一种基于ECN概率标记的流量控制算法

提出了一种基于用户效用函数的网络流量模型,把网络拥塞控制问题转化为求解网络流量模型的最优化问题,并且给出了求最优解的对偶梯度投影算法.算法的核心思想是:源选择传输速率使得它的网络利益最大,而链路调整拥塞价格来适应源的决定.为了在IP网络中实现此算法,在路由器中以概率标记显式拥塞指示ECN(Explicit Congestion Notification)中的拥塞预警CE(Congestion Experienced)比特来传输网络拥塞信息,使用IP分组头中的生命域TTL(Time-To-Live)估计分组传输路径中链路的位置信息.通过计算机模拟验证了算法的收敛性和准确性.      

基于策略和流分类的MPLS显式路由算法

提出一种基于策略和流分类的多协议标记交换(MPLS,Multi-Protocol Label Switch)流量工程显式路由算法,算法分离线计算和在线计算2个步骤实施.离线计算基于多商品流问题,计算使网络总体资源耗费最低,并且能够满足流的带宽需求的每链路每流带宽分配值.在线计算根据这种带宽分配结果,实时计算最短路径作为单个流的显式路由.离线计算和在线计算相结合可使网络流按照其固有的流量分布特征合理地映射到网络物理拓扑中,在一定程度上避免了因路由计算不合理而导致的网络性能退化和资源使用不均衡等问题.算法综合考虑网络流量、资源、管理策略等要素,能够较好地平衡网络资源的使用,提高网络资源利用率,有效实施MPLS流量工程.      

基于低轨移动星座的高速星载路由器设计

随着地面网络流量不断增长,实现星地一体化要求星间网络能够提供基于IP的大流量数据传输。而星载路由器作为连通星间网络的关键设备,其转发速率和服务质量等指标决定了整个星间网络的吞吐量和时效性。考虑到现有星载路由器吞吐量低的现状,提出一种适用于低轨移动通信星座的高速星载路由器设计方案,在基于拓扑快照的路由基础上补充3层动态路由,在保证交换速率的同时减少网络故障导致的丢包,实现“一次路由,多次交换”。采用共享内存式的交换存储单元,利用Spacewire和Serdes高速接口单元,理论上星间数据吞吐量能够达到最高51Gbit/s,且支持IP数据传输,为与地面网络的融合奠定基础。     

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.      

一种电子政务数据交换覆盖网络

数据交换是电子政务应用的核心问题.构建一种应用层数据交换覆盖网络成为解决这类问题的关键.分析了电子政务数据交换的特点,提出了电子政务数据交换覆盖网络eGON(e-Government data exchange Overlay Network)的概念模型,在树型结构组织网络的基础上,引入结点间组织距离和结点适应度概念,提出了一种eGON拓扑结构模型——双尺度异质组织网络模型DSHON(Dual Scale Heterogeneous Organization Network),该模型按照与组织距离和能力适应度2种尺度相关的概率添加快捷边,实现网络性能改善.设计了eGON的总体结构、构建与维护机制、路由维护协议和基于组织距离优先的消息路由算法,并进行了路由算法实验验证.      

支持自愈恢复的MPLS流量工程路由机制

提出基于策略和流量特征的约束路由算法,算法根据网络资源和流量分布特征,为不同流预先分配带宽,优化网络资源的使用.将显式路由计算和故障恢复机制相结合,设计和实现基于MPLS(Multi Protocol Label Switch)的故障恢复系统,提高MPLS网络的生存性.      

基于CAN总线的虚拟化以太网接口设计和实现

针对卫星载荷间基于控制器局域网（CAN）总线的IP通信,提出了一种CAN接口虚拟化机制,称为IPoverCAN。通过IP地址和CAN地址映射、IP报文分片/重组和多路缓冲队列管理等机制,将CAN接口抽象为虚拟的标准以太网接口。试验结果表明,IPoverCAN机制实现了CAN数据帧和IP报文之间的实时高效转换,可用于卫星载荷间通信等对设备质量和体积敏感的领域。     

一种大变形多空间域连续体结构拓扑优化方法

针对大变形非线性结构拓扑优化问题,提出了基于混合细胞自动机(HCA, Hybrid Cellular Automata)多空间域连续体结构拓扑优化方法;采用密度法,建立了单元相对密度表示的材料弹-塑性模型;以单元相对密度和应变能作为细胞自动机(CA,Cellular Automata)的状态信息,利用CA局部控制规则,修改相对密度,迭代实现各设计空间域应变能均匀分布;设计了多空间域拓扑优化HCA算法,采取多个对象同时耦合优化迭代,各自收敛策略,解决了多空间域优化迭代算法收敛稳定性问题;最后,以汽车保险杆结构横梁和支撑等两个设计空间为例,施加大变形动态载荷作用,对提出的多空间结构优化算法进行了验证,优化后结构有效地降低了碰撞作用力峰值达54％,提高了结构安全性.     

基于链路预测的未来新增航线发现

针对新增航线发现研究中存在的航线选择主观化、网络信息挖掘不充分等问题,考虑航空运输网络的拓扑结构特征和节点(通航城市)层次属性,提出了一种基于链路预测的未来新增航线发现(NARP)模型。NARP模型提取局部封闭子图构建子图邻接矩阵,基于距离标记子图节点结构重要性,采用因子分析和层次聚类提取节点层次属性。在此基础上,融合子图结构和节点属性2类特征,采用深度图卷积神经网络(DGCNN)进行链路预测,实现新增航线发现。在中国航空运输网络实际运行数据上的实验结果表明:较之基准方法,NARP模型的预测准确率最高提升9.28%;在网络极度不完整时,预测准确率可以保持在80%左右;预测结果符合航空运输网络的实际演变情况。      

一种基于时间序列的自适应网络异常检测算法

传统的网络管理工具通常是根据预先设定的阈值进行网络流量异常检测,这种方法虽然简单,但不能根据网络状况进行自适应的动态调整.分析了基于时间序列的Holt-Winters异常检测方法,结合建立的历史流量的正常模型,改进了Holt-Winters模型的基值以及平滑因子参数的获取过程,加快了算法的启动时间,缩短了算法对网络环境的自适应时间.改进的Holt-Winters算法相较于原来的Holt-Winters算法以及阈值检测方法检测的正确率更高、误报率更低.     

地月空间信息网络链路分配算法研究

在设计拓扑时,如何分配每颗卫星上有限的通信终端建立通信链路,构建一个性能良好的网络拓扑,成为了一个重要的研究问题。以平均月球中继卫星到地面站路径距离最小为优化目标,以卫星携带的通信终端数目、月球中继卫星与地面站的连通性为约束条件,提出了基于竞争决策思想的链路分配算法(Link Assignment Algorithm based on Competitive Decision, LAA-CD)和基于模拟退火法的链路分配算法(Link Assignment Algorithm based on Simulated Annealing,LAA-SA),并与贪婪算法进行对比。仿真结果表明,LAA-CD和LAA-SA算法下所得拓扑的平均月球中继卫星到地面站距离均小于贪婪算法,且LAA-CD算法能够有效降低算法的时间复杂度。进一步对比了两种星座,发现相比拉格朗日轨道卫星星座,在月球极轨道卫星星座下所得拓扑具有更小的平均距离,为空间信息网络分配提供技术支撑。     

基于分层的网络拓扑结构可视化方法研究

网络的拓扑结构对于网络管理系统必不可少,将复杂的网络拓扑结构可视化是迅速掌握网络拓扑结构的高效方法.针对这个问题提出了一个适合中小规模网络拓扑显示的可视化方法,该方法的特点是以分层的方式来进行网络拓扑的显示,主要设备和次要设备分属于不同的显示层次;并且主要设备又按照自顶向下的层次化结构显示,使得整个拓扑清晰、明了;同时对于已显示的拓扑允许网络管理员灵活地改变显示位置.详细阐述了该方法的主要思想以及实现过程中用到的关键技术.      

高中低轨导航星座混合体制星间链路规划

针对北斗系统加入低轨增强星座后的高中低混合星座特点,为了满足下一代导航星座主要的星间链路业务需求,提出了一种分级规划的混合星座星间链路规划方案。优先为激光星间链路的MEO、LEO、MEO-LEO建立拓扑,基于此拓扑提出了时分体制的分组拓扑规划算法。针对导航星座高中低速混合星间网络不同体制的路由提出了2种不同的改进路由算法,并对混合体制星间链路进行了仿真和规划。对规划结果进行了统计分析,验证了混合网络规划方法的正确性和混合网络在低轨监测数据回传、层间数据传输、导航信息上注3个典型导航业务场景的数据传输效能。低轨监测数据回传和连续体制节点导航信息上注时延均在1s之内,在94%的时间里有5~8条层间星间链路,时分体制节点在92%的时间里可以在12s内完成上行注入,为下一代导航系统规划设计提供参考建议。     

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。      

基于CDMA-TDD系统的联合功率控制算法

针对常规的码分多址CDMA (Code Division Multiple Access)时分双工TDD (Time Division Duplex) 系统功率控制算法存在的缺陷,提出了一种基于通信链路当前状态信息的联合功率控制算法.从理论上推导了联合功率控制方程.在新算法中,所有移动终端调整后的新发射功率值是基于共同的通信资源得出的.分配在同一时隙的各个移动终端的功率调整是基于通信链路的当前状态信息,其中包括各移动终端下一步使用的调整后的新发射功率值.使得各移动终端能够平等的共享链路资源,加快功率控制的收敛.通过建立功能模型,验证和评估了这一新的算法.仿真结果表明这一新的功率控制算法优于当前的常规算法,能减小接收端信噪比动态范围,降低干扰信号强度,提高能量效率和系统容量.     

面向航空电子云的混合式时间同步算法

针对航空电子云对时间同步的需求,建立了相应的网络模型、时钟模型和延时模型.给出了节点在不同网络状态下的同步操作流程,基于贝叶斯估计对同步消息的接收处理时间进行补偿,结合集中式同步和分布式一致同步机制,提出了混合式时间同步算法.通过仿真实例比较了该算法与传统同步算法的性能.对比结果表明,该算法在具有更高同步精度和最高收敛速度的同时,仍然能够在链路失效率低于50%的情况下维持与传统分布式算法相当的鲁棒性.该算法为解决航空电子云的时间同步问题提供了参考.     

Optimization of communication network topology for navigation sharing among distributed satellites

Navigation sharing among distributed satellites is quite important for coordinated motion and collision avoidance. This paper proposes optimization methods of the communication network topology to achieve navigation sharing. The whole communication network constructing by inter-satellite links are considered as a topology graph. The aim of this paper is to find the communication network topology with minimum communication connections’ number (MCCN) in different conditions. It has found that the communication capacity and the number of channels are two key parameters affecting the results. The model of MCCN topology for navigation sharing is established and corresponding method is designed. Two main scenarios, viz., homogeneous case and heterogeneous case, are considered. For the homogeneous case where each member has the same communication capacity, it designs a construction method (Algorithm 1) to find the MCCN topology. For the heterogeneous case, it introduces a modified genetic algorithm (Algorithm 2) to find the MCCN topology. When considering the fact that the number of channels is limited, the Algorithm 2 is further modified by adding a penalized term in the fitness function. The effectiveness of these algorithms is all proved in theoretical. Three examples are further tested to illustrate the methods developed in this paper.     

利用重要性贡献矩阵确定通信网中最重要节点

针对已有的节点重要性评价方法,基于节点的移除可能导致网络拓扑结构变化的不足,提出了一种利用节点间关联特性的通信网络节点重要性评价方法.该方法定义的节点重要性贡献矩阵(NICM,Node Importance Contribution Matrix)考虑了网络中不同节点间的联接关系对节点重要性的影响,每个节点对其相邻节点重要程度的贡献与该节点的度有关,节点的初始重要性设为该节点的介数.利用该算法对典型网络的节点重要性进行了分析,并且与移除节点的方法进行了对比.实验结果表明,所提出的算法无须考虑网络拓扑结构的变化,结果精确并能正确评价节点对网络资源的控制能力.     

应用遗传算法的频域最大似然参数辨识

针对基于变量误差模型EV模型(Errors-in-Variables Model)的传递函数频域最大似然参数估计中存在的初始值以及收敛问题提出了使用浮点遗传算法的改进算法.仿真试验表明,单独使用遗传算法难以得到系统传函的精确估计,传统的非线性数值递推算法在一些情况下容易收敛到局域最小值.将两种算法结合使用,可以有效地克服各自的不足.新算法可以给出系统延迟的初始值的估计.当代价函数存在多个局部最小值时,它仍然能够快速准确地寻找到全局最优点.改进的算法比原算法具有更强的适应性.