,卫星根据负载调节数据传输路径,有效地均衡了网络负载,减少了数据丢失,增加了吞吐量.     

适用于蓝牙匹克网的省电呼吸调度策略MISIP

在深入分析蓝牙的低功耗工作模式-呼吸模式基础上,提出用学习函数来近似估计主从对之间通信流分布。基于观测到的数据猝发到来之间时间间隔,取平均值获得可能的呼吸间隔值;根据缓冲区内滞留数据以及预测的下一次猝发数据流量引入一个代价模型来估量一个从对分配给它的时隙的占用率,从而进一步计算呼吸尝试时隙数,若满足条件将进入呼吸模式。仿真试验表明:相对于蓝牙始终活跃工作方式,该调度策略MISIP(MeanInter-arrival based Sniff Interval Policy)大约减少电源消耗38.6%。     

Time-optimal trajectory planning for underactuated spacecraft using a hybrid particle swarm optimization algorithm

A hybrid algorithm combining particle swarm optimization (PSO) algorithm with the Legendre pseudospectral method (LPM) is proposed for solving time-optimal trajectory planning problem of underactuated spacecrafts. At the beginning phase of the searching process, an initialization generator is constructed by the PSO algorithm due to its strong global searching ability and robustness to random initial values, however, PSO algorithm has a disadvantage that its convergence rate around the global optimum is slow. Then, when the change in fitness function is smaller than a predefined value, the searching algorithm is switched to the LPM to accelerate the searching process. Thus, with the obtained solutions by the PSO algorithm as a set of proper initial guesses, the hybrid algorithm can find a global optimum more quickly and accurately. 200 Monte Carlo simulations results demonstrate that the proposed hybrid PSO–LPM algorithm has greater advantages in terms of global searching capability and convergence rate than both single PSO algorithm and LPM algorithm. Moreover, the PSO–LPM algorithm is also robust to random initial values.     

在轨操控机器人拓邻域搜索三维路径规划

针对空间在轨操控机器人在桁架式空间站执行操控任务时,需要在桁架间自由穿行且时刻与空间站保持接触的任务特性,提出基于拓邻域搜索蚁群算法的三维全局路径规划方法.该方法首先建立桁架式空间站的三维栅格模型;充分考虑机器人穿行时的包络约束和操控时的接触约束,在路径规划和轨迹搜索前对被操控对象的三维栅格模型进行预处理和修正,缩减路...     

基于分层策略的三维航迹快速规划方法

快速航迹规划能力是任务规划系统追求的目标之一。提出了一种基于分层策略的三维航迹快速规划方法。该方法分为两个层次：全局规划和局部规划。全局规划在综合利用战场信息的基础上,利用遗传算法规划出最优或次优的引导点集,该引导点列所在的区域为最优连通域,并且在该连通域内能找到可行航迹,全局规划利用引导点列大致指明了最优航迹的走向;局部规划根据全局规划提供的引导信息和战场信息,利用SAS(Sparse A Search)算法快速规划出满足攻击角度约束的平面可行航迹,高度规划采用速度较快的几何规划方法。仿真实验表明,该方法比SAS规划方法要快,且生成的三维航迹近似最优。     

移动自组网IPv6地址的分配

移动自组网是一种自治的、无需网络基础设施支持的、多跳传输的无线网络,具有非常广泛的应用前景。自组网即可以构成独立子网也可以与Internet互联,所以移动主机必须具有自动分配唯一的全球有效IPv6地址的能力。关于IP地址的自动分配已经有了一些算法,但大多数是采用在全网内进行泛洪广播来检测地址的重复,这将带来很大的开销。文中我们提出了一种IPv6地址分配协议,利用从GPS获取的节点地理位置信息和时间信息作为IPv6地址中接口标识符(InterfaceID)的唯一性参数,来提高选定的IPv6地址的唯一性,从而省去不必要的StrongDAD开销。重复地址可以通过监测邻居节点的数据包来检测到,并在必要时发送一跳的AERR消息来进行地址的重新分配,从而将地址分配的控制开销大大降低,并且将地址分配延迟将到最低。该协议被命名为OneHopWeakDAD地址自动分配协议。     

一种适合卫星网络的拥塞控制算法

针对卫星信道环境中存在随机误码和突发误码现象,现有TCP协议不能很好地区分数据丢失的具体原因,导致TCP协议性能下降的问题,提出了一种新的拥塞控制算法。此算法采用高低优先级数据包间隔发送的数据发送策略,并根据接收端的数据接收状况判断数据丢失的原因,采取相应的拥塞窗口控制策略。另外,为了减少反向链路带宽的占用,接收端采取周期发送应答信息的策略。应答信息包含了数据接收的整个状态。通过与当前多种针对此问题的协议进行仿真比较,所提出的拥塞控制算法不仅可以有效地区分数据丢失原因,提高前向链路吞吐量,而且还降低了反向链路的带宽占用。