Nagle算法与延迟确认策略的仿真与研究

Nagle算法和延迟确认策略作为传输控制协议拥塞控制的两个标准,用以解决网络中由于大量短帧引起的带宽利用率低以及网络拥塞等问题。深入分析了Nagle算法和延迟确认策略的工作机制,使用OPNET Modeler对Nagle算法和延迟确认策略进行仿真分析,结果表明Nagle算法和延迟确认策略可以大幅度减少网络中数据包数量和数据比特总量,有效节省带宽,降低网络拥塞发生的可能性。仿真结果为Nagle算法和延迟确认策略在短帧网络中的应用提供了依据。     

一种改进的簇链结合分层路由算法

针对大规模带状无线传感器网络数据采集这一应用模型存在的传送实时数据延时长、传送大量密集数据能耗大的问题,在LEACH算法和PEGASIS算法的基础上,提出了一种分层链式路由算法(HCRP).该算法针对带状传感网络的特点,在聚簇的同时利用PEGASIS算法建立簇内链和簇外链,把并行数据传输融合和串行数据传输融合结合起来.仿真结果表明:HCRP算法较PEAGSIS算法有效减少了传输实时数据的延时,增加了数据传输能耗的均衡性,较LEACH算法有效改善了数据传输能耗有效性,更适合于大规模密集部署的带状无线传感网     

一种矿用硬件CAN总线中继器设计

针对煤矿现场设备因节点多、距离长而需要对CAN总线信号进行中继放大的要求,以及常用的软件CAN总线中继器存在数据帧延时、丢帧、功耗大、速率无法自适应等问题,设计了一种矿用硬件CAN总线中继器。该中继器主要由D触发器、异或门和CAN收发器组成,其中D触发器用于控制电平信号传输,异或门用于产生D触发器翻转所需的脉冲信号,CAN收发器将数据接入CAN总线网络,从而实现CAN总线信号透明传输。仿真及试验结果表明,矿用硬件CAN总线中继器能准确传输CAN数据帧,有效提高总线电平,改善信号质量,提高通信距离。与软件CAN总线中继器相比,该中继器具有功耗低、延时小、不丢帧、速率自适应等优点,适用于煤炭工业领域对数据帧延时、功耗等要求较高的CAN总线网络。     

面向最小延迟的无线mesh网络时隙分配问题研究

在基于IEEE802.15.4的工业无线传感器网络中,通过时分复用技术来实现节点间并行通信,以提高网络的吞吐量.通常,网络中的管理器根据全网拓扑对网络中的每个连接分配一个超帧中相应的时隙.不同的时隙分配方案中,连接在超帧中活动的顺序也不同,对网络性能的影响也不同.本文研究了不同时隙分配方案在网络吞吐量和数据延迟方面对网络的影响,定性分析了时隙分配方案与数据延迟的关系,并根据mesh结构的特点提出一种使用粒子群优化的算法,用于在网络管理器上对时隙分配进行优化,使得数据延迟最小化,以满足工业无线网络实时性应用的要求.     

突发通信中Turbo码的FPGA实现

给出了低复杂度和低延迟的Turbo码编译码的FPGA实现方案,方案中分量码译码算法采用Max-Log-Map算法。基于提出的设计方案,在Xilinx的FPGA芯片上实现了帧长在64～1024之间可变的短帧长Turbo编译码模块。仿真和测试结果表明,该模块的误码率性能优良、译码延时较小、数据吞吐量大,可用于低信噪比条件下突发数据通信中的差错控制。     

基于最低开销模型的传感网络通信优化仿真

当传感网络中某条链路发生变化时,需要重新计算最短路径树,一旦传感网络规模较大,传统的算法采用抑制链路改变的方法提高传感网络通信容量,但这大幅抑制通信节点周期内路径选择灵活性,通信延迟明显.提出一种改进的A-OSPF算法并应用到传感网络通信优化中,该算法在原始的OSPF基础上融人了最低开销节点机制,增强了传感网络中节点构建的概率,考虑了节点移动性,将更加平稳的链路当成节点,按照链路代价原理得到源节点到目标节点的最佳路径,确保数据包可在链路质量最高的路径上进行传递,降低传感网络数据传送的平均端到端延时.仿真结果表明改进算法在传感网络生存周期以及平均端到端延时方法优于原始的OSPF算法,实现了延长传感网络生存周期以及能量均衡的目标.     

具有随机时延的网络化控制系统基于等价空间的故障诊断

随着控制系统技术的飞速发展，把网络环节引入到传统的控制系统实现迅速准确的远 距离闭环控制是人们日益关注的课题．而网络中由信息的碰撞、重发而产生的网络延迟对控 制系统本身带来的负面影响却不容忽视．本文针对网络化控制系统(Networked Control S ystem，简称NCS)的随机延时，提出了延时估计和在线获得延时数据的两种方法，建立控制 对象的数学模型．利用z变换来处理延时，由等价关系产生残差，通过参数设计解耦干扰向 量，从而对网络化系统的控制故障进行了诊断，并提供了仿真结果．     

工业以太网中IEEE802.1p优先权调度协议改进

以交换式工业以太网网络控制系统为研究对象,针对采用IEEE 802.1p优先权调度的交换机内部排队延迟,提出了调度改进构想,对硬实时数据流和非硬实时数据进行区别处理.构建了一个典型的树形拓扑交换式以太网模型,计算了优先权调度改进后周期性实时数据帧在各个传输环节的最大延迟,同时推导了优先权调动改进方案应满足的基本条件.最后通过OPNET软件进行了仿真验证,结果表明IEEE 802.1p优先权调度协议改进可以提高工业以太网中硬实时数据传输的实时性.     

基于IEEE802.11n的长距离无线链路性能分析

IEEE802.11n-2009在传统802.11协议上添加了帧聚合和块回复功能,实现了MAC层增强,显著提高了网络吞吐量,使其更加适用于长距离无线网络。通过长距离(45km)无线链路信道利用率的理论计算和网络仿真,论证了节点采用帧聚合与块回复功能时的信道利用率明显优于不采用的情况。仿真结果进一步表明,速率越高、聚合帧越大在长距离传输时的吞吐量越高,且距离越远时帧聚合的优势越明显。     

分层实时网络结构在仿真中的应用研究

复杂的实时仿真系统中不同层次对实时性要求各不相同.依据仿真数据划分为控制信息和状态信息,提出了运用实时TCP协议进行控制信息传输和使用实时UDP协议进行状态信息传输的实时仿真局域网.针对半实物接入的需求,实现了基于反射内存网的半实物接入网络.在信息传输延迟理论指导下,对两种网络环境进行了实时性分析.结合某武器系统的分布式仿真试验,给出了分层实时网络的设计方案.     

Neural network prediction model for a real-time data transmission

Both the real-time transmission and the amount of valid transmitted data are important factors in real-time multimedia transmission through the Internet. They are mainly affected by the channel bandwidth, delay time, and packet loss. In this paper, we propose a predictive rate control system for data transmission, which is designed to improve the number of valid transmitted packets for the transmission of real-time multimedia over the Internet. The one-step-ahead round-trip delay time and packet loss are predicted using a prediction algorithm and then these predicted values are used to determine the transmission rate. A real-time multimedia transmission system was implemented using a TCP-friendly algorithm, in order to obtain the measurement data needed for the proposed system. Neural network modeling was performed using the collected data, which consisted of the round-trip time (RTT) delay and packet loss rate (PLR). In addition, the performance of the neural network prediction model was verified through a validation process. The transmission rate was determined from the values of RTT delay and PLR, and a data transmission test for an actual system was performed using this transmission rate. The experiment results show that the algorithm proposed in this study increases the number of valid packets compared with the TCP-friendly algorithm.     

基于Internet的实时机器人系统时延预测研究及算法

针对基于Internet实时机器人系统,提出了多尺度的时延预测算法,该算法是在线和实时的。基于网络结构分析了网络时延的主要组成及其时延特性。不同于传统的网络往返时延的预测,该算法预测的是能真实反映端对端数据包传递的单程时延,而且还提出了预测单向时延所需的时钟同步算法。理论分析和多点之间的网络实验验证了该算法的高效性。     

一种适合MPEG-4传输的IP区分服务网络模型

文章提出了一种改进的适合MPEG-4视频传输区分服务的模型。根据MPEG-4视频流特点和网络的拥塞程度,视频服务器中,采用笔者提出的区分服务标记算法。边缘路由器中,采用笔者提出的区分服务调度算法犤1犦,设计了一种新的区分服务调度器,它动态调节加权服务量,适合在IP区分服务网络中运用,降低实时变比特率突发业务的延时和抖动。实验结果表明,在网络带宽不能保证实时MPEG-4传输所需带宽时,采用该文提出的网络模型,实时传输MPEG-4视频序列,恢复序列的主观效果以及峰值信噪比PSNR都优于传统的尽力而为(Best-effort)方法,并且端对端延时和延时抖动也达到实时传输的要求。     

ARM的嵌入式以太网通信分析与实时性改进

为了避免以太网通信中大量短帧数据包引起通信阻塞问题,LwIP 协议栈采用了 Nagle 算法和延迟 ACK 策略提高以太网通信效率.嵌入式以太网通信以短帧数据包为主,Nagle 算法和延迟 ACK 策略大大降低了通信的实时性,这在单向数据传输的应用中尤为明显.本文将 LwIP协议栈中的延迟 ACK定时器独立出来,并提出了一种基于数据统计的自适应延迟 ACK定时算法,该算法可以根据上位机发送数据包的周期自主修改延迟 ACK 定时器周期.最后设计了通信实时性测试实验,证实了延迟 ACK定时周期可以在1 s 左右跟踪上位机的数据发送周期,自适应的定时周期约为发送周期的80%~100%,且通信延迟小于1 ms,该改进在保证 ARM使用效率的前提下提高了以太网通信的实时性.     

无线传感网中延迟受限的生命周期最大的数据收集算法

无融合数据收集是无线传感网络中最重要的技术之一.在持续实时的监测应用中,网络生命周期和网络传输延迟是衡量数据收集性能的两个重要指标,已有的研究大多侧重于某单一性能指标,而较少关注多性能的折衷优化.因此,本文研究了如何构造一棵延迟受限的生命周期最大的数据收集树,并将该构造问题形式化为一个整数规划问题,提出了有效的数据收集算法-EDG.该算法首先利用MITT方法构造生命周期近似最优的数据收集树,然后对“瓶颈节点”进行路径调整以使其满足延迟约束.仿真结果表明,与无延迟约束的MITT算法相比,EDG算法能在保证网络传输延迟的前提下,使其网络生命周期在大多数情况下达到MITT的90％以上.     

WRR算法在多类别实时数据流调度中的优化

随着融合型网络的发展,服务质量(包括可用带宽、端到端的时延、抖动和丢包率)对一些实时数据流应用(语音流、视频流等)越来越重要。由于传统的WRR算法只能满足各个应用队列的公平性要求,而不能保证多类别实时数据的低时延和低抖动性要求,所以本文在WRR算法的基础上提出了BSTL-RR调度算法,此算法运用了二层循环和借用时隙的两个思想。BSTLRR调度算法不仅在调度低时延和低抖动的多类别实时数据流帧方面要优于WRR调度算法,而且在一定程度上也保证了各优先级队列调度上的公平性。     

智能配电网通信多信道调度策略

为了有效提高基于无线传感网的配电网服务质量,进一步增强配电网中数据实时性,减少延迟,提出了一种基于优先级的多信道调度策略。首先,根据实时的信道链路状态信息,提出了基于最小跳数生成树的链路路由算法（LB-MHST）,克服了无线射频干扰,保证智能电网的服务质量;然后,针对配电网中不同数据包对于延迟要求的不同,考虑了数据优先级传输,有效地提高了感知节点的数据传输效率,进一步满足了配电网中的QoS性能要求。实验结果表明,与最小跳数生成树（MHST）算法相比,尤其是在多信道延迟感知传输中,提出算法在单信道、8信道和16信道时分别将高负载流量延迟性能提高了12%,15.2%和18%。     

机载时间敏感网络流量调度算法性能研究

时间敏感网络是由IEEE802.1工作组开发的一套确定性实时通信的协议标准,定义了以太网传输的时间敏感机制,适用于机载安全关键系统网络通信;流量调度机制可以有效保证机载时间敏感网络实时可靠通信,时间感知整形器和帧抢占是典型的TSN流量调度算法,目前还没有针对机载业务的传输需求进行性能评估;通过分析TSN系统架构及调度算法的核心特性,基于机载网络拓扑,提出一个机载时间敏感网络的数据流传输时延模型,并进行了数学推导,使用离散仿真工具构建TSN网络仿真平台,对三种典型网络流量调度算法进行验证,得到了流量传输时延性能的上界值,分析了流特性参数对调度算法选择的影响;最后,对机载应用流量调度算法的选择进行了总结。     

一种无线实时流媒体增强型自适应FEC控制机制

无线网络动态的信道特性和带宽有限等特点,使得在无线环境下为流媒体应用提供QoS保证面临更大的挑战。提出一种用于无线实时流媒体传输的增强型自适应前向纠错控制策略,以提高接收方的播放质量。该策略采用跨层设计的方法,根据当前的网络状态,自适应地调整MPEG视频帧的发送速率,在视频源数据和冗余数据之间动态分配网络带宽。仿真结果表明,该策略能使接收方获得最大的可播放帧率,有效提高流媒体传输的可靠性和实时性。     

预估控制下的实时网络遥操作移动机器人

构建了能使操作者通过Internet远程实时控制的移动机器人系统．为了补偿网络时延和抵消其对遥操作系统的影响,基于我们以前提出的改进型Smith预估器原理,采用了预估控制策略．为了保证系统稳定性和透明性,基于主从端的传感器信息交换,设计了一个动态模型管理器,其中模型和力反馈误差调节通过模糊控制实现．除了力反馈外,为了增强遥操作的实时性,引入了预估的虚拟显示．为了精确地预测网络时延,提出了一个新颖的时钟同步算法．为了降低时延抖动,结合我们提出的两个算法,实现了数据缓冲策略．最后,通过长距离的网络遥操作实验验证了系统和控制策略的实用性和有效性．