水声网络链路层协议的仿真研究

链路层协议的设计是水声网络的关键技术之一。它通过控制数据收发,实现网络数据包的可靠、有效传输,进而为网络层提供服务。针对水声通信系统低速率、高延时和低可靠性等特点,利用网络仿真软件OPNET对采用ALOHA协议和MACAW协议的网络进行了完整建模,给出了对等式网络和主从式网络下两种协议在吞吐量、丢包率、平均时延和能耗四个方面的仿真结果。通过对仿真结果的分析,为实用协议的设计提供了有效的参考数据和策略。     

基于时间敏感软件定义网络的工业互联网时延优化方案

大规模工业通信网络中不同优先级的数据流量共同传输会导致网络拥塞、时延增大等问题，基于时间敏感软件定义网络(time sensitive software defined network, TSSDN)框架，提出一种网络时延优化方案。在数据链路层对工业网络中不同优先级的数据流量设计分类整形调度的增强型时间感知整形器(enhanced-time awareness shaper, E-TAS)算法，缩短网络排队时延，将最高优先级同步实时数据采取流预留的方式、将次优先级非同步实时数据采取帧抢占的方式进行调度，将低优先级非实时数据按其调度权重进行公平调度，同时在网络层结合使用基于时延的Dijkstra算法，缩短网络数据的传播时延。仿真结果表明，所提方案有效保证了不同优先级数据流量的时延要求，实现了网络总时延性能的优化。     

SAR实时成像处理平台的设计与实现

针对合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)实时成像处理中数据量大、数据吞吐率高、成像算法实现复杂等特点,提出了一种适合于SAR实时成像处理的共享存储器的分布式耦合系统架构,设计了高分辨率SAR实时成像中大IO带宽、高处理能力、大存储容量等解决方案.给出了详细的硬件实现以及成像处理平台的测试结果,并用实测雷达回波数据进行了实时成像验证.     

基于重传错误率估计的自适应HARQ

自适应混合自动重传请求(hybrid automatic repeat request, HARQ)系统的性能与每次传输中的调制与编码方案(modulation and coding scheme, MCS)、发送功率选择密切相关,通过优化重传时的MCS及发送功率可以提升HARQ系统的吞吐率并降低能耗。由于不同MCS传输合并后的译码性能没有闭式解,这导致自适应HARQ优化问题不易解决。首先基于译码的判决域半径给出了一种HARQ合并后译码错误率的近似公式,进而提出了多种能权衡吞吐率和能耗性能的自适应HARQ优化策略。仿真结果验证了所提错误率估计方法的可靠性以及所提自适应HARQ的性能。与传统HARQ方案相比,所提方案能同时提高吞吐率、降低能耗,实现更好的吞吐率与能耗的性能折中。     

空间操作任务的分布式仿真系统

针对非合作目标抓捕、在轨维护、空间装配等复杂空间操作任务的地面验证需求,构建一套分布式仿真系统,主要由后台仿真模型、前端视景演示系统和前端主控制器组成。为实现不同建模工具或编程语言之间的多学科模型耦合与交互,引入FMI(functional mock-up interface)标准进行系统集成,提高了系统的模块化程度、通用性与可移植性。为充分利用计算资源、提高仿真效率,分布式部署仿真子系统与模块,利用DDS(data distribution service)通信机制实现高效、可靠的数据交互。双臂空间机器人抓捕非合作目标的演示案例表明,该仿真系统能够高保真模拟从远距离导引到近距离操作的全过程,满足实时仿真的要求。     

基于分布式绘制的大幅面立体像对快速浏览技术

针对当前影像数据存储格式不能适应海量影像数据快速访问的情况,研究设计了大幅面立体像对的逻辑四叉树存储格式,并通过立体像对的逻辑四叉树剖分算法把普通格式的立体像对格式快速转换成逻辑四叉树存储格式。由于单机显示无法满足大幅面立体像对的高分辨率、高沉浸感的显示,因此系统研究了大幅面立体像对快速浏览的分布式结构,包括硬件选择、分布式策略和通信方式等方面。由于当前分布式网络不足以支持大规模数据的实时传输,根据帧相关性原理,研究提出了大幅面立体像对的分布式缓冲机制。最后通过实验证明该方法能够实现大幅面立体像对的实时浏览。     

基于变采样周期方法的网络控制系统协同设计

提出了一种基于变采样周期的动态调度策略,通过实时调整控制系统的采样周期以适应网络中信息流的变化,改善网络中时延、丢包等问题.采用动态调度策略的NCS为一个变采样周期系统,考虑时延的影响,通过等效变换将时延和采样周期的不确定性转化为系统参数的不确定性,从而将NCS建模为一类具有参数不确定性的离散时间系统,并给出了系统D-稳定的控制器设计方法,实现NCS的控制与调度协同设计.最后通过数值仿真验证了所提出的方法的有效性.     

短波IP网络中速率自适应与SR-ARQ性能分析

短波信道的时变特性将严重影响短波通信的传输效率,同时在短波IP（Internet protocol）组网通信中影响更为显著。为此,在短波IP数据传输中给出基于选择重发ARQ (selective repeat automatic repeat-requst,SR-ARQ)的自适应调整速率的短波通信系统。系统选择有效吞吐率作为速率自适应阈值判决标准,得出了一般有效吞吐率表达式,以及不同速率判决的最佳阈值。理论分析和仿真验证了与单一速率系统相比较,系统吞吐率有明显提高。最后通过理论计算和仿真分析证明在数据分组和IP数据包在排队性能上,系统同样具有明显优越性。     

无码率码在无线传感器网络中的应用研究

传统固定码率通信方案在大规模网络中存在时延和多反馈情况,影响无线传感器网络(wireless sensor network, WSN)的传输性能。无码率码能够根据信道状态实时改变传输码率,很好地解决这一问题。本文以多源多中继网络模型为基础,设计了基于累积无码率(accumulate rateless, AR)码的分布式协同传输机制,并对传输的广播、转发、译码等阶段进行了阐述和分析。结合使用外信息转移(extrinsic information transfer, EXIT)图和凸优化工具对方案中的AR码度分布进行了联合优化求解。仿真结果和对比分析表明,所提分布式AR码度优化方案,在错误平层上明显优于分布式卢比转换码方案,在译码性能上较现有Raptor方案和AR码单独度分布优化方案分别减小3.7%和1.3%的码率倒数。     

一种无线传感器网络可靠传输协议及其仿真分析

在无线传感器网络应用中,不稳定的通信链路会导致较低的传输可靠性.提出一种基于"动态簇"的无线传感器网络可靠传输协议.此协议利用网络节点部署稠密的特点和无线信道的广播特性,使报文以簇为单位进行转发;各个簇的成员构成多路径以保证传输的可靠性,并通过限定转发簇成员个数来降低冗余传输能耗;簇是动态的,在数据每跳转发前通过"回退竞争"机制选出,完成转发任务后自动撤销.建立了网络仿真模型,用NS2网络仿真系统对此协议的传输性能,如传输可靠性、传输时延及传榆能耗,进行了仿真分析.仿真结果表明,此协议的综合性能优于同类协议.     

带休假的返回n-ARQ系统时延性能研究

在对返回 n 步自动重传请求协议(返回 n-ARQ)的系统传输过程进行分析的基础上,利用等效服务时延的思想简洁有效地建立了返回 n-ARQ 系统的休假排队模型,求得了该系统的主要性能指标分组平均等待时延、平均服务时延以及归一化最大吞吐量等的表达式,给出确定最佳滑动窗口长度以及最佳分组长度的理论模型;最后通过数值模拟分析了分组传输正确率、滑动窗口长度以及分组长度对系统时延的影响,并分析论证了最佳滑动窗口长度以及最佳分组长度的存在性和可确定性及其变动规律.     

面向双层卫星网络的多业务负载均衡算法

卫星网络中由于卫星高动态拓扑和地面用户分布不均,导致卫星网络易出现区域负载失衡。设计高效的动态路由算法是当前卫星网络的研究热点,为此,提出了一种面向双层卫星网络的多业务负载均衡算法。该算法根据卫星链路上的数据传输量进行拥塞判断,根据链路时延因素和链路负载因素进行负载代价计算,不同服务质量(quality of service, QoS)需求的业务进行不同路径选择,通过分流均衡网络流量。仿真结果表明,该算法能够减少数据包的排队时延和丢包率,提高整网吞吐量。     

改进的卫星网络多路径并行传输算法

针对传统多路径并行传输（concurrent multi-path transfer, CMT）协议无法适应卫星网络高误码特性,提出了一种CMT改进算法。首先,在缓解接收端缓存阻塞的基础上,根据链路中传输的传输序列号(trans-mission sequence number, TSN)相对连续的分组时延抖动,正确判断网络的拥塞状况;然后,接收端选取返回时延最短的路径,将拥塞因子及时反馈给源端,源端调节相应链路的拥塞窗口,调整注入网络的数据量。仿真结果表明:本文算法在缓解因卫星链路差异造成的接收缓存阻塞的同时,能够根据网络状况自适应区分拥塞与误码,实现链路的高效利用。相对于传统CMT协议,改进的CMT协议在网络吞吐量、窗口抖动、时延和丢包率等方面都有明显提高。     

一种适合深空通信的容失文件传递协议仿真

深空通信链路的特点(时延巨大、上下行链路非对称性、误码率、丢包率大和链路易中断)限制了采用地面文件传送协议在深空中的应用。借鉴信道编译码的思想,提出了适合深空环境的容失文件传递协议。采用容失文件传递协议,地面站只要接收到一定数量的数据包,满足解织条件就能够恢复原始信息,无需反馈确认信息。当通信距离较短时,文件传递时延受文件大小和传输速率变化的影响较大,而较长距离的传递时延主要由传播时延决定,其他因素影响有限。容失文件传递协议无需反馈确认、单向可靠传输,大大减少了文件传递时延、提高了系统的吞吐量也保证了通信系统的可靠性。     

高吞吐量低时延太赫兹超高速无线网络MAC接入协议

针对现有能够应用于太赫兹超高速无线网络的能量和频谱感知的媒介接入控制(energy and spectrum aware media access control, ES MAC)及IEEE802.15.3c协议存在的时隙申请量未及时更新、超帧结构不合理及分配时隙时未合并同一对节点之间的时隙请求等问题,提出了一种高吞吐量低时延MAC(high throughput low delay MAC,HLMAC)协议。通过设计一种新的超帧结构,使节点及时得到时隙分配信息,大大降低数据接入时延;通过更新时隙请求量和合并同一对节点的时隙请求,增加了数据发送量,提高了网络吞吐量。理论分析表明了HLMAC协议的有效性,仿真结果显示它比ES MAC协议增加了65.7%的网络吞吐量,同时降低了30%的接入时延。     

S-TDMA协议点到点通信的仿真研究

介绍了自组织时分多址（S-TDMA）数据链协议中长传输过程和短传输过程两种点到点通信方式。利用网络仿真工具OPNETModeler，构建了S-TDMA数据链网络的仿真平台。在不同的业务量及重传参数下，对长传输过程和短传输过程的吞吐量、平均报文时延和平均报文丢弃率三种性能指标进行了仿真，并分析了仿真结果。     

Performance Analysis of the Dynamic CSMA/CD Protocol in a Wireless Channel

In wireless networks, packet access is a popular mode, and the key problem is how to improve throughput and access delay performance, especially the throughput for wireless channels. These results will be a reference for not only a wireless channel but also a common MAC protocol.     

机载战术网多信道S-ALOHA协议设计与分析

针对机载战术网(airborne tactical network, ATN)高动态、大尺度、节点稀疏分布、通信业务多样等特征,以及高可靠、低时延的信息传输需求,提出一种新的多信道时隙ALOHA(multi-channel slotted-ALOHA, MC-S-ALOHA) 协议。该协议采用一种基于活跃节点数量的退避机制,其竞争窗口的大小随网络中活跃节点数量的变化而自适应动态调整。针对提出的协议,通过对网络中忙碌信道数量和活跃节点数量建立二维马尔可夫链模型、对节点发送缓冲区建立一维马尔可夫链模型,理论推导了网络吞吐量、分组端到端时延和分组成功传输概率的数学表达式。仿真结果验证了理论推导的准确性,并表明该协议能够有效满足ATN的性能需求。     

联合AMC,ARQ与包分割的通信系统队列分析与跨层优化

针对联合自适应调制编码（adaptive modulation and coding, AMC）, 自动重传请求（automatic repeat request, ARQ）与包分割传输3种机制的通信系统,提出了一种ARQ多帧动态周期反馈机制,并建立了分析此系统的马尔可夫链模型,得到了包平均时延、平均反馈次数、平均掉包率和系统吞吐量等多种性能指标。在此基础上提出了在服务质量（quality of service, QoS）条件约束下,以最大化系统有效吞吐量为目标的双向链路跨层最优化算法。仿真结果表明,提出的马尔可夫链模型能精确预测系统的性能,与现有的单帧反馈和多帧固定周期反馈相比,提出反馈机制可达到更大的系统有效吞吐量。