基于缓解HoL堵塞的单组播混合调度算法

针对联合输入交叉队列（CICQ）结构的单组播混合调度研究不多,且没有针对性研究头分组（HoL）堵塞问题,提出了以缓解HoL堵塞为目标的一种新的单组播混合调度算法,即单组播低HoL堵塞（MULHB）算法,使交换机尽量逼近work-conserving状态。该算法还充分考虑了单组播之间的差异性,利用权重裁决单组播之间的竞争,避免"饿死"现象发生。同时,还给出了一种新的组播分组入队算法,即动态组播分组入队（DMQ）策略,该策略在不乱序的前提下,允许新到达分组选择合适的队列入队。仿真结果表明,在不同业务下,DMQ-MULHB算法的通过率及平均时延均优于现有主流的单组播混合调度算法,尤其在非均匀业务下,该算法性能接近输出排队（OQ）调度。      

CICQ结构中逼近work-conserving的分组调度算法

联合输入交叉点排队（CICQ）结构的分组调度算法是一个得到了充分研究的领域,但已有算法在吞吐率和分组平均时延方面与输出排队（OQ）的结果相比,依然不够令人满意,其关键在于OQ交换机可以工作于work-conserving状态。不同于已有的研究,本文提出了以使得交换机最大程度工作于work-conserving状态为目标的新的研究思路,给出并证明了CICQ交换机实现work-conserving状态的充分且必要条件。以此为基础,提出了一种新的CICQ输入调度的算法即交叉缓存队列均衡（CQB）算法,并将经典的最大队长优先（LQF）算法用于输出调度,结合得到CQB-LQF算法。仿真结果显示,与经典的及最新的CICQ分组调度算法相比,CQB-LQF算法显著提高了吞吐率及分组平均时延性能。      

基于CE-PF算法的舰载机离场调度优化问题

甲板作业调度研究是提升航母战斗力的关键技术,而其具有时间、空间与资源受限的复杂约束调度问题已被证实为NP-hard。根据舰载机出动离场调度优化问题的特点,将其抽象为零缓存区混合流水车间调度模型,建立包含飞机避碰等约束的混合整数规划模型。提出一种交叉熵与作业剖面匹配(CE-PF)算法用于问题求解,并给出了算法流程架构。交叉熵算法通过高斯采样完成启发式规则下的工件分组,作业剖面匹配算法完成分组工件的任务排序、作业编排及约束检查等调度设计,Gap逼近算法进行目标值评估、精英种群选择、抽样参数更新及收敛判定。通过算例仿真,验证了CE-PF算法求解离场调度优化问题的有效性;灵敏度分析表明起飞模式和空间约束对出动效能影响较大。      

ATE开关矩阵动态路径搜索算法

自动测试设备(ATE,Automatic Test Equipment)中的开关矩阵由于使用不均衡,有些开关因频繁使用发生故障而有些开关却很少使用.开关故障会导致开关矩阵的拓扑结构发生改变,使路径的搜索变得复杂化.为了解决开关使用均衡的问题以及复杂开关拓扑结构下的路径搜索问题,定义了路径节点矩阵、开关状态矩阵以及可达矩阵,统一了开关矩阵的数学描述,并提出了基于可达矩阵的路径搜索算法;定义了开关及路径的可靠度,提出了基于可靠性的路径选择标准,解决了开关矩阵使用不均衡的问题;通过实例进行了算法验证.结果表明:该算法能够实现开关故障情况下的路径搜索、路径选择的优化和开关使用的均衡.     

机群环境中基于信度模型的作业调度算法

提出了一种新的机群环境下的作业调度算法,该算法基于信度模型.在信度模型 中,每一个计算节点是一个信度实体,系统根据信度实体的物理能力、当前状态、历史作业完成情况,对节点进行信度评价,赋予其相应的信度值,调度算法根据信度实体信度值为作业分配合适的资源运行作业.同时,调度系统还对机群系统的整体信度进行评价,并根据估计的作业运行时间和完成期限对作业做信度要求折算,调度系统根据机群系统的整体信度情况和作业信度要求来决定是否接受该作业请求.在OpenPBS机群调度系统上实现了该算法,并通过GridSim工具包与先入先出FIFO(First Input First Output) 算法和Libra调度算法进行了模拟对比试验.试验结果表明,该算法是有效的.      

低树代价的低轨卫星网络组播算法

为了解决低轨卫星网络中现有典型源组播算法的信道资源浪费问题,提出了一套单核共享树组播算法,即核心群合并共享树(CCST)和加权核心群合并共享树(w-CCST)算法.CCST算法包括动态近似中心(DAC)选核方法和核心群合并组播路径构建方法.在核心群合并方法中,以核节点作为初始核心群,通过核心群和剩余组成员的最短路径方法逐步扩展直至整棵组播树构建完成,从而大大提高了网络带宽利用率.在w-CCST算法中,通过调整加权因子可以适度增大树代价、降低端到端传播时延,以支持某些时延性能要求严格的实时业务.仿真结果说明,CCST算法的树代价性能比其它算法有显著改善,w-CCST算法的端到端传播时延性能好于CCST算法.      

一种新的流媒体批处理补丁缓存算法

在分布式流媒体分送系统中,一个关键的问题就是如何降低骨干网络带宽的消耗.通过在网络的边缘部署代理服务器,由代理负责响应本地客户的请求并转交从服务器来的媒体数据流.将服务器的批处理补丁调度技术与代理服务器分段缓存策略有效地结合起来,提出了批处理补丁预先缓存算法(BPP).根据当前客户请求到达的分布情况,代理服务器提前分配相应的缓存空间,对正在进行的组播多媒体数据流实行分段缓存,使后续到达的客户请求能够共享代理服务器中缓存的数据段.理论分析及实验结果表明了该算法能够明显降低骨干网络带宽的消耗,并对客户请求到达速率的变化具有很好的适应性.     

应用于MIMO-OFDMA下行链路的分组调度算法

提出了一种基于效用函数的应用于多输入多输出正交频分复用接入 (MIMO-OFDMA, Multiple Input Multiple Output-Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access )系统下行链路的分组调度算法.该算法在调度时不仅考虑物理层的信道状况,还利用基站发送缓冲区的状态信息和用户反馈回来的ARQ(Automatic Repeat-request)信息来帮助基站做出调度决策.针对系统中多种业务的不同服务质量(QoS,Quality of Service)要求,分别设计了其效用函数,并将调度决策问题转化成一个系统总效用函数值最大化问题.同时考虑到实际的长期演进计划(LTE,Long Term Evolution) 系统中对子载波共享的限制条件,提出了一种可以降低实际复杂度的启发式算法用于求解该最优化问题.仿真结果表明,该算法不但在保证实时业务用户QoS要求方面要好于传统的调度算法,还能获得较好的系统总容量和丢包率性能.     

基于混合动态信念传播的多无人机协同定位算法

针对多无人机(UAVs)协同定位问题,提出一种基于混合动态信念传播的定位算法。在部分无人机GPS信号丢失的情况下,该算法可根据其他无人机的GPS观测,相邻无人机之间的相对距离观测,以及无人机加速度计的输出,对每个无人机的位置和速度状态进行分布式在线估计。首先用因子图模型描述多无人机的联合信念状态,接着给出一种混合动态信念传播推理算法计算图模型中的每个变量节点(对应于每个无人机)状态的边缘后验分布。推理过程仅包括每个无人机对自身局部信息的处理以及相邻无人机之间的信息交互,因此该算法可完全分布式实现。通过仿真实验以及与传统协同定位算法的比较,表明了本文算法的有效性。      

基于DDQN的片上网络混合关键性消息调度方法

对片上网络（NoC）承载的混合关键性消息进行实时调度是其应用于航空电子系统片上多核通信的关键。为解决可满足性模理论（SMT）法求解效率低、低优先级消息等待延迟大的问题,提出了一种基于双深度Q网络（DDQN）的混合关键性消息调度方法。将虫孔交换机制下的消息调度问题建模为马尔可夫决策过程,建立包含环境、动作、状态、奖励的多层感知调度模型;随机生成多组分布不同的混合关键性消息作为训练样本,采用DDQN算法求解该调度模型;在此基础上,提出并实现了带孔隙DDQN算法,在保证时间触发（TT）消息可调度前提下为速率约束（RC）消息预留用于虫孔交换的时隙。算例研究表明:所提方法的求解时长及TT消息确定性端到端延迟的平均值均低于SMT法;带孔隙DDQN算法的RC消息延迟较不带孔隙DDQN算法和SMT法显著降低。      

基于LSTM的TTE网络速率约束流量预测

时间触发以太网（TTE）中的速率约束（RC）流量为事件触发流量，在RC流量动态调度的应用场景下，若能预测未来短时间内数条RC流量到达交换节点的序列，使交换节点提前进行调度决策，以减小RC流量时延，提高网络吞吐量。对RC流量到达序列预测问题进行了研究，建立了RC流量的到达序列模型，提出了基于长短期记忆网络（LSTM）算法的RC流量预测算法。利用OMNET++工具进行TTE网络仿真，得到多组混合关键性配置下RC流量的传输数据；以此作为输入样本对预测算法进行训练和测试。实验结果显示，LSTM算法在RC流量预测问题的准确率达到了70%以上。通过对比实验说明所提算法适用于RC流量预测场景。      

基于累积效应的光交换机分组调度算法

光交换机中的光路重置需要较长的时间,分组调度必须是基于帧的.为提高传输效率帧长通常较大,从而导致了光交换机中特有的分组累积效应.针对该效应,提出一种新的分组调度算法p-LQF(Longest Queue First)+Hold.通过对业务需求矩阵分解得到置换矩阵, 选择匹配占用最大的置换矩阵建立端口匹配.在4×4端口的VOQ(Virtual Output Queue)结构的光交换机中,分别对均匀、非均匀以及对角线的Bernoulli和ON/OFF业务进行了仿真.仿真结果显示该算法对于符合强大数定理的可接入业务能获得100%的通过率,其平均分组时延接近甚至低于主流的LQF+Hold算法,但复杂度更低.该算法能够提供带宽保证以及短期公平性,同时能适应分组的动态到达.      

基于兴趣划分的内容发布订阅系统关键算法

在基于内容发布订阅系统中,将订阅兴趣在多个代理之间划分是代理负载均衡的重要方法.提出了基于事件空间的K-D树划分方法.通过将事件空间划分成负载相同的区域,优化了系统负载均衡的性能.基于逻辑空间最短距离的概念提出了与划分相关的事件和兴趣路由算法以及单播和多播混和的通知路由方法.两种路由算法减少了事件匹配操作,提高了路由的效率.利用事件空间的区域合并和分裂实现了系统的自组织.实验和与相关工作比较表明,划分方法及其相关算法的引入提高了系统的可伸缩、容错和负载均衡性能.      

基于贪婪随机自适应搜索法的TTE通信调度算法

时间触发以太网（TTE）采用全局时间触发机制，使通信任务传输具有严格的时间确定性和无冲突性，适用于航空电子等混合关键应用领域。TTE网络提供3种不同的流量类型:具有低抖动和有界端到端延迟的时间触发（TT）流量，有限制端到端延迟的速率约束（RC）流量和无实时性保证"尽力传"（BE）流量。针对可满足性模理论（SMT）等调度算法在生成TT流量离线时刻调度表的过程中，未综合考虑TT流量路由和时刻调度表对RC流量延迟产生影响的问题，为了优化TTE网络实时性能，提出了一种基于贪婪随机自适应搜索算法的TTE通信任务调度算法。在TT流量离线调度表的生成过程中考虑了RC流量的最坏端到端延迟（WCD），在保证TT流量满足可调度性的前提下，通过路由规划和调度时刻表规划降低了RC流量的WCD。对比实验结果表明:所提算法可以有效的提升整网的实时性能，通过A380拓扑组网案例的对比分析，RC流量的平均延迟减少了14.34%。网络中流量规模越大，所提算法的收益越大。      

保证速率的AFDX交换机实时调度算法

针对AFDX(Avionics Full Duplex Switched Ethernet)网络关键技术——交换机实时调度算法,提出一种保证速率的优先级实时调度算法(PRTRG,Priority Real Time sched-uling algorithm based on Rate-Guaranteed),并运用网络演算理论分析了此调度算法的实时性.在AFDX网络典型配置下,与(FIFO,First In First Out)结果进行分析对比,证明PRTRG算法有效地减少了高优先级数据的端到端延迟上界,同时保证了低优先级数据端到端延迟的确定性,并且阻止了数据流拥塞的扩散,在交换机内部实现了流量隔离.     

软件定义时间触发网络的调度算法优化

软件定义时间触发以太网（TTE）作为优化航空电子系统中消息调度的一种新模式,其动态在线调度算法必须尽力保证任何情况下所有消息的传输确定性。针对时间触发（TT）消息调度间隔小于消息帧长（小时隙）时,速率约束RC消息延迟增大、传输确定性降低的问题,对TT消息调度算法进行改进。首先,构建了TTE的系统模型,阐明了最小延迟（MID）调度算法和背靠背（B2B）调度算法的机制;然后在其基础上提出了大孔隙（MAV）调度算法,以减少（RC）消息的等待延迟;最后,利用OMNeT++实验分析这3种调度算法的性能。实验结果表明:当无小时隙TT消息时,B2B算法的消息延迟最大、MAV调度算法和MID调度算法的消息延迟接近。当有小时隙TT消息时,MAV调度算法的消息传输确定性更好,相比于MID调度算法,MAV调度算法下RC消息的传输确定性提高了87.3%。      

TT-RMS:时间触发网络通信表生成算法

针对时间触发网络依据全局时间进行触发数据通信的特点,提出了一种基于单调速率调度(RMS)调度机制的通信表生成算法时间触发单调速率调度(TT-RMS),来生成时间触发网络的通信表.TT-RMS算法在安排消息时间槽过程中,首先根据消息周期,计算出各个链路的总负载,再根据链路的消息周期和总负载,通过RMS机制进行消息排序,确定出消息调度的先后顺序,最后根据时间槽的分配状态进行消息调度,优化了消息的调度过程.所提算法的计算时间复杂度为O(n2),空间复杂度为O(n).目前广泛研究和应用的可满足性理论(SMT)通信表生成方法,其计算时间复杂度通常是多项式级,有时计算时间不收敛.实验结果显示,TT-RMS调度的网络单个链路负载最大可接近100%,计算时间在1 ms左右,平均可调度网络负载是SMT方法可调度网络负载的两倍.TT-RMS通信表生成算法具有计算时间短,可调度消息负载多等优点,可以更好地满足航空航天复杂系统中上千条实时消息流的调度需要.