LTPB网络带宽分配策略的实时性能研究

研究LTPB(线性令牌传递总线)在通信网络中保证消息实时传输的带宽分配问题.LTPB网络带宽的分配是以保证网络消息的实时传输为目标的,网络中关键参数(一定时间内发送消息的最小量)的准确与否将关系到网络带宽分配的合理性和有效性.通过对带宽分配方法实时特性的分析,发现了当前分析方法中的不足,提出了"最差情形"的概念,并以此建立了合理的推导模型,得出了有关LTPB网络实时性分析的关键性结果,并为下一步寻求更优的带宽分配方法提供了可靠的分析基础.      

令牌传递网络消息优先级的控制

对令牌传递网络按优先级传输消息的机制进行了分析,提出了一种新的令牌旋转定时器初值的计算方法,该方法使网络消息依最大允许的延迟时间从小到大排序,并在一定网络负载下保证所有消息传输的实时性.本算法得出的结果与国外较成熟的工程实例相比有相当的精度,证明本文的分析和算法是合理有效的.      

协同无线通信系统中的分布式自适应功率分配

在系统总功率一定的情况下,通过在协同节点间进行优化的功率分配以改善系统的接收性能.针对单中继协同传输,推导了节点间最优功率分配因子的闭式表达式,给出了中继节点的激活条件,仅当信道的衰落特性满足该条件时,中继节点才发送信号到目的节点,否则进入空闲状态.多节点协同传输场景下,直接根据系统的输出信噪比难以得到节点间最优功率分配因子的闭式表达式.因此,推导了系统输出信噪比的上界,在此基础上,提出了一种新的功率分配方法.将整个功率分配过程分成两步,采用迭代的方法实现节点间的最优功率分配.仿真结果表明,对于单中继节点的情况,所提出的功率分配方案能够获得约1~2 dB的性能增益,随着参与协同传输的节点数的增大,迭代的功率分配可使系统获得显著的性能提升.     

航空电子WDM网络的实时性能分析

对航空电子波分复用(WDM,Wavelength Division Multiplexing)网络实时性评估问题,采用网络演算理论,提出了一种周期消息在WDM复杂虚拓扑上多跳端对端最大延迟的计算方法.建立了波长路由器WDM网络模型,分析了消息流端对端延迟的组成部分.针对网络演算理论下的WDM网络通信模型,推导了消息经单节点和多节点波长路由器的最大延迟的计算公式.并结合实际航空电子系统对公式进行了修正,解决了突发度过大的问题.最终得到最大延迟的紧密上限.最后在OPNET仿真环境下验证了计算分析方法的有效性.     

UM L顺序图的形式化定义与特性分析

以统一建模语言(UML,Unified Modeling Language)规范为基础,给出UML顺序图及组合顺序图的形式化定义;并在此基础上,详细讨论了UML顺序图中对象的消息发送特性和消息接收特性,给出了发送消息集合和接收消息集合的形式化定义;同时进一步分析了对象消息发送和接收之间的一致性问题;最后,通过实例分析,对UML顺序图的特性作进一步的解释.该形式化定义与特性分析为基于UML顺序图的模型转换和模型验证提供了必要的前提条件,也为基于UML顺序图的测试用例的自动生成奠定了基础.UML顺序图的形式化描述可用于对软件结构的理解和构造可视化建模工具.     

一般令牌网络的性能分析

提出了一般令牌网络的性能分析模型,在模型中,访问方式为“循环策略”,消息包到达各站点服从Ｐｏｉｓｓｏｎ分布,消息包到达率不完全相同,消息包长度既有常数也有负指数分布,根据随时过程的理论导出令牌循环时间Ｔ的均值和方差的一般解析表达式,同时应用排队论的方法进行一步分析了平均消息延时,平均消息长度和逻辑环路利用率。     

强实时条件下光纤通道仲裁环带宽分配方法

光纤通道是一个为适应高性能信息传输要求而提出的计算机通讯协议,仲裁环是光纤通道的基本拓扑结构之一.为解决网络消息集实时发送的问题,研究了光纤通道仲裁环拓扑在强实时条件下的通信性能.依据实时系统中的周期任务模型和光纤通道仲裁环协议规定的访问公平机制,采用负载匹配算法提出了一种适用于仲裁环网络的带宽分配方法.推导并证明了采用该方法时在最坏情况下消息集强实时的网络可达负载率不低于50％.     

移动Ad Hoc网络中一种支持QoS的多址接入协议

基于随机竞争和冲突解决的思想,为多跳移动Ad Hoc网络提出了一种支持服务质量(QoS)的多址接入(QMA)协议.将业务负载划分为时延敏感的实时业务和非时延敏感的数据业务.按照该协议,节点在发送业务分组前利用预报突发进行竞争接入,节点按照业务分组时延情况确定预报突发的长度,所发预报突发能持续到最后的节点优先获得接入.同时,具有实时业务的节点可以按照其优先级在更早的竞争微时隙中开始发送预报突发,因而可以比发送数据业务的节点更优先接入信道.最后利用OPNET仿真评估了QMA协议的多址性能,通过与带冲突避免的载波侦听(CSMA/CA)协议比较表明,QMA协议可以提供较高的吞吐量和较低的消息丢失率,并能为实时业务提供较低的时延,从而实现了对多媒体业务的QoS支持.      

采用多重交点判别的传感器网络覆盖控制协议

在保证一定的覆盖质量前提下,延长传感器网络生存时间,提出一种以充分必要条件判断网络节点冗余性的分布式覆盖控制协议.该协议通过多重交点判别法则(MIER,Multi-Intersection Estimation Rule)对无线传感器网络进行分布式节点的动态休眠控制,从理论上证明了MIER法则是判断网络节点冗余性的充分必要条件,能保证目标区域不出现覆盖盲点同时使活跃节点数降至最低.实验表明,MIER法则比CCP法则有了很大改进,消除由于法则本身引起的盲点数目,能更好的运用于覆盖控制协议中,更为准确的判断节点是否应该工作或休眠,是判别节点是否冗余的充分必要条件;同时比Ottawa法则更加高效的减少整个网络功耗,延长网络寿命.     

基于启发式算法的网络可靠性分配方法

由于网络的结构特殊性,已有的经典可靠性分配方法难以直接应用.在AGREE(Advisory Group on Reliability of Electronic Equipment)方法的基础上,根据网络可靠性与部件可靠性的函数关系确定网络部件重要度,运用启发式算法逐步迭代实现了网络k/N端可靠性分配,解决了无法对网络应用串联模型开展可靠性分配的问题.以中国教育网(CERNET,China Education and Research Network)骨干网为案例,应用该方法实现了75%网络节点连通可靠性指标的分配,并进一步分析了迭代终止条件、网络可靠性指标要求等参数对分配结果的影响,通过绘制可靠性随时间变化的曲线证明了分配结果能满足网络可靠性指标要求,说明了该方法的正确性和适用性.     

FC-AE-1553网络传输性能评价

为了提高航天航空网络传输性能,提出一种通用的FC-AE-1553网络传输效率计算方法并研制高性能FC-AE-1553节点卡.首先,对FC-AE-1553网络的消息传输过程进行详细分析,分析信息类型,给出传输帧的格式建议,通过分析FC-AE-1553协议中各类消息传输的时间参数,结合FC标准中对通信时间的要求,提出FC-AE-1553网络交换中各种消息类型的通信时间计算公式.然后, 针对无差错传输和有差错传输两种情况,给出了网络传输效率的计算方法.最后,通过仿真分析数据帧净荷长度、节点处理时间、交换中序列数量、传输误码率、丢包率等参数对FC-AE-1553网络传输效率的影响,给出了网络优化设计的建议.依托某航天工程任务,研制了基于XC5VFX100T和MPC8536E的FC-AE-1553节点卡.实验结果表明:丢包对传输效率的影响可忽略;数据帧净荷为2 048 B,数据帧数量为16时,传输效率可达到77.2%.      

自组织网络中UPMA协议的群间仿真

基于有效竞争预约接入、无冲突轮询传输的思想,结合分层分布式网络结构为自组织网络提出了依据用户妥善安排的多址接入(UPMA)协议,UPMA协议可以支持节点移动性和多跳网络拓扑,并使用网络仿真工具OPNET仿真评估了它的群间通信性能.该协议利用分群算法将多跳网络拓扑形成轮询所需要的两跳分群结构,包括预约接入和无冲突的轮询服务阶段.有分组发送的节点在每帧的竞争接入时隙中竞争接入.如果成功,则进入轮询服务过程;否则,在本帧重新开始的接入阶段中进行冲突避免和分解的预约接入过程.仿真结果表明,UPMA协议显著提高了多跳群间的业务传输效率,可以提供较高的端到端信道利用率、较低的端到端平均消息时延和较小的平均消息丢弃率.      

Load balancing strategy and its lookup-table enhancement in deterministic space delay/disruption tolerant networks

Space networks, in which connectivity is deterministic and intermittent, can be modeled by delay/disruption tolerant networks. In space delay/disruption tolerant networks, a packet is usually transmitted from the source node to the destination node indirectly via a series of relay nodes. If anyone of the nodes in the path becomes congested, the packet will be dropped due to buffer overflow. One of the main reasons behind congestion is the unbalanced network traffic distribution. We propose a load balancing strategy which takes the congestion status of both the local node and relay nodes into account. The congestion status, together with the end-to-end delay, is used in the routing selection. A lookup-table enhancement is also proposed. The off-line computation and the on-line adjustment are combined together to make a more precise estimate of the end-to-end delay while at the same time reducing the onboard computation. Simulation results show that the proposed strategy helps to distribute network traffic more evenly and therefore reduces the packet drop ratio. In addition, the average delay is also decreased in most cases. The lookup-table enhancement provides a compromise between the need for better communication performance and the desire for less onboard computation.     

芯片间时间触发通信综合规划方法及其优化

随着片上系统（SoC）的处理能力逐渐接近传统的综合核心处理模块，航空电子系统向着微小型综合化的芯片间系统发展；时间触发交换式互连可以保证芯片间消息传递的严格时间确定性。考虑芯片间互连交换结构轻量化和收发端口有限的特点，在拓扑、路由和调度时刻等网络资源相互制约的条件下，提出了芯片间时间触发通信综合规划方法，即根据时间触发消息集合和芯片端口配置，同时求解得到芯片间网络拓扑结构、消息路由和调度时刻表的规划结果。其中，采用免疫算法整体优化了各条消息在网络资源分配过程中的求解次序。仿真实验表明，与不考虑整体优化的综合规划方法相比，优化后的规划结果在减少拓扑结构中多余路径开销的同时，避免消息传输路径拥堵，降低消息端到端延迟，保证了消息集的可调度性。      

航空高动态网络链路感知OLSR路由算法

针对航空高动态无人机（UAV）网络环境中节点移动速度快、网络拓扑变化快,导致网络链路稳定性差、数据到达率低和信息拥塞度高等问题,提出了一种航空高动态网络链路感知OLSR（OLSR-LA）路由算法,该算法利用接收的2个连续Hello消息的多普勒频移、能量等信号特征,计算出航空高动态无人机网络中2个相邻节点的相对速度和移动趋势,从而得出这2个节点之间链路的保持时间。根据节点MAC层接口队列长度衡量网络局部的负载程度,并利用ARIMA-WNN组合预测模型预测下一时刻节点负载的预测值,并通过Hello消息传递给邻居节点。根据链路感知情况,采用基于局部路由负载均衡（RRLB）算法避免拥塞的发生。仿真结果表明,与传统OLSR算法相比,本文提出的算法有效提高了分组交付率,降低了端到端的传输延时,增加了网络吞吐量,从而提高了整个无人机网络传输的有效性和实时性。      

ACARS报文通信服务器的设计与实现

着重介绍ACARS(飞机通信寻址与报告系统)报文通信服务器的软件设计方案及实现方法.ACARS报文通信服务器通信模式采用了客户/服务器(Client/Server)模式.为了提高系统的实时性和响应速度,ACARS报文通信服务器设计成多线程并发服务器.ACARS报文通信服务器实现了实时接收、发送和分发ACARS报文.该系统已经成功地应用于中国民航VHF(甚高频)数据通信网网络监控中心.      

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.      

网络分区中混合消息集传输模式的精确配置

针对分布式综合模块化航空电子网络分区方法,指出其对消息传输模式配置存在不确定性;通过形式化描述将问题转化为包括实时性约束、带宽约束、缓存约束的最优化问题;提出了基于遗传模拟退火的传输模式配置算法,以系统的消息端到端延迟均衡为优化目标.通过给出两个具体算例对算法有效性进行了验证,同时比较了本算法与传统遗传算法的性能.对比结果表明,本算法能够解决传输模式的配置问题,尽管计算时间较传统遗传算法高出18.1%,但所得到的适应度值高出28.7%.本算法为网络分区在实际航电系统中的应用提供了参考.