Ad hoc网络局部路由发现算法

针对自组(ad hoc)网络按需路由协议采用全网络广播方式来进行路由发现带来的网络路由开销较大问题,提出一种减少网络路由开销的局部路由发现算法.路由附近节点根据当前路由上发送的数据报文计算到达目的节点的最小跳数;当路由发生中断时,路由发现请求报文将在中断路由附近节点间按照最小跳数减小的方式传递,从而合理限制路由发现范围;通过增大中断链路附近节点转发路由发现报文跳数的方式,扩大局部搜索范围,提高路由发现成功率.仿真实验结果表明,本算法最多可以减少约60%的网络路由开销,降低约70%的平均网络延迟,提升约10%的数据报文发送成功率.此外,任何基于广播方式进行路由发现的路由协议都可以使用这种算法优化性能.      

一种面向片上网络的链路调度算法

新兴的片上网络(NoC, Network-on-Chip)通常采用虫孔交换技术,其中的链路调度机制难以保证报文级的转发延迟.提出的逆向锚点轮转(RARR, Reverse Anchored Round-Robin)调度算法结合了逐个微片轮转(FFRR, Flit-by-Flit Round-Robin)和逐个报文轮转(PPRR, Packet-by-Packet Round-Robin)调度算法的特点.RARR算法在报文的头微片抵达目的节点前以逐个微片的方式实施调度;此后以最后一跳的链路为起点,沿该报文的转发路径逆向的、逐跳的为所有片段请求和调度锚点.RARR算法将获得锚点的报文设置为最高优先级,对其实施报文级的调度;当锚点报文转发过程中断时,以逐个微片的方式轮转调度其他报文.RARR算法的基本思想源于锚点轮转(ARR, Anchored Round-Robin)调度算法,但是其中关键的锚点调度机制更具确定性,同时消除了ARR算法中的死锁问题.利用周期精确的虫孔交换网络仿真环境量化评估了常见的轮转调度算法,包括FFRR,PPRR,ARR和RARR.实验结果表明,RARR算法具有最优的性能.      

兼顾控制流量的软件定义卫星网络路由策略

软件定义卫星网络（SDSN）通过解耦数据与控制平面,实现网络态势与控制的逻辑集中,为管理卫星网络提供了一种新的思路。在SDSN中,控制报文和数据报文同时在网络中传输,海量、动态、高优先级的控制流量将对数据报文传输产生极大的干扰。因此,提出了一种数据流退让路由（DFRR）策略。在计算数据报文路由时,DFRR将链路上控制流量大小作为影响链路代价的一个因素,以减少选择控制流量较大的链路;在网络操作控制中心（NOCC）连接的过顶卫星切换导致控制流量分布发生较大变化之前,DFRR预测可能发生拥塞的链路,并选出链路上部分数据流进行重路由,从而避免拥塞。在开发的SDSN研究平台OpenSatNet上对DFRR的性能进行了评估。实验结果表明,DFRR能够有效减少网络中的链路拥塞,以及控制报文和数据报文的分组丢失。      

抗代间污染攻击的网络编码签名方案

为适应实时应用的需求,网络编码中引入了代的概念.针对网络编码易受代间污染攻击导致消息发生串扰的问题,提出了基于代标识符的网络编码签名方案.首先,方案中设置了依据代标识符生成的两级私钥,包括代私钥以及在此基础扩展成的消息私钥,以便节点判断消息的代属性来决定是否对它继续进行编码;其次,利用双线性对构造了具有同态性质的签名算法,通过分离两级私钥进行批验证,节点可同时验证同一代的所有消息.最后,通过随机预言模型分析,证明了该方案在适应性选择消息攻击下是安全的.通过开销分析表明方案能有效减少验证开销,提高系统性能.      

无线传感器网络中的跨层路由协议

为了减少无线传感器网络中的干扰产生,降低由此引起多次重传后的分组丢弃从而导致的额外重传时延和能量消耗,改善网络的传输效率和能量效率,提出了一种基于跨层设计的干扰感知路由(IAR,Interference-Aware Routing)协议.与现有的基于竞争的路由协议不同,IAR协议引入节点干扰度和能量度作为选路代价,通过干扰和能量感知的路由选择机制实现路由建立.利用节点收到的发送请求、清除发送和应答分组的计数作为干扰度的计算依据,从而在路由选择中避开了干扰易发生区域;利用下一跳候选节点的初始和剩余能量作为能量度的计算依据,从而均衡了各节点的能量消耗,延长了整个网络的寿命.仿真结果表明,与动态码字路由和ad-hoc按需距离矢量路由协议相比,IAR协议提高了能量效率、改善了网络的吞吐量、分组投递率和时延等性能.     

改进蚁群算法求解时变网络中最短路径问题

给出一种时变网络中蚁群算法的信息素更新策略,使边上残留信息素能够正确反映时变网络中边上权值的变化情况;改进了传统蚁群算法的相邻节点选择策略,使蚂蚁只需计算与当前节点存在直接路径的节点的转移概率,降低算法的计算量;将蚁群算法和遗传算法结合,将蚁群算法每次遍历后形成的解作为初始群种进行单点交叉计算,避免陷入局部最优解,提高算法收敛速度.仿真结果表明,改进的蚁群算法能够有效求解时变网络中最短路径问题,比传统蚁群算法得到全局最优解的概率更大,算法的收敛速度更高.     

无线多跳网络中网络编码感知的机会转发机制

提出一种适用于无线多跳网络的网络编码感知的机会转发机制(NCAOF, Network Coding-Aware Opportunistic Forwarding).NCAOF利用无线信道的广播特性,结合机会转发和网络编码,动态确定有编码机会的节点进行编码后机会转发,从而比传统的采用预定节点的转发机制获得更多编码机会.分组转发过程中,中间节点考虑局部拓扑信息及自身负载情况,通过定义的编码收益函数评估节点的机会转发效能,动态选择能获取编码性能更好的分组进行机会编码,并基于编码收益赋以编码分组动态的转发优先级,有效利用编码机会同时避免冗余转发.实验结果表明,相比传统的基于网络编码的转发机制,NCAOF能获得更好的编码机会,并有效提高了网络的吞吐量和分组送达率.     

路由抢救技术对路由性能影响的分析

在移动Ad Hoc网络中为降低路由开销、提高网络的投递率,在路由策略中增加路由抢救功能.使用发生错误节点之后的路由节点存储路由个数在总网络中的比率估计路由抢救概率,提出路由抢救概率的计算公式;在路由抢救概率的基础上改进传统路由开销和路由时延的计算公式,是关于路由寿命的函数,路由寿命的设置降低了过时路由对网络性能的影响;给出路由寿命的最优解表达式最小化路由开销.仿真结果表明:①抢救概率的仿真值围绕计算值曲线附近浮动;②路由抢救功能和路由寿命的设置可以降低路由开销,提高路由投递率近20%.     

信息提供下的公交管制策略

研究在提供公共交通服务信息情况下不同的管制策略对公交企业在设定价格、发车时间间隔的影响.公交管制策略主要包括完全无管制(垄断)策略、完全管制(社会最优)策略、收益率管制策略和数量控制策略.模型假设到站台的乘客流是随机分布的,乘客根据公交公司的服务频率和信息质量来决定是否事先计划行程以最小化自己的期望出行成本.研究表明,不同管制下的信息质量与乘车人数、信息质量与发车时间间隔有类似的对应关系,社会最优时提供信息质量好于垄断最优,且乘车人数是垄断最优的2倍,其他外生变量对4种管制下的决策也具有显著影响.      

HEVC对偶编码单元划分优化算法

为了解决视频数据量日益增长与用户享受高质量视频体验需求之间的矛盾,HEVC在H.264/AVC标准的基础上通过引入新型的编码结构和算法进一步将编码效率提升了50%,但是也极大地提升了编码复杂度。基于此,提出对偶编码单元(CU)划分网络DualNet,来降低HEVC中帧内编码复杂度。该网络由预测网络和目标网络2个部分组成,其中,预测网络通过分析图像统计特征实现编码单元划分决策,从而跳过四叉树的遍历搜索,提高编码单元划分决策的时间效率;目标网络基于率失真代价评价和优化决策模型提升编码单元划分性能,实现模型互补和最优率失真估计。实验结果表明:与HEVC标准对比,所提算法在实现相近的压缩效果的前提下能够节省64.06%的编码时间。      

串行级连卷积码内交织器的优化设计

串行级连卷级码SCCC(Serial Concatenated Convolutional Codes)是近年来提出的一种性能较好的信道编码方式,它由2个串行的反馈系统卷积码RSC(Recursive Systematic Convolutional codes)和一个内交织器构成,其中内交织器起着十分关键的作用.根据SCCC的结构和截位(puncture)方法提出了适用于SCCC的"均衡保护"伪随机S交织器.理论和仿真结果都表明:在SCCC中"均衡保护"伪随机S交织器的性能要远优于其它的随机交织器和分组交织器.总结了SCCC内交织器的设计准则.      

异步双卫星MIMO系统中的空时编码方案

双卫星多输入多输出（MIMO,Multiple-Input Multiple-Output）系统中不同路径间传播时延的差异会造成接收信号不同步。针对该系统中接收信号不同步问题,提出一种时间反转全码率全分集空时编码方案。该方案中对发送的符号序列进行空时编码后,利用交织改变符号向量发送的时间顺序并对发送数据进行分组。将其中一组数据进行时间反转并插入保护间隔,使接收机在信号不同步的情况下仍然能够获得全码率和全分集增益,同时保留低复杂度最优译码算法的适用性。仿真结果表明,与传统方案相比,提出的空时编码方案能够获得最优的性能。另外,系统采用高阶调制方式或信道条件较差时,该方案的性能增益更大。     

面向用户的以太网可用性模型

带冲突检测的载波侦听多路访问协议(CSMA/CD)可以有效的解决竞争,提供高的吞吐量和低的延迟时间,并且成为了局域网设计中颇具吸引力的协议.基于计算机以太网CSMA/CD协议,面向用户探讨以太网可用度模型.通过定义工作站"拥塞状态"和"空闲状态",建立基于网络带宽、时隙的可用度模型.以信息成功发送概率作为衡量以太网可用性的指标.根据以太网中工作站的数量、平均字节长度、单机产生数据的速率以及单机数据重传速率对可用性影响的分析表明,随着局域网中接入的工作站的数量的增加在相同的时间内局域网的可用度将降低.随着数据产生率的升高,局域网的可用度将首先升高,当网络达到饱和后再增加数据产生率,局域网的可用度将降低.提高数据的重传率能够提高局域网的可用度.根据以上的分析,通过合理的设置网络参数,可以使局域网达到理想的可用度.      

适用于Ad hoc网络的EIGamal型门限数字签名方案

现有ElGamal型门限数字签名方案在签名前签名各方需要协商生成一个随机数,该过程计算量与通信量比较大,不能满足Ad hoc网络的需求.将组合公钥的思想引入到ElGamal型门限数字签名的随机数生成中,为Ad hoc网络提出一种门限数字签名的改进方案.方案由密钥初始化和门限签名两部分组成.密钥初始化时,签名各方使用分布式密钥生成协议协商出系统公/私钥对和一个随机数矩阵,每个节点掌握部分私钥和部分随机数矩阵;门限签名时,每个签名方使用相同的算法在掌握的部分随机数矩阵中选择随机数进行部分签名;最后将部分签名合成整体签名.对提出的方案在随机预言(RO, Random Oracle)模型中进行了安全性证明.实用性分析表明:方案计算复杂度低,交互次数少,通信量小,有很好的执行效率与签名成功率.     

基于偏振约束的立体视频快速运动估计算法

分析了平行双目立体摄像系统的偏振约束特性,提出了一种基于偏振约束的立体视频快速运动估计算法.左通道和右通道分别作为基本层和增强层,对右通道结合视差估计和运动估计得到最优的运动矢量预测值初值,采用不同的运动搜索方法,确定右通道最终运动矢量.若最优的运动矢量预测值是由视差估计得到的左通道运动矢量,则根据偏振约束,左右通道图像对应编码块的运动矢量在垂直方向上的分量相等,因而右通道只在水平方向上进行小范围的运动估计搜索,从而大大降低了右通道运动估计的计算复杂度.实验结果表明,在相同条件下,采用该算法编码一帧图像的运动估计平均时间分别只有采用全搜索块匹配算法、钻石搜索法和三步搜索法的0.27,0.58和0.67倍,编码速度得到显著提高.     

基于检测的拥塞调整策略及性能分析

网络拥塞是基于包交换的IP网中不得不面对的问题.流媒体应用有实时性等要求,需要检测网络拥塞状态并进行相应的调整.传统的检测拥塞的方法是计算丢包率,而调整策略是AIMD((Additive Increase and Multiplicative Decreas).AIMD中的调整参数通常事先确定,不能很好地反映网络状态.在对网络状态进行测试的基础上,提出了一种新的拥塞调整策略TITD (Testing Increase and Testing Decrease): 当网络拥塞时,发送速率直接降低到接收端实测的接收速率;当网络空闲时,速率增幅根据测试出的RTT值确定.由于速率的调整自适应于网络状态,TITD策略在TCP友好性和速率波动方面均优于AIMD.     

一种基于时延约束的最优路径求解算法

作为QoS路由和流量工程的关键技术之一,基于时延约束的最优路径问题一直没有得到有效的解决.针对现有的算法很难得到最优解和计算复杂度过大等问题,提出了一种基于时延约束的最优路径求解(DCOP)算法,该算法通过减少算法的搜索空间来有效地降低算法的计算复杂度,可得到最优的无环解.算法采用自适应参数设计,提高了对网络规模和复杂业务变化的适应性.仿真表明该算法比同类算法计算复杂性降低了近一个数量级,且算法具有自适应能力,设计简单,易于工程实现.