多目标的跟踪区域列表动态优化算法

5G移动网络要适应多样化和不断增加的用户设备(User Equipment, UE),应对终端巨大的位置管理信令开销是实现这一目标的重要保障。文中提出了一种多目标算法优化跟踪区域列表(Tracking area List, TAL)的策略,目的是寻找TAL中跟踪区(Tracking Area, TA)的最优分布以及如何将TAL分配给UE,以最小化位置管理中冲突的跟踪区更新(Tracking area update, TAU)和寻呼信令开销。在本地侧利用多目标粒子群优化算法实现TAL的最优分布,网络侧根据不同UE的移动特性来分配大小合适的TAL。通过仿真验证,所提方案可以在TAU和寻呼开销之间取得妥协,并在节省总位置管理开销方面得到了大幅度改善。     

面向5G的移动边缘计算中的激励机制

现有的移动设备(Mobile Device,MD)受到自身物理体积的限制,其计算能力难以满足5G场景下的计算需求,因此需要借助移动边缘计算(Mobile Edge Computing,MEC)来高效地完成计算任务.为了激励边缘节点提供服务,在非竞争环境与竞争环境下分别提出了相应的激励机制算法.针对非竞争环境,利用经典的经济学规律进行建模,并采用凸优化方法对该利益最大化问题进行求解.对于竞争环境,基于拍卖理论中的威克瑞拍卖与维克瑞-克拉克-格罗夫斯(Vickery-Clarke-Groves,VCG)拍卖,分别设计了两种竞争环境下的激励机制算法.仿真结果表明:竞争环境下的激励机制在收益性能方面与非竞争环境下的理想情况十分接近,并且算法性能不会随用户数量上升而明显下降,可以较好地应对5G的海量运算数据场景.     

MEC辅助的Inactive状态用户动态位置管理方案

移动边缘计算(mobile edge computing, MEC)作为5G网络架构演进的关键技术,能够满足系统对于吞吐量、时延及智能化要求。同时,5G引入用户(user equipment, UE)无线资源控制(radio resource control, RRC)Inactive状态作为用户的主要状态。在分析MEC的特点、网络架构、装置结构的基础上,基于Inactive状态特点,对当前Inactive状态的寻呼和位置跟踪方案进行分析和对比,提出一种基于MEC的UE数据包缓存和动态位置管理方案,该方案由部署在靠近无线接入网(radio access network,RAN)基站侧的MEC缓存Inactive UE数据包,并更新UE的RAN通知区域(RAN notification area,RNA)。和传统的方案相比,该方案能有效解决锚点gNB(5G NodeB)的容量问题,并且实现UE有效的位置管理。     

基于Voronoi图的无线传感器网络节点定位改进算法

在基于Voronoi图的定位算法中,因使用了接收到锚节点的接收信号强度(RSSI)而影响定位精确性.本文对Voronoi图定位算法进行改进,修正了RSSI的大小顺序,充分利用了收到的锚节点信息,实现了减少Voronoi区域交集为空的可能性,增加了定位精确性,使该算法可以适用于非视距、anchor节点稀少的环境.     

5G背景下智慧农业通信节点部署策略

针对5G背景下大规模智慧农业传感器网络通信节点在三维空间内部署时,传统的随机节点部署方式存在高能耗、高成本及节点脱节问题,提出了一种基于维诺图(VD)与飞蛾扑火算法(MFO)结合的节点优化部署策略。首先,利用5G通信高带宽的特点,设计了一种分层式通信方案,在此基础上,建立了分层式节点最优部署模型、通信能耗模型以及传感器信息传输网络全连通模型;其次,针对MFO算法种群生成的随机性及搜索无向性的缺陷,设计了基于三维VD的引导式搜索算法(VIMFO);最后,通过对相关模型进行优化求解,从而取得传感器网络通信节点的部署位置。仿真结果表明,与经典MFO算法相比,VIMFO算法能够在提升寻优速度37.89%的基础上,降低传感器通信网络能耗6.9%;在保证农田传感器通信网络节点全连通的前提下,提升了通信网络节点的生存周期。     

一种基于RSSI的煤矿井下WSN节点快速定位算法

为提高煤矿井下传感器网络节点定位的实时性,提出了一种基于接收信号强度(RSSI)的快速定位算法.该算法在井下巷道锚节点双链式部署结构的基础上,运用高斯密度函数对节点接收到的锚节点信号强度最大的RSSI信号进行滤波处理,再应用指数因子和滤波后RSSI值直接计算确定未知节点的坐标.指数因子采用一种改进的量子粒子群优化算法及定位均方根误差最小的准则进行优化.所提出的算法具有定位速度快、计算量小的优点,仿真实验结果验证了算法的可行性与有效性,适用于煤矿井下无线传感器网络实时定位系统中.     

智能电网场景下基于MEC和D2D的时延对称性研究

智能电网以电力线路及终端电力设备为基础,并与大量传感设备、信号发送及接收设备构成的信息交互系统相连接而构成。当前智能电网中电力设备接入的密集度越来越高,传统的信息交互系统无法保证电力设备的时延对称性。随着第五代(5th Generation, 5G)移动通信技术的高速发展,将5G通信网应用于智能电网成为可能。文中针对电力设备间的时延差最小化问题,利用5G通信网中的移动边缘计算(Mobile Edge Computing, MEC)技术和设备到设备通信(Device to Device, D2D)技术,提出了基于时延对称优化的计算任务比例和功率联合分配方案,将复杂的原始问题分解为子问题,并采用非线性规划的方法分别求解,对终端电力设备的发送功率以及任务分配比例进行优化。通过仿真分析证明,文中所提方案有效降低了信息交互系统的时延差,提升了信息交互系统的时延对称性。同时,相较于其他方案,所提方案具有更好的时延对称性。     

无线传感器网络中伪节点规划定位算法

基于接收信号强度指示,提出一种无线传感器网络节点定位的伪节点规划算法FNP(Fake node and programming).算法假设网络中有部分已知位置的锚节点,并将RSSI值转化为未知节点与锚节点间的距离.在区域内插入若干伪节点,利用0-1规划选出满足可通信节点间的距离约束的伪节点,得出未知节点的位置.该算法设计简单,节点间只需广播一次,通信开销少.仿真结果表明,该算法具有较小的节点定位误差.     

一种高性能低功耗的双节点翻转加固锁存器

随着半导体工艺尺寸的发展,时钟频率越来越高,临界电荷变得越来越小,电路节点之间的电荷共享效应变得愈加严重,因此导致多节点翻转(multiple node upsets,MNU)的几率变大。为了解决MNU的问题,文章提出了一种高性能低功耗的双节点翻转加固锁存器(HLDRL),当受到单粒子效应影响时,具有单节点翻转(single node upset,SNU)和双节点翻转(double node upsets,DNU)的自恢复能力。该锁存器由18个异构输入反相器组成,仿真实验结果显示该锁存器具有优良的容错性能,可以实现DNU的完全自恢复,而且对高阻态不敏感。与其他容忍DNU的锁存器相比,该锁存器具有较小的开销,延迟和功耗延迟积分别减小了46.83%和45.85%。     

无线传感器网络中基于RSSI差值的改进定位算法

无线传感器网络(WSN)的许多应用都需要知道节点的位置,在某些环境下还需要获得节点的相对位置.本文以WSN的特点为基础,首先介绍了接收信号强度的理论知识,进而提出一种优化的基于测距的定位算法:在应用中的多用户情况下,节点采用多跳方式进行通信,在信标节点冗余的情况下,针对不同信标节点位置范围,建立定位误差最小的相应信标节点库,继而对不同位置范围的待测节点优化选取其定位采用的信标节点,最后将由未知节点接收到的信号强度得到的多用户间的距离进行差值,优化求解非线性方程组,提高算法性能.仿真结果表明,本文中的RSSI WSN差值定位算法比传统的RSSI定位算法拥有更好的定位性能.     

短距视频信号无线通信网络的设计与实现

设计了一种短距视频信号无线通信网络,该系统由视频信号发射节点B、视频信号发射与中继节点C、视频信号接收终端节点A、控制与显示四部分组成.B、C节点采用低功耗设计,在单片机的控制下,可分别实现B、C节点到A节点的单向叠加字符视频通信,亦可实现对A节点同时进行C节点本机及中继转发通信功能.系统测试结果表明:在保证图像质量的前提下,节点间通信距离可达5m;在中继方式下,B节点至A节点通信距离可达到10m;B、C节点在叠加字符时总功耗小于150m W.     

基于5G毫米波协作通信的小单元无线能量信标优化部署策略

为实现第五代移动通信(5G)无线网络中高频谱效率与低能耗的绿色通信目的,本文研究了基于毫米波(mmWave)协作通信小单元下无线能量信标(Power Beacons,PB)的优化部署策略。该策略构建了一个高低频混合组网的能量受限型用户设备(User Equipment Devices,UE) 毫米波协作通信的小单元网络模型,通过设计一个“需求-选择-建链”模式的新型建链协议,将通信毫米波定向传输技术应用于该建链过程中。在此模型基础上,以提高边缘系统频谱效率和能量收集覆盖率为目标,通过最小化固定充电的能量信标数量,在实现系统能耗最小化问题基础上保证系统的正常运行。针对该最优化问题是一个混合整数规划的多项式复杂程度的非确定性(Non-deterministic Polynomial Hard,NP-难)问题,设计一个具有常数因子的贪心算法近似求解优化问题。理论分析证明了该算法的可行性。仿真结果表明,本研究提出的优化部署策略能有效优化能量信标部署,在同等覆盖率与区域频谱效率增益下能耗最低。     

一种基于CQI反馈参数和SINR数值分组的调度算法

在长期演进（long term evolution, LTE）系统中,调度算法是其无线资源管理（radio resource management, RRM）的一项核心技术。对于LTE下行链路数据传输,演进基站（evolved node B, eNode B）主要依据上行链路用户设备（user equipment, UE）传输的信道质量指示（channel quality indicator, CQI）反馈参数来选择典型的调制和编码方案（modulation and coding scheme, MCS）,以此来确定各个UE的服务次序及所分配的物理资源块（physics resource block, PRB）数目。为此,结合轮循（round robin, RR）算法和比例公平（proportional fair, PF）算法,提出了一种基于CQI反馈参数和信干噪比（signal to interference plus noise ratio, SINR）数值分组的调度算法。通过设置SINR阈值,将小区内用户分为小区中心用户组Ⅰ和小区边缘用户组Ⅱ,尔后依据CQI机制对2个用户分组分别采用PF算法和RR算法进行调度。通过搭建LTE动态系统级仿真平台,并与PF算法进行仿真对比,结果表明,该算法能够较为有效地提高系统吞吐量和用户之间的公平性。     

基于CLPSO算法的混合变量桁架形状优化

为了解决混合变量桁架形状优化问题中离散截面面积和连续节点坐标的变量耦合给优化带来的困难,将一种新型智能优化算法——基于"综合学习策略"的粒子群算法(ComprehensiveLearning Particle SwarmOptimization,CLPSO)应用于桁架混合变量形状优化问题中。给出了考虑离散截面面积和连续节点坐标两类不同性质的设计变量的混合变量桁架结构形状优化的数学模型,并对经典桁架结构进行混合变量的形状优化,将所得结果与其他优化算法结果进行了比较。分析结果表明了该方法进行混合变量桁架形状优化设计的有效性。     

能量回收的数据通道设计

基于绝热计算原理的能量回收电路是克服数字电路功耗CV2壁垒的有效途径,非绝热损失是能量回收电路的主要功耗来源,该文提出的IERL(ImprovedEnergyRecoveryLogic)电路以小电容节点的非绝热操作使大电容输出节点通过CMOS支路进行充电和回收,减少了输出节点的非绝热损失。采用IERL结构设计的反相器链和全加器电路经过了HSPICE验证,说明IERL电路能够实现复杂的逻辑运算和多级流水线操作,同时将电路的功耗与CMOS电路、PAL电路进行了比较,在10MHz和100MHz频率下,其功耗损失仅为CMOS电路和PAL电路功耗的35%和45%。     

基于时延的动态非连续接收周期调整机制

针对LTE系统的下行非连续接收(DRX)机制,提出了一种基于业务时延要求的动态非连续接收周期配置算法.首先网络侧按照正常的非连续接收机制对终端侧进行节能配置,然后利用实时的时延大小对非连续接收周期进行动态控制.数值分析表明,业务时延与网络负载有密切的关系,用户DRX周期配置需要与网络当前负载相结合;仿真结果表明,基于时延的动态周期调整机制,能够即时的适应网络状况以及自身需求的变化,与固定非连续接收周期相比,在用户满意度以及节能性上都有更好的表现.     

基于 RSSI 跳数连续的 DV-HOP 改进算法

针对经典DV-HOP(distance vector-hop)算法中节点间跳数信息对定位精度有较大影响这一问题,提出了一种基于接收信号强度指示(receive signal strength indicator,RSSI)的改进算法.该定位算法引入了连续跳数的定义,首先利用RSSI测距模型把直接邻居节点接收到的RSSI值转换为两节点之间的距离,再根据连续跳数的定义计算出两节点间的连续跳数.在相同的仿真网络环境里,与经典的DV-HOP算法相比,归一化定位误差降低了30％ ～ 45％;与其他改进定位算法相比,归一化定位误差也有不同程度的降低.仿真结果表明该改进算法大幅度地提高了定位精度.     

面向低功耗的片上网络虚通道分配算法

为了更加合理地分配片上网络中虚通道资源并降低系统总功耗,提出了一种基于功耗优化的虚通道分配算法.该算法通过建立2D mesh结构片上网络通信数学模型,来估算网络中数据包的平均传输延时.然后,以此为约束条件,采用模拟退火算法实现虚通道分配,并通过减少虚通道总数,达到功耗优化的目标.在热点通信流量下,根据优化分配算法和平均分配算法的结果进行仿真测试.通过改变节点数据包的注入率,测出传输延时和功耗,以验证优化分配算法的有效性.实验结果表明,使用该算法可在满足传输延时约束条件的同时,更加合理地分配虚通道,有效降低了网络功耗.相比于平均分配算法,该算法可降低功耗2.3%～14.9%.     

一种频谱监测无线传感器节点的设计与实现

针对频谱监测设备低成本、小型化的需求,提出了一种基于无线传感器网络的频谱监测方案.该方案利用频谱接收模块采集空间FM(frequency modulation,调频)信号;使用控制器模块对数据进行处理,并通过无线传感器网络的方式实现节点间的组网通信,完成数据的无线传输;采用斐波那契优化算法处理节点采集的数据.测试结果表明基于该小型化的无线电频谱监测节点可实现网络化的对FM信号的采集和无线传输,使用的算法能准确地提取有效信号.     

性能约束下功耗感知的电压频率岛NoC映射

针对支持电压频率岛(VFIs)的片上网络(NoC)功耗优化问题,定义了性能约束的功耗感知NoC映射问题,并提出一种基于遗传、蚂蚁算法融合的优化方法.通过在映射过程中同时考虑计算功耗、VFIs开销功耗及通信功耗,提高了算法的优化能力,降低了系统的总体功耗;通过将遗传算法与蚂蚁算法融合,利用遗传算法的快速搜索能力、蚂蚁算法精确优化能力,使优化算法兼顾了收敛速度和优化效果.实验结果表明:本算法在满足NoC性能要求的前提下,可显著降低VFIs NoC的功耗;具有收敛速度快,优化精度好的特点,适用于求解大规模NoC映射问题.