高时隙利用率太赫兹无线个域网公平接入协议

针对现有太赫兹无线个域网接入协议时隙利用率偏低的问题,提出了一种高时隙利用率的太赫兹无线个域网接入协议—HSU-AP。HSU-AP通过自适应取消随机接入时段机制增加数据传输时间,采用基于请求量的有序公平时隙分配机制使可分配时隙不再剩余,并且在采用低时延帧聚合机制时利用子帧逆向聚合机制减少子帧重传个数,从而达到提高时隙资源利用率、提升网络吞吐量的效果。理论分析验证了HSU-AP协议的有效性;仿真结果表明,相较于高效公平的媒体存取控制(high efficiency fairness media access control, HEF-MAC)等现有典型太赫兹无线个域网接入协议,HSU-AP协议的时隙利用率至少提高28.02%,MAC层吞吐量则增加了26.95%以上。     

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。     

太赫兹无线局域网媒体访问控制协议的优化设计

针对太赫兹无线局域网络,为满足网络中对数据传输性能的要求,提出一种媒体访问控制(medium access control,MAC)层协议超帧结构,在新超帧结构的基础上,进一步提出3种优化机制,分别是自适应动态调整竞争接入时段的长度、合并申请量的免申请预分配时隙和删除冗余控制字段。通过采用OPNET仿真软件,对新提出的优化后的MAC层协议进行了仿真验证,并将仿真结果与现有的能够应用于太赫兹超高速无线网络的高吞吐量低时延MAC(high throughput low delay MAC,HLMAC)协议和IEEE 802.15.3c标准协议进行了比较。仿真结果表明,所提的MAC协议相较于HLMAC协议和IEEE 802.15.3c标准协议在网络吞吐量方面的性能得到了约3.45%和11.11%的优化提升,在平均接入时延方面的性能提升了约28%和50%,而在数据帧的传送成功率方面的性能也得到了约3.3%和10.6%的提升效果。     

基于FSM的车辆底盘CAN网络建模与仿真

简述了CAN(controller area network)网络通信协议的特点,在MATLAB/Simulink/Stateflow仿真环境,运用有限状态机(FSM)理论,建立了用于车辆底盘集成控制的CAN网络通信系统仿真模型。仿真研究了节点优先级、传输速率及单帧信息量对通信延时的影响,并将该网络通信模型应用于车辆4WS控制系统,针对网络通讯延迟对控制效果影响进行了仿真分析,进一步证明了使用该模型研究数据传输延时对控制系统控制影响的可行性。     

集中式网络拥塞控制的高效RPL路由协议

针对低功耗有损网络中采用博弈论的网络拥塞控制(game theory based network congestion control protocol, GTNCC)路由算法在路由构建过程中仅仅考虑无线链路质量不能使网络拓扑最优,以及在拥塞控制过程中由拥塞节点的子节点判断是否切换父节点不能快速高效地缓解网络拥塞等问题,提出一种基于多维度量结合的集中式网络拥塞控制(centralized network congestion control based on multi-metrics combination, CNCCMC)路由协议。首先,为了降低网络拥塞发生的概率,CNCCMC路由协议综合考虑了节点剩余能量、缓存占用率、无线链路质量和中继节点当前子节点个数等多维度量完成路由构建;其次,当检测到网络拥塞时,CNCCMC路由协议依据网络拥塞节点进行流量分析和判断的结果采取集中式的方式控制其子节点的切换;最后,在网络拥塞缓解过程中,提出一种“乒乓效应”避免机制。理论分析和仿真结果表明,与GTNCC路由算法相比,CNCCMC路由协议在降低网络拥塞发生的概率、延长网络平均生存寿命和提高网络吞吐量等方面的性能得到了有效提升。     

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。     

节点可靠感知的差异保护虚拟航空网络映射算法

针对集成僵化的传统航空网络难以在节点出现故障后快速高效调度网络资源，从而恢复任务执行的问题，提出了无线网络虚拟化环境下节点可靠感知的差异保护虚拟航空网络映射(node reliability-aware protection-differentiated virtual airborne network embedding, NRPD-VANE)算法。首先，节点映射采用新的节点重要度评价方法，综合感知故障可能、无线干扰和网络资源，为虚拟节点映射可靠物理节点；其次，链路映射根据节点重要度，采用P圈保护技术对映射路径节点实行差异保护。仿真结果表明，相比传统的节点保护映射算法，所提算法在保持较低恢复时延的同时，提高了映射成功率。     

软件定义航空集群机载网络自适应邻居探测方法

针对航空集群机载网络中优化链路状态路由(optimized link state routing, OLSR)协议周期固定式邻居探测方式不能及时获取节点邻居分布状况,导致路由可靠性不足问题,提出软件定义航空集群机载网络自适应邻居探测方法。首先在现有软件定义网络(software defined networking, SDN)架构基础上,提出航空集群机载网络架构并设计网络模型;其次设计待调节点集合选举算法,以节点移动距离为标准筛选待调节点集合;最后设计邻居探测周期分配算法,为待调节点分配邻居探测周期。通过SDN集中式高效地调整节点邻居探测周期,能够实现对邻节点分布状况的及时有效探知。仿真表明该方法能及时获取节点邻居分布状况,提高了数据包到达率并降低端到端时延和协议控制开销,增强了OLSR协议在航空集群机载网络中的可靠性。     

基于NDN的移动自组织网络协助边缘缓存策略

命名数据网络(named data network, NDN)中一些传统缓存放置策略不能高效地利用移动自组织网络中有限的缓存资源，为提高缓存空间利用率，减小数据传输时延，提出一种基于内容流行度的协助边缘缓存策略。将NDN链路状态路由协议应用于移动自组织网络中进行路由寻址，各路由器实时统计本节点处的数据流行度，结合数据流行度、位置信息以及缓存标志位信息，自主决策是否缓存数据，结果是将请求更频繁的内容缓存至更靠近用户的边缘节点。仿真实验结果表明，与传统的缓存放置策略相比，此缓存策略在缓存命中率、数据响应时延等方面有较好的提升。     

基于OPNET的水声通信网络设计与仿真

水声通信网络是实现如海洋数据采集、离岸勘测与战术监测等水下系统无线信息传输的主要手段,但其性能受水声信道特性影响严重.为此,采用oPNET对水声通信网络节点模型与分层协议进行设计与实现,其特征包括基于CDMA的多用户检测以及RTS-CTS-DATA-ACK信道握手流程与网络分配向量(NAV)帧冲突处理机制等.同时建立并测试了一个包含1个主节点与5个传感器节点的水声通信网络,仿真结果表明主节点物理层采用多用户接收技术能够更好的克服冲突,减少数据包重发,从而获得更高水声通信网络的吞吐量,减少端对端传输延时与能量消耗.     

想定环境中无人机AdHoc网络仿真研究和实现

根据无人机和Ad Hoc网络的特点,基于Visual C#.Net开发工具,设计和实现了无人机通信仿真系统UCSS。UCSS以无人机为通信节点,以Ad Hoc网络为组网形式模拟动态空基信息传输网络。提出了节点平均连接度和消息成功接收率的网络评价指标,以FSR协议为例分别做了与GloMoSim的对比实验和想定环境中的仿真实验。实验结果表明UCSS的有效性和优越性,战场环境对路由协议的效率有较大影响,这些数据为无人机通信技术提供了重要的参考。     

基于非正交多址技术的协作中继传输方案

针对星地频谱共享网络中深衰落认知用户传输速率低的问题,提出了一种基于非正交多址接入(non-orthogonal multiple access,NOMA)的协作中继传输方案。该方案的源节点采用NOMA技术广播信息并根据信道特性自适应地调节功率分配因子,中继节点通过中继-源节点功率比参数合理设置其传输功率并进行译码转发,在功率受限情况下最大化认知用户的传输速率。数值分析结果表明,功率比在一定范围内时,与正交多址接入的协作中继方案相比,该方案的传输速率提高了13.7%左右;当两种方案传输速率相同时,该方案的功率节约30%左右。     

非对称调制的双向全双工车载通信BER性能分析

在车载通信系统中,全双工中继技术可满足车联网的低时延需求以及缓解频谱资源短缺问题。然而,实际车载通信应用中不同信源车辆发送的信息相互独立,节点调制方式往往不对称。这种非对称传输会加剧全双工模式残余自干扰造成的译码错误。针对这一问题,提出一种非对称调制的全双工通信方法,该方法引入网络编码联合调制的解码转发方式解决了非对称调制带来的误码率增大的问题。此外,分析了全双工残余自干扰随功率动态变化情况下的优化约束条件,得到最优功率分配区间。数值分析结果证明:在不同功率区间内,所提方法都可找到最优功率比例,使得系统端到端误比特性能最优。     

基于多跳位置估计的无线光自组网拓扑重构

设计了基于多跳位置估计的无线光移动自组织网络拓扑重构方法,该方法不依赖定位系统,如全球定位系统(global positioning system, GPS)等,也不需要无线电通信辅助,仅采用自由空间光(free space optical, FSO)对网络中其他节点进行方向和距离估计,位置估计信息通过多跳方式传递,用于建立重构链路,增加节点连通度,提高网络性能。该方法分析了多跳节点间的位置不确定区域,并提出了覆盖不确定区域的光波束分配算法用于新的FSO链路建立。仿真表明,在节点规模小于20的自组织网络中,光束发散角大小与距离估计误差决定相对定位精度,并影响重构网络节点端到端性能,通过减小发散角并提高光检测灵敏度,该方法的性能接近基于GPS定位的重构方法。     

混合译码放大转发协同通信的功率分配

协同通信中,有效降低系统的发射功率是移动网络绿色化的一种解决方案。针对未来移动通信系统的节能问题,给出了协同通信系统中混合译码放大转发（hybrid decode-amplify forward, HDAF）的功率分配方案。该方案以直接传输方式的中断概率值为约束条件和总功率最小化为目标,采用极值问题的分析方法,得到了准静态瑞利平坦衰落信道中 HDAF协作方式源节点和中继节点功率。数值分析结果表明,在相同的中断概率约束条件下,采用HDAF协作方式所需的总功率比放大转发（amplify-forward, AF）、译码转发(decode-forward, DF)协作方式少5 dBm~17 dBm,最大限度地节约了系统资源的消耗。     

基于OFDMA的无线协作多播网络资源分配算法

在传统的无线多播传输中,多播组的系统性能受限于多播组内的最差用户的信道质量。为了克服多播组的系统性能受限的问题,将协作传输引入到基于正交频分多址(orthogonal frequency division multiple access,OFDMA)的无线多播网络中,并提出了在总传输速率受限的情况下,最小化总传输功率的动态资源分配算法。为了减少计算复杂度和保障公平性,提出了协作公平子载波分配算法(cooperative fair, CF)和迭代注水功率分配算法。仿真结果显示,在多播组的用户中进行协作传输的系统性能,要远高于采用传统多播直接传输的性能,并且所提算法也在保证系统性能的同时,实现了多播组间良好的公平性。     

面向航空集群云网络的航空数据链MAC协议

针对未来航空集群作战的全新网络需求,提出了“航空集群云网络”的概念,设计了网络通信层面与任务需求层面耦合机制,为航空集群网络的具体通信技术研究提供了参考,并在此基础上结合基于正交频分多址(orthogonal frequency division multiple access, OFDMA)的可变带宽信道分配技术设计了一种面向航空集群云网络的媒体接入控制协议(aeronautic swarm cloud network oriented media access control protocol, ASCN-MAC)。详细设计了协议的任务需求认知机制,为智能化任务规划决策提供了通信支撑,并从需求出发,基于OFDMA的特点,提出了面向任务需求的层次化信道资源预约方式和信道资源贪婪预约算法。仿真结果表明,ASCN-MAC协议在任务规划决策的通信支撑能力、吞吐量性能和实时性上均具备较强的优势,可以满足新的作战样式下大量面向任务需求信息的可靠低时延传输。对全新作战样式下新一代航空数据链的研究具有一定的参考、借鉴意义。     

非完美信道信息下LTE-V2V通信最优功率控制

针对非完美信道状态信息下LTE-V2V (long-term-evolution vehicle-to-vehicle)通信系统中V2V用户与蜂窝用户频谱复用带来的共道干扰问题,提出了一种以最大化能效为目标的最优功率控制方案。该方案通过V2V用户间通信距离的变化来刻画车载通信的时变特性,并利用随机几何理论对LTE-V2V通信系统中的共道干扰进行数学建模。同时,在蜂窝用户的中断概率和V2V用户最大功率约束条件下,得到V2V用户传输功率的可行域。并在此基础上,建立起最大化V2V用户能效目标函数,求解得到V2V用户的最优功率。数值分析表明,通过调整V2V用户的接入密度可最大化平均和速率,并且在不同V2V用户最大通信距离下,提出的功率控制方法所对应的能效均大于先前的最大功率分配方法所对应的能效。