采用双层子网动态虚通道的片上网络

通过片上网络(NoC)连接多个处理器核是一种新的片上系统结构,其核间的数据交换机制是影响数据传输服务质量(QoS)的关键要素之一。在虚通道数目受限的情况下,提出了动态虚通道分配和双层子网相结合的交换单元结构。动态分配虚通道技术可以有效提高建链成功率;双层子网结构分散了业务数据流,避免数据传输拥塞,减小了数据包传输延时。仿真显示两种技术的结合,在不增加硬件资源开销的情况下,可以为各种业务等级的数据包传输提供良好的QoS保障。     

用于片上网络的准延时不敏感全异步仲裁器

针对传统片上网络不同方向请求信号之间的优先级动态变化带来的服务质量问题,设计了一种延时不敏感全异步仲裁器.这种仲裁器具有自检测优先级功能,可以通过动态检测输入请求的优先级变化来自动选择两种输出方式(优先输出方式和顺序输出方式),解决了传统片上网络中的静态仲裁机制带来的端口服务固定化问题.通过将输入请求锁存使仲裁模块和输出模块解耦合,大大提高了仲裁的稳定性.使用门限门使整个仲裁器准延时不敏感.最后,在0.18μm标准CMOS工艺下实现了此仲裁器,结果表明,此全异步仲裁器平均仲裁时间为1.175 ns,平均动态功耗为1.53mW,可以满足高速片上网络的仲裁要求.     

高铁环境中满意通信概率模型及切换算法研究

针对通信链路连通情况下,由于误码率过高铁路专用数字移动通信系统（GSM-R）的服务质量（QoS）不满足通信需求的问题,通过对GSM-R路测数据的挖掘分析,研究了接收信号电平、同频干扰和列车运行速度这3个关键参数,提出满意通信概率模型,进而设计基于该模型的切换算法,以降低平均切换次数并尽可能地保证较高的QoS.经建模仿真,表明该算法在获得满意通信的同时,切换次数可以达到1,切换延迟小,切换位置接近两基站中间点,明显优于传统的基于电平强度的切换算法.     

基于神经网络的云机器人服务质量控制方法研究

云机器人通过动态"卸载"任务到云端高效处理,极大提高了节点的智能水平。然而,由于云端应用的实时性差异和负载的不可预知,对网络传输的服务质量(quality of service,QoS)需求不尽相同。从控制角度研究网络传输的服务质量问题,提出并实现了一种基于BP神经网络的双闭环接入控制方法(BPFD-MAC),在最大化能量利用率的同时,实现绝对服务质量和相对服务质量保证。通过反馈控制结构,将绝对QoS约束和相对QoS约束解耦为2个独立闭环:活动时间闭环根据高优先级的延迟控制节点活动时间,满足绝对约束;退避窗口闭环根据不同优先级的延迟比,调整退避时间的初始上限,保持相对延迟比例关系恒定,满足相对约束。并采用BP神经网络方法进行参数自适应校正和控制器设计。最后,基于ZigBit 900的硬件实验表明,相对于FD-MAC,BPFD-MAC不仅能够在负载动态变化时提供绝对和相对QoS保证,并且在网络高负载下,具有更高的吞吐量和能量利用率;在网络低负载下,具有更低的能耗。     

一种面向通信领域的高效嵌入式操作系统进程队列模型

通信领域的应用程序运行时,往往会产生数目可观的就绪进程和延迟进程.如何合理组织这些进程并采用高效的调度算法是保障通信领域嵌入系统实时性和可靠性的关键.文章给出了一种更适用于通信领域应用的进程组织队列和调度模型.该模型中,进程就绪队列基于位图优先级组织,进程的调度也是采用基于位图的优先级调度算法;延迟进程队列采用循环计时多有序子队列模型.改造后的调度器模型可支持256个优先级,进程个数不受限,具有微秒常量级的进程切换时间及更高效的延迟队列处理能力.该模型的嵌入式操作系统更适用于通信领域的应用,实践证明通过在嵌入式Linux和μC/OS-Ⅱ上的改造,具有较大的实用价值.     

一种片上网络虚通道路由节点仿真模型

针对于片上网络的设计与仿真,基于虚通道技术以及OPNET的建模特点,提出一种可配置的基于OP-NET的虚通道交换模型,可以快速实现建模与仿真。采取虚通道模型建模了4×4的Mesh片上互联结构。仿真结果表明,与传统的星型M/M/1服务模型相比,虚通道路由器具有良好的流控机制,在归一化吞吐量、系统时延以及系统丢包数目上具有明显的优势。     

基于消息驱动的AFDX通信机制分析

AFDX网络通过对传统的以太网技术进行改进,凭着其可扩展性,双冗余管理,通信网络延迟的可确定性等优越的网络通信性能,已成为新一代航空电子系统数据传输网络。文章根据AFDX网络带宽分配、网络延迟和虚拟链路抖动,基于消息驱动,以随机Petri网为工具对AFDX网络进行建模仿真,讨论了周期消息、事件消息对延迟时间的影响,通过性能指标分析,有助于理解消息在AFDX网络中的传输机制。     

优先级区分服务的机载网络媒质接入控制协议

为了保障机载网络的系统容量及最高优先级业务严格的时效性与可靠性需求,提出区分优先级的媒质接入控制协议. 该协议对高、低优先级业务,分别采用多信道随机接入和多信道忙闲接入2种不同的信道接入策略,结合竞争窗口随信道忙闲程度自适应调整的退避机制,实现了多优先级区分服务. 通过建立多信道忙闲碰撞模型和退避模型,根据高优先级业务的QoS需求,计算求解不同信道数量下低优先级业务的最优负载取值区间和接入门限以及各项系统性能的数学表达式. 仿真结果表明,该协议不仅具有较高的系统容量（>10 Mb/s）,而且能够保证高优先级业务严格的时效性（<2 ms）、可靠性（>99%）需求,与带差分服务的跳频MAC （PFH-MAC）协议和区分优先级的自适应抖动MAC （PAJ-MAC）协议相比,性能有较大的提升.     

一种面向边缘计算节点能量优化的QoS约束路由算法

在满足节点间端到端时延、可靠性服务要求的基础上,为了解决现有多路径路由协议能耗较高的问题,提出一种面向边缘计算节点能量优化的多服务质量（QoS）约束路由算法（MQEN）.考虑端到端延迟、可靠性、能量消耗的QoS约束条件,采用边缘计算、机器学习相关技术,构建多约束最优路径传感器网络模型,引入能量感知节点唤醒策略、学习自动机奖惩机制.该算法结合边缘计算,预处理节点的原始数据,加快有效数据的传输、处理.采用自动机与环境交互的方式加快算法收敛.使用控制节点休眠激活状态的方法优化网络能量消耗,延长网络生命周期.实验结果证明,MQEN算法可降低网络能量消耗,并且能满足多QoS约束对端到端延迟、可靠性服务的要求.     

一种固定帧长的EPON MAC算法

提出了一种固定大小帧结构的EPON MAC协议,采用固定的帧长,提高了以太网交换机速率。将一帧周期分成三段,光网络单元不仅报告队列长度信息,而且报告帧到达分布信息,降低了高优先级业务时延抖动,授权采取高优先级优先授权的原则,降低了高优先级业务的接入时延,满足了对时延和时延抖动敏感语音业务的要求。     

车辆网络MAC层的Markov链综合分析模型

应用于车载自组网的IEEE 802.11p媒体接入控制（MAC）层采用增强型分布信道接入机制,为验证该机制能否满足不同类型消息的服务质量（QoS）,在考虑不同竞争窗口值、消息内部碰撞和信道忙时的退避挂起机制的基础上,构建了基于二维Markov链的分析模型,该模型综合了饱和情况和非饱和情况. 通过该模型,分析了不同类型队列消息的归一化吞吐量和丢包率性能指标. 结果表明,归一化吞吐量随车辆数的增加而减小,随不同类型数据包产生量的增加而增加;丢包率随车辆数的增加而增加;高优先级队列始终有较大归一化吞吐量值. 验证了IEEE 802.11p能保证不同类型消息的QoS.     

太比特路由器交换网络中一种新的交换机制

直连网络是太比特路由器交换网络中一种很好的实现方案,然而直连网络中传统的交换机制(如分组交换、虫孔交换、虚切通交换等)已无法满足太比特路由器中实时业务的服务质量要求.针对这一问题,提出了一种新的交换机制--区分切通交换.该交换机制通过引入虚信道概念,将区分服务和虚切通交换有效地结合,从而保证实时业务的服务质量.给出了该交换机制的设计思想以及节点模型的实现方案,采用OPNET软件对该交换机制在不同的业务环境下进行了仿真.仿真结果表明,与传统的交换机制相比,区分切通交换都可以很好地保证实时业务的服务质量.     

认知无线电网络中的分布式动态频谱共享

研究了基于认知无线电技术的动态频谱共享,基于重复博弈理论设计了一种分布式动态信道接入和功率分配算法。在不影响主用户通信的情况下,每个认知用户能够根据自己的QoS需求和本地信息进行分布式信道选择和功率分配,在系统频谱效率和业务QoS之间进行有效折中。该算法具有较好的收敛性,能最大程度地满足用户的业务需求,更适用于异构网络和业务的应用。     

消息扩展在航天器遥控数据保护中的应用

针对航天器遥控信息安全需求和相应的数据保护机制,分析了遥控短消息在安全传输中的弱点,提出了一种用于改善该弱点的基于物理噪声源的消息扩展方法,以及其应用实例;同时给出了应用该方法所必须采取的信道差错控制措施。采用该方法可以显著增加遥控消息的熵,增强其传输过程的安全性。     

认知无线网络中基于业务区分的多信道MAC协议

为了满足认知无线网络中认知用户的业务服务质量需求,提出了一种基于业务区分的多信道媒体接入协议(SD-MAC).根据授权用户的信道使用模型以及认知用户的业务类型,实时业务采用基于预约的接入机制,而非实时业务则通过采用基于竞争的接入算法实现信道共享.理论分析和仿真结果表明,所提出的MAC协议能够有效提高实时业务的吞吐率,保证较低的接入时延,从而有效地提升系统性能.     

专用无线通信系统实时多媒体业务调度算法的研究

宽带多媒体的专用无线通信系统,要求同时具备双向语音调度指挥、过程监控、图像传输等功能.针对现有协议非实时性特点和调度系统业务实时性要求,该研究是以IEEE802.3LAN为应用平台的多媒体终端和控制中心,基于用户背负信令的状态报告,提出一种改进型TCP协议实时业务调度算法.算法根据状态报告信息对不同业务节点进行实时信道优化分配,实现一定服务质量的实时多媒体业务的传输、指挥调度 监控等功能.在典型业务强度下,平均延迟和延迟抖动实时性指标较传统TCP控制方法提升90%.     

多监控任务移动传感器网络高效数据路由协议

在多监控任务移动传感器网络中,不同的监控对象对数据传输实时性有着不同的要求。为满足监控数据不同的实时性要求,提出了既能满足软实时监控要求,也能满足硬实时监控要求的多级分层实时数据路由协议MRDR（layer-based multilevel real-time data routing protocol）。MRDR协议将分层机制引入移动传感器网络,将网络分成宽度相等的若干圆环。对具有实时性要求更低的普通事件消息,MRDR在消息失效前以尽量低的能耗将消息转发至sink节点。对于实时性要求更高的紧急事件消息,MRDR让消息以层间多跳方式实时传输到sink。同时,针对硬实时路由过程中的节点空洞问题,提出了消息回传机制,使得紧急事件消息能绕过节点空洞并最终传输至sink。最后,为降低网络中的消息冗余,设计了消息队列管理机制,给出了队列满时的消息丢弃原则。为评价算法性能,仿真实验对比了MRDR与其他3种算法在网络寿命、数据传输成功率与消息平均延迟方面的表现,结果验证了算法的有效性。在不同的网络环境下,MRDR算法能有效适应多监控任务移动传感器网络,满足具有不同实时性要求的不同消息的传输要求。     

H. 264视频码流自适应传输的研究与实现

针对IP网络带宽的有限、时变和“尽力而为”的特性,为了保障视频传输的服务质量（QoS）,提出了一种新的GAIMD_Buffer自适应传输方案.该方案在GAIMD算法的基础上增加了服务端和客户端的H-264视频流缓冲控制策略.当网络处于稳定或拥塞状态时,若下一个RTT时刻缓冲区占有量的估计值位于设定的阈值内,则按照GAIMD算法来调整发送速率,否则通过调整视频的编码码率来保证缓冲区不会发生上溢或下溢.实验表明该方案在嵌入式系统中能够更有效地平滑速率抖动,减少数据丢失,降低播放延时,进一步提高视频播放质量.