基于选举的SDN机载网络控制器故障恢复机制

针对软件定义航空集群机载网络控制域内控制节点故障问题,将故障恢复问题转化为领导者选举问题,提出一种基于选举的软件定义机载网络控制器故障恢复机制,在控制域内选举传输节点作为新控制节点。为优化新控制节点性能,综合各传输节点平均传输时延、最大请求量和平均故障率3个参数计算传输节点的权值,根据权值定义选举优先级,并提出基于优先级的控制节点选举(priority-based control node election, PBCNE)算法。实验结果表明,与现有选举算法相比, PBCNE算法的复杂度(消息数和时间量)有了明显降低,有效减少了故障恢复时延,能够快速高效地恢复控制器故障。     

一种域间效能优先的二阶段控制器均衡部署策略

当前的软件定义网络多控制器部署问题研究，大多针对控制网络中面向南向接口的控制域内时延、可靠性和负载均衡等指标进行优化，而对面向东西向接口的控制网络域间时延以及控制器本身的可靠性统筹考虑较少。然而，东西向接口中控制网络域间时延和控制器可靠性等因素对网络域间信息传输效率和服务质量有着关键影响。针对该问题，首先分析了控制器域间效能对软件定义网络整体性能及相关因素的影响；其次，建立了以域间平均时延、域内平均时延、控制器可靠性度量、控制路径可靠性和负载均衡度为参数，以控制器域间效能和控制网络综合性能为目标的控制器部署优化评价模型；最后，采用反向学习机制对标准麻雀搜索算法进行改进，提出一种域间效能优先的二阶段控制器部署策略，在确保控制器域间效能最大的情况下，增强了解空间的全局搜索能力，得出了控制器部署的全局非劣最优解集。仿真结果表明，所提的部署策略既有效降低了软件定义网络的控制时延，也增强了控制网络的可靠性，在保证软件定义网络域间效能的情况下，对网络整体性能表现具有较为明显的提升作用。     

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。     

标签分割的软件定义飞行自组网控制器智能部署方法

针对当前软件定义飞行自组网中多控制器部署面临的负载不均衡和网络可靠性问题, 提出一种标签分割的控制器智能部署方法。该方法能够在不预设控制器数量的条件下, 根据控制器容量约束和网络结构, 输出最佳控制器数量及部署位置。基于节点自身特征和关联特征赋予节点标签, 根据标签完成控制域划分并通过布谷鸟搜索算法优化划分过程。在此基础上，考虑控制器平均时延、负载差异度和控制域时延波动的影响, 确定控制器部署位置。仿真结果表明，所提算法能在保证网络可靠性的同时有效减少控制器数量, 降低部署成本; 同时, 降低控制器平均时延和负载差异度, 保证各控制域间平均时延的相对平衡, 实现网络均衡。     

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。     

面向SDN的生存性虚拟网络映射算法

针对软件定义网络环境下生存性虚拟网络映射问题,提出了基于网络资源关键度的虚拟网络可靠性映射算法。该算法首先通过提出底层网络资源和拓扑重要度度量方式,构建资源关键度排序集合,同时备份控制网络,考虑到控制器位置部署,设置链路时延权重进行最短物理路径的选取,映射时依据位置约束进行虚网映射,在此基础上针对不同物理网络故障类型采用备份切换和可行迁移方式进行恢复,确保虚拟网络服务连续不间断。仿真结果表明,与以往算法相比,该算法在请求接受率、故障恢复率、底层网络整体负载均衡度以及平均控制延迟4个指标上具有更好的网络性能。     

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。     

高可靠性软件定义航空光信息网络的控制器分布优化策略

针对未来航空光信息网络中控制平面的可扩展性问题,基于软件定义网络思想,提出了软件定义航空光信息网络的网络架构,研究了软件定义航空光信息网络控制器部署策略。以网络节点及链路中断概率为参量,以航空网络的全网可靠性为优化目标,建立基于网络可靠性的整数规划模型;提出融合人工免疫策略、小生境思想和改进遗传算法的混合优化算法,获得控制器部署的最佳部署方案。仿真结果表明,基于可靠性的整数规划模型可实现对软件定义航空信息网络中的控制器部署问题准确建模,为实现控制器最优化部署提供了依据。     

面向软件定义航空集群机载网络的更新策略

软件定义网络（software-defined networking，SDN）的出现为突破机载网络在航空集群作战应用背景下存在的性能瓶颈提供了全新的思路。针对航空集群机载网络的更新问题，提出适用于软件定义架构下航空集群机载网络的更新策略——可靠性增强的两阶段提交更新策略（reliability-enhenced two-phase commit，RE-TPC）。首先设计最高可靠性算法以及多路径算法搜索下发指令消息的高可靠路径。然后引入基于ACK（acknowledge）消息的确认机制和ACK消息高效融合传输机制，进一步提升网络更新过程的可靠性和实时性。仿真结果表明，与已有经典网络更新策略相比，所提更新策略能够有效提高更新的可靠性，同时更新持续时间更低、开销更小。     

基于SDN的卫星网络多QoS目标优化路由算法

针对传统卫星网络中业务类型多样化导致的网络配置复杂和业务服务质量(quality of service, QoS)无法得到有效保障的问题,研究了基于软件定义网络(software-defined networking, SDN)的卫星网络架构,提出了一种能够满足多种QoS需求的自适应路由算法。首先,建立了软件定义卫星网络多约束条件路由选择优化模型;然后,使用拉格朗日松弛法对模型进行松弛处理;最后,使用梯度法进行迭代求解,搜索出满足带宽、时延、丢包率等多种QoS的最优路径。研究结果表明,该优化算法在QoS满意度方面相比近地轨道卫星路由算法提高了64%,在时延满意度和丢包率满意度方面相比软件定义路由算法提高了28%。     

适用于水声ad hoc网络的拓扑控制算法

对现有拓扑控制算法在水声ad hoc网络的应用背景下存在的问题进行了详细分析,并在此基础上提出了一种基于能量和时间效率的拓扑控制算法。该算法通过综合考虑节点能量消耗、通信延时、信号衰减等多种因素,构造了一跳链路传输代价指数,并根据这一指数来控制网络的拓扑结构。仿真分析表明,该算法在平均节点度、端到端延时和能量效率方面都有较好的性能。     

异构多跳无线传感器网络容错性拓扑控制算法

异构无线传感器网络(heterogeneous wireless sensor works, HWSN)能有效降低数据转发延迟、网络能量消耗,是一种更现实的网络模型,基于HWSN的k容错性拓扑控制是一类NP难问题。在综合分析HWSN网络模型的基础上,本文设计了简化网络图构建方法,通过构造有序邻集来约束节点的最大发射功率,以网络总功耗与容错性双优化为目标,实现了一个k容错性分布式拓扑控制算法(k-fault tolerant distributed topology control, k-FTDTC)。实验结果表明,相比分布式拓扑控制(distributed adaptive topology control, DATC)方法,k-FTDTC算法有效降低了网络总功耗和最大发射功率,且具有较好的容错性和较低算法复杂度。     

卫星网络中基于BaseRTT计算的TCP Vegas算法改进

传统的TCPVegas是一种基于测量的拥塞控制算法,并没有考虑通信节点移动的情况。针对卫星间距离变化对往返时延的影响较大,以及带宽分配的不公平性问题,提出一种基于最小往返时延计算的拥塞控制算法Vegas_Sat(Vegas over Satellite)。该算法根据卫星间的距离计算出最小往返时延,据此进行拥塞控制,提高了网络的资源利用率,改善了带宽分配的不公平性问题。最后,利用NS2的仿真软件验证了算法的有效性。     

Tracking Control of Wheeled Mobile Robots with Communication Delay and Data Loss

This paper considers the tracking control problem of a wheeled mobile robot under situation of communication delay and consecutive data packet dropouts in the feedback channel. A tracking controller in discrete-time domain for the case of ideal network condition is first derived, and then the networked predictive controller as well as two algorithms for dealing with communication delay and consecutive data packet dropouts are proposed. Simulation and experimental results verify the realizability and effectiveness of the proposed algorithms.