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。      

QoE驱动的VR视频自适应采集与传输

在虚拟现实（VR）视频流媒体传输中,如何在带宽受限的条件下提高用户的质量体验（QoE）是一项巨大的挑战。为了更好地提高资源利用率和用户的QoE,提出了一个面向多用户的QoE驱动上下行链路联合的VR视频流媒体自适应采集与传输系统。与传统的VR视频无线传输系统不同的是,所提系统考虑了上行传输部分。其中,视频服务器根据上行链路和下行链路的带宽信息、用户的实时视角信息,以速率自适应为基础进行码率选择和资源分配。定义了QoE驱动的码率选择和资源分配问题,以最大化整个系统所有用户的QoE值。提出了联合KKT条件和分支定界法的速率自适应选择算法。实验结果表明:所提系统可以有效提高所有用户的QoE值,与上行链路平均分配资源算法相比,系统QoE值提高了14.27%,同时与传统的VR视频速率自适应算法相比,系统QoE值提高了23.47%。      

一种基于链路状态的舱内环境自适应干扰消除算法

针对舱内无线光传输系统多种干扰问题,比如多径损耗和突发干扰等,提出一种基于链路状态的自适应干扰消除技术,该方法分析舱内链路状态,完成链路状态估计,采用环境自适应的变遗忘因子RLS（recursive least squares）算法,针对不同链路状态采取差异化的干扰消除策略,以提高舱内通信质量。仿真结果表明：该算法在尽力避免增加算法复杂度的条件下,相对于传统固定遗忘因子算法,在平稳状态下优先保证传输的误码性能,在链路状态变化时具有更好的收敛性能,灵活适应了舱内多种传输情况。     

基于最优节点样条逼近的观测数据平滑方法

提供了一种基于最优节点样条逼近的观测数据平滑方法。它利用节点自由分布 B样条描述目标运动 ,在最小二乘准则下 ,采用非线性最优化方法 ,搜寻样条的最优节点分布 ,使逼近过程能够实时自适应目标的运动规律 ,提高逼近精度。这种方法即使在目标运动变化剧烈的情况下仍有较好的平滑和微分平滑效果     

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.      

考虑任务分配的无人机信息交互拓扑生成

无人机（UAV）持久编队信息交互拓扑的优化是保证UAV编队结构稳定性和任务执行时效性的重要基础。现有的编队生成算法针对距离因素进行权重赋值和拓扑生成，由于未考虑任务分配因素，可能会引起整体任务执行时间过长甚至任务失败的问题，对UAV的能量也造成了不必要的损耗。以任务消息传输时间和能量损耗为关键优化目标，在保证UAV编队结构稳定的前提下，提出考虑任务分配因素的信息交互拓扑生成算法，优先连接承载实时性要求较高通信任务的关键汇聚链路，对剩余链路通过引入惩罚项，在权重上进一步将任务消息传输量因素考虑在内，生成最终的信息交互拓扑。使用OMNet++进行仿真验证，相比于只考虑距离因素的信息交互拓扑生成算法，所提算法在20架UAVs编队场景下，消息传输时间方面最高降低57.3%，最低降低28.1%，关键任务消息的到达时延降低了45.2%～51.6%，而任务执行过程单UAV的能量损耗总体减少了17.5%，平均每个节点减少损耗16.1%。     

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%.      

基于度中心性的AFDX网络拓扑生成

航空电子系统随着任务需求和技术的发展不断向深度综合演进,其系统的复杂性给网络的设计和验证带来了巨大的挑战,如何通过网络生成实现受限资源条件下航电信息交互的实时性能保障是目前亟待解决的问题。针对目前存在的无法对航电网络进行实时性调控的拓扑设计方法进行改进,依据终端节点之间所有虚拟链路的最大通信帧长之和的大小关系,提出一种基于度中心性理论的航空电子全双工交换式以太网（AFDX）网络拓扑生成算法。将终端节点之间数据帧长作为节点度的衡量标准,对所有终端节点进行集合划分,并根据集合中终端节点的数据帧长对交换机进行连接。采用确定性网络演算以及仿真的方法对基于度中心性的AFDX网络拓扑生成算法进行效能评估。利用确定性网络演算方法,在小规模虚拟链路（VL）的组网下,结果显示:基于度中心性的拓扑生成算法生成的网络拓扑中75%的VLs实时性能优于原始人工设计的网络拓扑,且端到端延迟平均减小9.37%。利用OMNet++仿真方法,在1 400条虚拟链路的组网规模下,结果显示:基于度中心性的拓扑生成算法生成的网络拓扑中94.3%的VLs实时性能优于人为规划网络拓扑,且端到端延迟平均减小50.2%。由此表明:基于度中心性的拓扑生成算法很大程度上提高了网络的实时性能保障。      

前向数据接入方式对导航星座网络通信性能的影响分析

对采用时分多址轮询建链体制的导航星座星间链路网络，为了指导星间链路网络地面前向数据接入的应用，分析了不同地面前向数据接入方式的星-星-地联合数据交互机制及其对网络通信性能的影响，并结合应用代价给出了综合评价和使用建议。以前向数据最快路径接入方式和固定节点接入方式为代表，分析了星间链路网络与地面间星 星 地联合数据交互机制的特点，明确了两种方式下星间链路网络拓扑路由规划策略的制定原则。通过构建Walker 24/3/1导航星座星间链路网络数据处理模型及典型星地运行场景，对两种地面前向数据接入方式仿真分析了星间链路通信容量和传输时延等网络通信性能，比较分析了通信容量及数据拥塞规律，得出前向数据最快路径接入方式相比于固定节点接入方式在通信性能上有较明显优势的结论。最后，综合给出了两种星 星 地联合数据交互机制的应用性评价,同时给出了在通信容量较低且通信时延要求不高、但可靠性要求较高的应用条件下，可适度采用固定节点接入方式的建议。     

基于活动预测和能耗均衡的WSN路由算法

无线传感网络（WSN,Wireless Sensor Network）中节点触发与数据传输往往会呈现出某种活动模式,基于活动模式特性提出了基于活动的节点分簇算法（AACP,Activity-Aware Clustering Protocol）,将网络中的传感器 节点分成多个活动簇,并通过对节点的历史触发数据进行分析,结合分簇结果对当前发生的活动进行预测.基于活动预测结果,综合能耗均衡、节点剩余能量、传输能耗等影响因素,提出了基于活动预测和能耗均衡的WSN路由算法（AEBRP,Activity-aware and Energy Balanced Routing Protocol）.仿真实验中与低功耗自适应集簇分层型协议（LEACH,Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy）、基于跟踪的动态节点分簇算法（HCMTT,Hybrid Clustering for Multitarget Tracking in wireless sensor networks）和传感器信息系统中的高能效采集算法（PEGASIS,Power Efficient Gathering in Sensor Information System）进行比较,验证了AEBRP算法在维持网络能耗均衡、延长网络生命周期方面具有明显优势.      

可变编码调制在遥感卫星中的应用效能研究

随着遥感卫星观测数据量的日益增加，卫星数据传输能力已成为制约遥感卫星使用效能的瓶颈因素。为充分利用近地遥感卫星数据传输的链路资源，采用可变编码调制（VCM）技术，通过对星地数传信道条件的动态评估，在保证链路传输误码率和链路余量的前提下，自适应地进行当前信道条件下的最优编码调制方式切换，充分利用系统链路余量，提高卫星星地数据传输效能。利用该方法，对VCM数传链路效能进行仿真分析，与相同符号速率的固定编码调制（CCM）体制相比，VCM传输效能平均提升42.1%，可为遥感卫星的数传通道设计提供借鉴。     

基于地面分布式数据中心的天地一体化网络

天地一体化网络通常具有覆盖范围广、数据传输量大等特点。现有的一体化网络研究侧重于网络间传输协议,以及如何有效管理网络资源等。但考虑到当前卫星网络数据处理能力相对较差,而地面网络发展已非常成熟,因此将一体化网络与数据中心网络融合,把数据中心网分布式地接入骨干光网络中,卫星作为网络的传输节点与地面分布式数据中心网络构成统一整体;以中国电信骨干网为基础,针对一体化网络的内部传输代价和外部请求代价等多种因素,进行折中,使用整数线性规划得到网络的最优化部署。所提出的网络架构能很好地满足一体化网络的要求,提供了一种具有竞争力的信息平台设计架构。     

基于最小PDOP准则的星间链路拓扑方案

星间链路是卫星导航系统实现自主运行的一项关键技术.研究了一种 Walker(24/3/2) 星座,通过对卫星间可见性以及星间链路相关约束条件的分析,计算并确定了同轨卫星的A,B类排列方案,探索了建立位置精度因子(PDOP,Position Dilution Of Precision)值最小,即测距精度最高的星间链路拓扑结构的方法,并在此基础上利用Dijkstra算法计算出卫星之间以及卫星与地面站之间的最优路径.通过对星间数据传输时间延迟和星座网络卫星节点数据流量的统计,表明这种链路生成方案切实可行,能够满足预先设定的技术指标要求.同时对最短路径、最小跳数和网络流量均衡3种不同的计算策略进行了仿真,验证了这3种策略所造成的结果差异.      

Walker-δ星座星间链路的预算分析与仿真

为确定星间链路其他传输耗损以及合理发射功率,首先,在方位角、俯仰角的变化范围较小,平均距离较小和距离变化范围较小的情况下,给出Walker-δ星座星间链路的建立准则。然后,详细讨论星座星间链路的预算分析和自由空间传输耗损及其他传输耗损,并给出这些传输耗损的参考值或求解公式;特别是提出以数据传输速率的数学期望等于额定数据传输速率为条件来确定合理发射功率的方法,并推导数据传输速率方差的计算公式。最后,在仿真算例中,分析Walker 27/3/1星座中星间链路的方位角、俯仰角和距离的变化范围,讨论不同载波频率和不同数据传输速率对星间链路发射功率的影响,并给出了合理的发射功率。     

采用LDPC码方案的战术数据链系统

战术数据链系统能够提高部队信息化作战能力,其中信道编码技术是保证消息传输可靠性的关键技术之一.构建了一种新的战术数据链系统,系统采用低密度奇偶校验(LDPC,Low-Density Parity-Check)码方案,LDPC码是适用于传输可靠性要求高的通信系统的新型码组.介绍了LDPC码方案中的和积算法,描述了系统的传输模型,分析了系统在固定频率和加性白色高斯噪声(AWGN,Additive White Gaussian Noise)信道条件下的链路性能.利用计算机进行蒙特卡罗仿真,结果表明:在AWGN信道和瑞利衰落信道下,LDPC编码方案可以有效地降低数据链系统的误比特率,取得比采用里德·所罗门编码的联合战术信息分发系统更好的误码性能.LDPC码作为信道编码技术的备选码组,为进一步提高战术数据链的可靠性提供了一种解决方案.      

基于稳定分簇的移动自组织网络路由协议

移动自组织网络的动态拓扑特性给其分簇路由协议的设计带来了一定的挑战,而分簇算法作为分簇路由协议中重要的技术手段,如何建立一种有效稳定的分簇机制,对分簇路由协议的性能至关重要。本文在大规模网络环境下,提出一种稳定的分簇算法,并在此基础上提出一种分簇路由协议。为提高网络性能,该分簇路由协议簇间采用被动模式,簇内采用主动模式,并且各个分簇由簇首、网关、访客和普通簇节点组成。仿真结果表明:该分簇算法减少了簇的数量和簇成员在簇间的切换次数,提高了分簇的稳定性。相应的分簇路由协议较该类协议也降低了网络的平均端到端时延和平均路由开销,提高了数据包接收的成功率。      

基于CC1310芯片的多通道高速率低功耗无线传感系统

为有效减轻新一代运载火箭传感器数据采集与传输系统的质量, 设计并实现了基于CC1310芯片的无线传感器系统。采用频分复用(FDM)结合时分复用(TDM)的方式完成多节点组网并实施分组管理, 组间频分复用既实现了节点数的扩增, 又提升了传输速率复用倍数, 分组数为4时子节点数量可达100个以上。提出主节点授时法结合多节点分时传输协议的优化设计方法, 保证多节点高精准同步, 避免节点间碰撞, 获得了最优的组内可达速率;设计节点唤醒/休眠模式切换策略, 有效降低了系统功耗。实测结果表明:2个主节点带5个子节点并行工作时, 传输速率可达400 Kbps, 且主节点数量增加时, 系统的传输速率成比例增大;单个子节点忙时功耗不超过60 mW, 闲时功耗不超过12 mW, 平均功耗为15.2 mW, 符合低功耗要求;同时, 所设计的无线传感系统具备良好的可靠性和鲁棒性。      

系留无人机平台搭载的蜂窝通信基站吞吐量优化

考虑多架系留无人机（UAV）空中基站为多小区提供空地双向通信服务时，针对地面用户数目分布不均匀和多机协同服务同频干扰严重的问题，提出了一种联合优化空中基站高度和链路传输方向的吞吐量优化算法。该方法通过使用最大同频链路准则和就近服务准则确定了同频链路配对和无人机/用户配对，通过优化空中基站高度和链路传输方向提升了系统平均吞吐量，并减少了用户间的同频干扰。多种场景下验证结果均显示，所提方法显著优于其他非联合优化的对比方法，当拥塞小区用户数目是非拥塞小区用户数目的1~36倍时，相比于不联合优化链路传输方向和空中基站高度的对比方法，所提方法可提升系统平均吞吐量8倍左右。      

Ka频段低轨遥感卫星可变编码调制应用效能研究

分辨率的不断提高对低轨遥感卫星的星地数据传输能力提升提出了迫切需求,导致X频段星地数传通道压力急剧增加,而Ka频段可用带宽是X频段的4倍,理论上可大幅提升传输能力。当前低轨遥感卫星的星地数据传输通常采用固定编码调制（CCM）和可变编码调制（VCM）,均未利用地面站仰角增大时大气衰减减小所带来的信道条件改善,对链路资源造成浪费。针对此问题,对指定地面站和链路可用度,综合考虑自由空间损耗和大气衰减随接收仰角增加而同时减小的特性,提出基于DVB S2标准的Ka频段星上VCM系统实现方案,给出传输效能评估标准,并对降雨特性不同的喀什站、北京站、三亚站CCM,VCM的Ka频段传输效能进行了对比仿真分析,以寻找出适合不同站点的星地数传方案。仿真结果表明：干旱少雨的喀什站更适合采用CCM,且链路可用度高达99.82%;雨量中等的北京站可根据用户使用需求灵活选择CCM或VCM;而降雨丰富的三亚站更适合采用VCM,不仅可将传输效能提升8.37%,还可将链路可用度提升11.23%。