自组织时分多址数据链网络的仿真框架

数据链协议的性能分析是无线网络设计及参数选取中的重要环节，基于网络仿真工具OPNET构建了自组织时分多址（S-TDMA）数据链网络的仿真框架，并用于模拟航空移动通信的数据广播应用。该仿真框架为协议详细配置了物理层、链路层及应用层模型，可以设置不同的信道特性以及应用场景，便于仿真分析端到端延时、吞吐量、预约冲突率等协议性能，从而选择最佳的网络运行方案。     

冲突避免的水声网络拓扑发现协议

当水声网络的所有节点完成在目标区域的部署后,每个节点除了自己的节点ID已知外,对新网络的信息一无所知,而这些信息是网络顺利运行的必要前提。因此,一个能够完成网络中所有节点和链路发现的网络拓扑发现协议是非常必要和重要的。水声拓扑发现协议完成的效率,往往依赖于信道接入策略的选择,但它不能完全使用已有的水声多路访问控制(multiple access control, MAC)协议,因为在网络建立的初始阶段拓扑未知,已有传统水声MAC协议不能完成拓扑发现,所以需要根据这一阶段的特殊状态来设计拓扑发现协议。基于此问题,提出了一种高效的冲突避免的水声网络拓扑发现(简称为CFVE)协议,该协议利用网络中节点ID的唯一性,在其特定时隙接入信道,节点无冲突地发现控制分组的交换,最终实现网络中所有链路和节点的发现。仿真结果表明, CFVE协议可以以较低的发现时延和能耗完成全网拓扑的发现,是一种适合于多跳水声网络的拓扑发现协议。     

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.     

#br# 基于POMDP的机载网络信道接入策略研究

针对机载网络随机竞争类媒介接入控制(medium access control,MAC)协议在网络负载较重时性能下降严重、接入门限值设置缺乏理论依据和多优先级业务服务质量无法有效支持等问题,提出一种基于部分可观测马尔可夫决策过程的信道接入策略。在以不同优先级分组占用信道代价作为目标函数的基础上建立动态规划方程,采用状态空间压缩方法对问题求解进行简化,得到各优先级分组间理论近似最优接入门限值的数学表达式,可为不同优先级分组的接入决策过程提供理论依据并实现接入冲突的有效控制。仿真结果表明,该算法能够有效提高数据传输的时延、成功概率等性能,满足军事航空通信中数据传输的实时性和可靠性需求。     

MANET中支持QoS的自适应MAC协议退避机制

已有的支持Qos的MAC层协议虽然在一定程度上可以提供区分服务的功能,但多是以牺牲尽力而为业务的性能为代价的.提出了一种支持Qos的自适应MAC协议的退避机制,节点可以根据感知到的负载状况自适应调整退避算法,在保障实时业务Qos要求的同时尽可能地提高信道利用率.仿真结果表明,在不同网络负载的场景下,本文算法相对于IEEE 802.11e在QoS保障以及信道利用率方面都有较好的表现.     

基于网络编码和中继选择的无码率协作传输

高频谱利用率的协作中继传输设计,是协作通信领域的一个研究难点。针对这一问题,结合网络 编码和中继选择协作,提出了一种新的无码率中继协作传输方案。在传输当前消息块的同时允许传输下个消 息块的部分信息,从而减少所需的传输次数,提高频谱效率。将准静态瑞利衰落信道等效成相应的删除信道, 分析了目的节点译码所需传输次数的概率质量函数和平均传输次数,并与其他无码率传输方案进行了性能 比较。理论分析和仿真结果表明,采用网络编码和中继选择的无率传输系统在传输次数上进一步改善系统 性能。     

面向数据流QoS的MANET分布式管理控制机制

针对数据流过载将引起Ad Hoc网络性能严重下降的问题,提出了一种基于被动式带宽估计的端到端分布式管理控制机制,节点根据信道利用率、帧间碰撞和随机回退等信息估计可用带宽,进而结合路由发现过程从端到端的角度衡量当前网络容量是否能够满足业务需求.仿真结果表明,采用被动式带宽估计方法所得到的可用带宽与实际测量值比较接近;同时所提出的管理控制机制能够有效地避免数据流过载情况,降低数据包的平均延迟和丢弃率.     

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。     

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。     

一种新的支持智能天线应用的多址协议及其性能分析

主要研究将智能天线应用于Internet无线接入网络的中心接入点 (CAP) ,提出了基于轮询的自适应波束形成多址接入协议 (PB ABFMA)。该协议中 ,CAP接收或发送数据分组前 ,由CAP引导用户节点发送训练序列 ,CAP的智能天线据此计算出与用户节点对应的权矢量。CAP以轮询及动态TDMA方式为各节点安排发送时隙 ,采用微时隙为处于空闲状态的节点保持连接以降低时延。提出一种简单有效的竞争接入算法 ,保证新用户能够快速接入信道 ,该协议可工作于异步网络中。针对Internet中主要的“请求 -回应”(request reply)式业务 ,推导了信道利用率的计算公式。结果表明 ,PB ABFMA协议能有效支持智能天线应用并具有较高的信道利用率与良好的时延性能     

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。     

基于UWB的工业控制系统的PA-MAC协议

由于UWB技术信道获取时间长,而在工业控制系统中短包通信较多,使得UWB应用到工业控制系统中性能严重下降。针对这一问题,在分析了CSMA/CA协议应用于基于UWB的工业控制系统中存在的问题的基础上,提出了基于UWB的工业控制系统专用的PA-MAC协议,设计了适应工业控制系统的缓存管理方法、包合并策略及合并包确认机制。通过建模仿真,分析了CSMA/CA协议和PA-MAC协议应用于基于UWB的工业控制系统中的相关指标,结果表明PA-MAC协议能够有效地提高时隙利用率,降低了平均时延。     

无线自组网中多速率敏感单播路由

针对多速率环境下按需路由协议,提出了基于延迟转发路由请求包的多速率敏感单播路由协议BDRMAU.其基本思想是中间节点根据路由请求包的发送者和本节点之间链路的传输速率,优先调度来自高传输速率链路发出的路由请求包来执行转发动作,因此,候选路由尽可能多地包含高传输速率链路,通过充分利用物理层多速率能力来提高网络吞吐量.模拟实验表明,BDRMAU较传统的协议能够较大地提高了网络吞吐量.     

基于OPNET的机群数据链混合TDMA协议仿真

针对当前数据链的时隙分配问题,提出并实现了一种基于灰色关联分析法的混合时隙分配协议。通过灰色关联分析法对吞吐量、时延和当前报文缓冲区的负载程度做聚合,得到各节点综合得分,根据综合得分对时隙进行动态分配,同时采用固定时隙分配的方式保证网络中的节点最少有一个时隙可用。仿真结果表明：与固定TDMA(time division multiple access)协议和P-TDMA(priorityTDMA)协议相比,该协议在减少竞争冲突的同时,也保证了较低的时延、相对较高的吞吐量和高时隙利用率。     

延迟容忍网络中一种基于概率接纳和丢弃的拥塞控制算法

链路的间歇性连通以及稳定的端到端路径的缺乏使得延迟容忍网络（delay tolerant network）中经常采用“存储〖CD*2〗携带〖CD*2〗转发”的方式来保证消息传输的到达率。然而由于网络资源受限,该转发方式下产生的大量的消息副本将造成巨大的资源消耗,最终导致网络拥塞。提出一种基于概率接纳和丢弃（probabilistic acceptance and drop, PAD）的拥塞控制算法PAD。该算法结合了队列长度和输入/输出速率来检测拥塞,各个节点根据当前的拥塞状态来确定接收和丢弃消息的概率,从而实现较小的开销和较高的消息到达率。此外,基于生灭模型构造了消息副本数的连续时间马尔可夫链,并对消息到达率进行了理论分析。理论分析和仿真结果证明,与其他算法相比,PAD算法在保证较小的网络开销和较短的端到端延迟的同时,消息到达率显著地提高了130%以上。     

参数自适应的随机早期检测算法

随机早期检测(Random Early Detection，RED)是一种广泛应用于包交换网络的主动队列管理技术，它通过保持较小的平均队列长度，在缓冲区溢出前主动丢包，降低路由器的丢包率，保持较低的服务延迟，避免缓冲区锁定，提高网络的利用率。但是RED严重依赖于参数的设置。该文根据保持网络流量平稳的丢包率和路由队列的变化提出了一种自适应地调节参数的RED改进算法。模拟实验的结果表明，自适应地调节参数提高了RED的适应性，降低了数据包排队延时和丢包率，提高了链路利用率。     

Reliable transmission of consultative committee for space data systems file delivery protocol in deep space communication

In consultative committee for space data systems (CCSDS) file delivery protocol (CFDP) recommendation of reliable transmission, there are no detail transmission rocedure and delay calculation of prompted negative acknowledge and asynchronous negative acknowledge models. CFDP is designed to provide data and storage management, story and forward, custody transfer and reliable end-to-end delivery over deep space characterized by huge latency, intermittent link, asymmetric bandwidth and big bit error rate (BER). Four reliable transmission models are analyzed and an expected file-delivery time is calculated with different transmission rates, numbers and sizes of packet data units, BERs and frequencies of external events, etc. By comparison of four CFDP models, the requirement of BER for typical missions in deep space is obtained and rules of choosing CFDP models under different uplink state informations are given, which provides references for protocol models selection, utilization and  odification.     

UMTS流媒体业务的一种优化传输方案

为了解决通用移动通信系统UMTS中流媒体业务链路级应答导致的时延积累和播放中断问题,提出了采用变速率的传输方案。当发生重传时,增加信道传输速率,消除时延积累,从而避免了客户端缓冲区数据耗尽引起的播放中断。仿真结果表明,该方案减小了出现播放中断的概率,提高了无线资源的利用,提高了多媒体业务的服务质量。     

基于WIA-PA的无线总线多信道调度算法

针对无线总线替代有线总线所带来的网络实时性和吞吐量下降的问题,充分利用无线信道提供的众多信道,在媒体接入控制(media access control, MAC)层提出了一种多信道调度算法。该算法在星型拓扑下将每个通信周期分为载波侦听多路访问(carrier sense multiple access,CSMA)阶段和时分多址(time division multiple access,TDMA)阶段。在CSMA阶段,基于不同优先级的灵活接入使得节点间发生碰撞的可能性大大降低。在TDMA阶段,基于全局队列的最早截止时间优先(earliest deadline first, EDF)调度使得信道利用率明显提高。仿真结果表明:提出的多信道MAC调度算法可以有效提高网络的实时性和吞吐量。