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.     

确定性无线传感器网络定向扩散路由协议

提出了一种新的确定性无线传感器网络定向扩散路由协议以延长网络生存期.Sink以泛洪方式周期性地广播Interest,网络节点依据收到Interest的时间先后设置与邻近节点的梯度值,最先到达的梯度值最大.选择梯度最大方向上的节点建立数据传输路径.通过调整剩余能量的阈值限制低能量节点加入路径以均衡节点能耗.定性分析和仿真结果表明,在单sink单事件及多sink多事件应用场合,所提出的协议在能耗及可靠性方面均优于定向扩散协议,且更易于实际实现.同时定性分析还说明所提协议能获得更好的时延及时延抖动性能.      

导航星座星间星地一体化数据交互技术研究

导航星座时分轮询建链体制星间链路与非时分固定建链体制传统星地链路，数据交互机制区别显著，不利于导航星座与地面联合数据交互的高效实现。提出利用与星间链路信号体制一致的星地链路，将星间链路范围扩展至地面，以少量的地面站资源和统一的网络规划，实现星间、星地链路数据传输处理机制统一化以及网络资源调度管理一体化的方法，可支持全球导航系统星-星-地数据的高效精准交互。制定了地面节点设计部署方案和星-星-地一体化资源调度方案；指出一体化网络拓扑规划的核心是境内卫星的建链目标分配，并给出境内卫星建链目标的优化排序方法和排序优先级策略；以最短路径路由方式为代表，定义了按照时间前向搜索传输路径的路由规划方法。通信性能仿真结果表明，相比于使用传统固定建链体制的星地链路，该方式下进行导航星座与地面数据交互的前向接入数据容量和传输时延等性能有明显提升。     

面向空间通信的DTN一体化传输性能约束研究

相比于地面网络，空间通信链路具有较长的延迟、频繁的中断、较高的误码率及上下行链路非对称等特性，互联网成熟的网络技术并不适用，对网络可靠传输性能的保障提出了挑战。不同于空间IP协议体系方案，针对空间通信链路特性，采用多种传输机制兼容的DTN（delay tolerant networking）协议架构。重点针对链路非对称、和信道误码率等特性，研究对保障可靠传输的TCP和LTP两种传输机制的性能制约，并给出LTP（Licklider transport protocol）机制的跨层包尺寸优化模型。基于半实物仿真平台，构建静止轨道GEO以下的空间通信场景，进行真实数据流仿真，分析链路因素对协议传输性能的影响。仿真结果表明，在近地端误码率和信道非对称比例较小的空间通信场景中，仍可以采用TCP机制保障可靠传输，但对于误码率和信道非对称比例较高的通信场景，应考虑采用LTP传输机制保障通信的有效性和可靠性。     

基于优化信任评估的Ad Hoc安全路由协议

针对Ad Hoc网络中自私节点造成的攻击问题,提出了一种基于信任评估的Ad Hoc安全路由协议TEAR。该协议在节点行为信任评估方案的基础上,通过使用链路信任值和路径信任值表示节点和路径的可信度,同时,在链路信任值计算时,引入了基于公共邻居节点的间接信任评估方法和可变时间窗机制,保证了信任值计算的准确性和实效性;协议中每个节点维护一张信任表,并重新定义了路由请求和路由回复消息格式,实现了安全路径的快速选择。使用NS2进行模拟验证,又与AODV以及基于固定时间窗信任评估的安全路由协议TA-AODV进行性能对比。结果表明,改进的信任评估方案具有更好的性能,采用该方案的安全路由协议能较快地发现自私节点,并准确选择安全路径,提高了Ad Hoc网络性能。      

移动Ad Hoc网络中的自适应转发分群路由协议

为了提高移动Ad Hoc网络的可扩展性,降低在大规模移动Ad Hoc网络中路由开销的增长速度,提出了一种自适应转发分群路由(AFCR,Adaptive Forwarding Cluster Routing)协议.它采用基于最小节点标识号(ID)的移动分群算法将所有节点分为若干个一跳分群.通过设置分群计时器,仅使用两轮控制消息就能快速部署网络的分群结构,并且可使分群同时在全网多处展开.邻节点之间通过交换局部路由信息来建立相邻群首间的路由,而不相邻群首间的路由则利用相邻群首间的路由来建立.基于所建立的分群网络结构和局部路由信息,该协议能够完成数据分组的自适应转发.仿真结果表明,与DSDV(Destination-Sequenced Distance-Vector)和RRR-DSDV(Rapid Route Recons truction DSDV)协议相比,AFCR协议在大规模、重业务量的情况下有效地降低了路由开销、改善了网络的传输性能.     

面向空间应用高可靠图像数传设备的设计与实现

针对空间高速图像数传任务需求, 设计并实现了一种采用SpaceWire总线传输协议的高速图像数传设备. 该设备的硬件以FPGA为控制核心, 完成对SpaceWire协议芯片的初始化配置、收发数据包处理、中断和异常状态处理等操作. 重点阐述了FPGA的可靠性设计, 包括状态机设计、异步时钟域设计和数据包传输与链路错误的恢复设计. 测试表明该设备能够稳定可靠地实现140 Mbit/s的图像数据传输, 对于链路的突发错误在一定时间内具有错误数据恢复能力, 能够有效保证传输数据的正确性和稳定性.      

移动Ad hoc网络中的多信道预约MAC协议

移动Ad hoc网络中为有效利用无线信道资源,提出一种多信道预约媒质接入(MRMA, Multichannel Reservation Multiple Access)协议.该协议在公共信道上发送Request-to-Send/Clear-to-Send(RTS/CTS)分组预约信道,采用基于ID的信道选择方案选择无冲突的业务信道传输数据分组,目的节点成功接收完数据分组后在另一个公共信道上回复Acknowledgment(ACK)分组,有效避免了暴露终端问题,使得相邻通信节点对可以同时使用相同的业务信道传输数据分组,空分复用大大提高了无线资源的利用率.采用多信道分别进行不同通信对的业务分组传输解决了在单信道上传输所带来的隐藏终端问题.仿真结果表明,在总信道利用率和平均分组延迟性能上,MRMA协议明显优于IEEE 802.11 RTS/CTS协议.     

北斗全球卫星导航系统境外星数据快速回传的路由优化方法

针对北斗全球卫星导航系统存在的全球布站不足问题,提出一种利用星间链路将境外星数据快速回传至境内的路由优化方法。首先描述地面站受限情况下的数据快速回传问题,明确传输路由的优化目标、生成规则、约束条件。然后提出基于遗传算法的时延最小数据传输路由优化策略。最后,对算法进行了验证。结果表明,在2个境内站条件下,北斗系统全星座最多2跳（6s内）完成数据传输,可满足境外数据快速回传的要求。     

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。      

一种低轨遥感卫星按需数据传输机制

针对现有低轨（LEO）遥感卫星数据下行机制普遍存在的低效率、高时延、传输路径易损等问题,提出了一种新型的遥感数据传输机制。所提机制中,支持地面站按需实时定位遥感影像资源,并建立定位卫星到达地面站的传输路径;在建立传输路径时,考虑到协作卫星与地面的可视时间有限,提出了以路径持续服务时间最大化为度量的路由算法,降低因协作卫星改变而引入的传输时延。基于NS3仿真平台实现了所设计的数据传输机制,实验表明,提出机制相比现有数据传输机制可降低数据传输时延,减少数据丢失。      

一种适于LEO卫星网络的动态源路由算法

针对低轨(LEO)卫星网络拓扑变化有规律、可预知的特点,提出了一种适于LEO卫星网络的动态源路由算法,即自适应路由选择(ARS)算法.它引入逻辑位置的思想屏蔽了卫星移动性对路由选择的影响,使得源卫星只需自身和目的卫星的逻辑位置信息便可以进行路由计算获得最小传播时延路径,避免了收集路由信息所带来的交换开销;同时,根据最小传播时延路径的分布特点提出了一种高效的路径表示方法,用于在IP数据报头中存储所获得的最小传播时延路径,中转卫星可以根据该路径信息转发数据报直至目的卫星,和其他各类源路由算法相比大大降低了路由开销;另外,该算法还针对可能发生的链路拥塞和卫星失效情况提供了保证数据报正常传输的处理方法.最后,将所提出的算法与最小传播时延数据报路由算法(DRA)和Bellman最短路径(SP)算法进行了仿真比较.仿真结果表明,ARS算法在降低路由计算开销和交换开销的同时,保证了数据报的端到端传输时延要求.      

Physical and model interpretation of HF radio propagation on the St. Petersburg–Longyearbyen (Svalbard) path

HF radio wave observations have been carried out with an oblique ionospheric sounding (OIS) method on the radio path from St. Petersburg to Longyearbyen (Svalbard), and experimental ionograms were obtained for December 2001. These ionograms have been analysed to investigate the impact of the main ionospheric trough (MIT) and magnetic disturbances on the signals on this path. The observations during weakly disturbed (K_р = 2) magnetic conditions on 14–15 December 2001 were compared with predictions from ray-tracing through a numerical model of the ionosphere. The ray-tracing computer program synthesizes the OIS ionograms by means of the “shooting method”. This method calculates trajectories of HF radio waves for different values of elevation angle and transmission frequency. There was a variety of calculated trajectories, from which we choose those which reach the receiver, and the selected paths provide a synthesis of the oblique ionograms. To simulate HF radio wave propagation, we apply a three-dimensional distribution of the electron density calculated with the mathematical model of the high-latitude ionosphere developed in the Polar Geophysical Institute (PGI). These numerical simulations permit us to interpret specific peculiarities of the OIS data such as abnormal propagation modes, increased delays of signals, enhanced MOF (maximum observed frequency) values etc. New results of the study are summarised as follows. (1) An unusual feature of the propagation along the path is the change of propagation mechanism during substorms on entering a path midpoint (or 1-hop reflection point) to the MIT. (2) Even weak substorms, having the distinguished intensities, lead to the appearance of different types of irregularities observed by the CUTLASS radar and therefore to the different propagation modes and F2MOF values. (3) The PGI model of the ionosphere was first used for ray-tracing at high latitudes. The model results are basically in a good qualitative agreement with experimental observations. This model provides the satisfactory agreement between the calculated and experimental F2MOF values while not correctly representing the fine structure of the experimental OIS ionograms at night. An agreement between the calculated and experimental data is better for day and evening hours than at night.     

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.      

卫星融合交换系统负载均衡异构路径算法

卫星交换系统中的光与分组两种异构业务需要进行融合交换，为了合理利用卫星异构交换系统中的异构路径资源，需要对异构交换路径采用一体化生成方法。基于卫星异构融合交换结构模型，定义了异构路径影响因子，用以定量衡量异构路径对整体交换性能的影响，并针对卫星交换结构特点，采用交换系统子路径个数以及路径转换参数作为约束条件，通过构建异构路径资源权值函数，准确评估卫星异构交换系统中路径的负载均衡能力。研究了在异构交换系统中采用不同算法对于网络负载均衡度和路径拥塞概率指标的影响，仿真结果表明，与传统路由与波长分配算法相比，该算法可以在特定网络业务负载下将系统平均负载平衡度降低约32%，平均路径阻塞概率降低约51%。     

机会传感网中一种自适应链路侦测数据收集算法

提出了一种自适应链路侦测的数据收集算法,以提高机会传感网链路的预测精度与传输成功率:采用自适应链路侦测算法测量出各节点的实时网内链路质量权重因子,结合节点能量消耗模型,通过基于无味卡尔曼滤波的概率预测方法对节点间的链路质量进行量化计算,实现节点对通信链路的实时自适应预测与最优化选择,从而完成数据收集.仿真实验结果表明:新算法提高了最优化路径决策的预测精度,可以有效地增加消息的平均通信成功率,降低消息的平均传输延时.     

并行路网结构下的浮动车信息处理模型

受GPS定位精度的限制,浮动车在主辅路并行路网结构下进行地图匹配和路径推测存在困难,直接影响路况信息获取的准确性.在现有浮动车信息处理框架基础上,运用统计学方法提升地图匹配的精度,并将主辅路径同时作为车辆的行驶轨迹输出,有效降低了路径推测错误的可能性.最后,引入证据推理框架以解决路径选择策略调整所带来的信息不可信和信息冲突问题.对比实验表明,改进系统在主路和辅路上的路况准确性分别有14.26%和9.46%的提升.     

一种团队自治实体路径规划算法TAEPP

对团队自治实体的路径规划问题进行了分析,提出了一种团队自治实体路径规划算法TAEPP(Team Autonomous Entity Path Planning).该算法是一种集中式的全局规划方法,使用改进的A*算法得到团队中Leader成员的路径,通过对Leader路径的优化得到关键点表和队形转换表,利用关键点表和队形转换表得到团队中非Leader成员的路径.队形转换表可以使行进中的队形变换更合理,减少了队形维护时需要的通信量.通过调整算法中的2个影响因子,可以分别得到侧重于队形和侧重于距离的路径.试验结果验证了TAEPP算法的合理性和有效性.      

Study of long path VLF signal propagation characteristics as observed from Indian Antarctic station,Maitri

To examine the quality and propagation characteristics of the Very Low Frequency (VLF) radio waves in a very long propagation path, Indian Centre for Space Physics, Kolkata, participated in the 27th Indian scientific expedition to Antarctica during 2007–2008. One Stanford University made AWESOME VLF receiving system was installed at the Indian Antarctic station Maitri and about five weeks of data were recorded successfully from the Indian transmitter VTX and several other transmitting stations worldwide. The quality of the signal from the VTX transmitter was found to be very good, consistent and highly stable in day and night. The signal shows the evidences of the presence of the 24 h solar radiation in the Antarctic region during local summer. Here we report the both narrow band and broadband VLF observations from this site. The diurnal variations of VTX signal (18.2 kHz) are presented systematically for Antarctica path and also compared the same with the variations for a short propagation path (VTX-Kolkata). We compute the spatial distribution of the VTX signal along the VTX-Antarctica path using the most well-known LWPC model for an all-day and all-night propagation conditions. The calculated signal amplitudes corresponding to those conditions relatively corroborate the observations. We also present the attenuation rate of the dominant waveguide modes corresponding to those propagation conditions where the effects of the Antarctic polar ice on the attenuation of different propagating waveguide modes are visible.