广义K-元n-立方网络拓扑性质研究

k-元n-立方( )网络被广泛应用于直接互联网络并行处理系统中。当 某些维上的节点数不相同时,该文利用一维环的交叉乘积定义了广义的K-元n-立方( , )网络,提出 网络表面积和体积的计算公式,利用表面积确定最优的广播结构,并分析了2个节点间最短路由数的计算公式和路由选取方法。     

节点和边都有容量的有向平面网络中的最小截和最大流

在一般网络中,节点和边都有容量的最小截、最大流问题很容易转化为仅边有容量的问题.但传统转化方法用在平面网络中破坏了网络的平面性,使平面网络中节点和边都有容量的问题比仅边有容量的问题难.使用传统转化方法得到的两个问题的算法复杂度均为O（n2logn）（n表示网络中的节点数）.对此,作者曾给出了无向平面网络中最小截问题的保持平面性的转化方法.在此基础上,这里进一步讨论有向平面网络中的最小截、最大流问题,给出有向网络中保持平面性的转化方法,并利用此转化得到了复杂度均为O（nlogn）的最小截和最大流算法.从并行计算复杂性角度来看,传统方法转化后的问题是P-完全的.而使用新方法可以得到NC算法,且可以证明节点和边都有容量的有向平面网络中的最小截、最大流问题都是属于NC的.     

基于矢量的无线传感网络能量有效配置算法

无线传感网络的能量消耗决定了网络的使用寿命,如何通过有效节点配置来尽可能地延长网络的生命周期是一个极具挑战性的研究课题.首先提出了一个基于一维网络模型的能量有效节点配置算法,并在将其扩展到二维平面模型的基础上,提出了一个基于矢量的中继节点放置算法.该算法在感应源节点位置和中继节点数给定的情况下,通过计算中继节点的位置得到整个网络的能量有效配置.模拟实验结果表明,在源节点和中继节点数之比为1∶2时,该算法得到的网络能耗比常规配置算法节省50%左右,该结果已在实现的火灾预警系统中得到应用.因为实际应用系统中,基于成本的原因,节点数规模总是受限的,因此该算法对构建低成本的无线传感网络应用系统具有重要意义.     

无线传感器网络一维区域的覆盖研究*

无线传感器网络覆盖问题的研究应综合考虑感知覆盖、通信覆盖和连通覆盖三个方面,建立适合不同监测空间的节点覆盖模型。讨论了无线传感器网络一维区域的覆盖问题,对无线传感器网络中一维直线区域出现的问题进行分析,讨论了均匀分布情况下的节点覆盖概率和覆盖数的计算方法,仿真实验表明节点感知半径是影响节点覆盖率和覆盖数的主要因素。     

基于车联网的广播MAC协议性能分析

针对车载自组织网络IEEE 802.11协议中媒体访问控制(medium access control, MAC)层一维广播性能分析模型不适用于小竞争窗口的问题,提出一种考虑了连续冻结过程(consecutive freeze process, CFP)现象的二维马尔科夫模型。将CFP映射为连续发送分组过程和连续退避冻结过程,分析得出饱和状态下节点各状态转移的概率,并推导出节点广播分组的性能表达式。仿真结果表明,与一维分析模型相比,即使是在争用信道的竞争窗口较小情况下,该二维分析模型也能很好地预测饱和状态下节点广播分组的平均时延、吞吐量和成功接收率。     

一类实际网络中的最小截算法

讨论了节点和边都有容量限制的无向平面网络中的两点间的最小截问题.传统方法是把节点和边都有容量的网络中的最小截问题转化为只有边有容量的问题,但该方法用在平面网络时不能保持网络的平面性,因此网络的平面性不能得到利用.使用传统方法的计算时间为O(n²logn)(其中n为网络的节点数).给出了可以充分利用网络平面性的方法.对源和汇共面的s-t平面网络,把最小截问题转化为平面图上两点间的最短路径问题,从而可以得到O(n)时间的算法;对一般的平面网络,给出了新的将节点和边都有容量的问题转化为仅边有容量问题的方法,这种转化方法不破坏网络的平面性,从而可以利用平面网络中仅边有容量问题的计算方法,使原问题在O(nlogn)时间内获得解决.     

网络编码感知的无线机会路由性能分析模型

结合基于优先级的ACK回复策略,提出网络编码感知的无线机会路由性能分析模型。该模型探讨多个中继节点时无线信道丢包对网络性能的影响。为此,建立二维马尔科夫链模型对802.11 DCF信道接入机制进行数学建模分析,从而得到数据包成功投递概率和网络吞吐量公式。数学分析结果表明:结合机会路由和网络编码,通过增加中继节点数量,可以提高数据包的投递概率和网络吞吐量。     

DTN中基于节点相遇规律的自适应散发等待路由

在容滞网络中,针对散发等待BSW(Binary Spray and Wait)路由协议在转发报文时具有一定的盲目性。提出将每个节点维护的路由信息由一维拓展到二维,并在该基础上研究节点的相遇规律,动态地调整报文转发策略,从而解决当前节点与信宿节点相遇概率较低的问题。实验结果表明,该算法与散发等待路由相比,在降低平均延迟的基础上,能有效改善报文的递交率。     

基于二维元胞自动机的网络模型*

针对一维元胞自动机网络模型的转发过程随机化,二维模型缺乏拥塞特性分析的缺陷,提出了一种基于二维元胞自动机的网络模型。根据TCP/IP拥塞控制协议设计了元胞更新规则,并设置不同的元胞队列长度以增强网络的异构性。利用该模型仿真得到了拥塞相态下的节点负载、节点处理延时具有白噪声特性和1/f噪声特性。通过该模型观测到局部网络与整个网络负载特性的关系,表明该二维元胞自动机网络模型具有可扩展性,适用于大规模网络的行为建模研究。     

失真容忍无线传感网络中的最优传感器配置研究

研究了一维和二维无线传感器网络(WSN)在空间信号源相关条件下的最优传感器配置方法。WSN通过分布的传感器节点得到与位置相关的测量数据, 然后恢复出具有空间相关性的信号。WSN重建信号的基本准则是使重建信号和原信号在单位区域能量恒定条件下的均方误差(MSE)最小。研究了在具有有限节点的小网络和具有有限节点密度的大网络中传感器节点密度和空间数据相关性对网络性能的影响, 定量分析了各种不同网络参数间的相互作用及其对网络性能的影响。其结果为实用WSN的设计提供了基础。     

基于Markov链模型的MANET连通性分析

提出一种基于Markov链模型的移动Ad hoc网络（MANET）连通性分析方法。建立节点可靠性分析的Markov链模型,使之便于计算节点的可靠性概率。基于此,建立网络剩余节点数以及故障节点数状态转移的Markov链模型,并推导出计算节点随机网络连通概率的公式。通过Matlab仿真验证了理论分析的正确性。     

在PMC模型下单向k元n立方体的诊断度

图的连通度和诊断度是与互连网络的可靠性密切相关的两个参数,而[g]好邻连通度和[g]好邻诊断度是比连通度和诊断度更精确的指标。[k]元[n]立方体是多处理机系统的最常用网络之一,而单向[k]元[n]立方体是指具有单向边的[k]元[n]立方体。证明了当[k≥3,n≥3]时,单向[k]元[n]立方体在PMC模型下的[1]好邻连通度是[k(n-1)],诊断度是[n]且[1]好邻诊断度是[kn-1]。     

无线传感器网络1点和2点连通可靠性研究

无线传感器网络集成了传感器、微机械电子和网络通讯技术,它的巨大应用前景引起了军事部门、工业界和学术界的广泛关注.它的节点不是预先安置,而是随机撒放,那么就有问题:在假定每个传感器节点通讯半径一定,一个固定区域要抛撒多少节点才能保证这些节点组织的网络基本连通?要抛撒多少节点才能保证满足2点间的连通可靠性.本文进行了大量的计算机模拟试验,采用了随机抛撒节点,然后进行连通度测试的方法,给出了节点数、通讯半径和连通关系的曲线簇.通过对曲线簇的对数变换和对变换后曲线簇的回归分析,给出了仿真区间内的单点连通和二点连通的经验公式,取得了满意的效果.给出了通过几何变换可能推广任意通讯半径的方法.本文同时给出了在仿真中的重要参数:随机抛撒均匀分布的节点的邻居节点的分布规律,抛撒后节点满足通讯半径要求建立的连接数的分布规律.这些直接指导无线传感器网络的节点个数和通讯半径选择,连通可靠性设计.     

Connectivity in finite ad-hoc networks

Research on ad-hoc network connectivity has mainly focused on asymptotic results in the number of nodes in the network. For a one-dimensional ad-hoc network G1, assuming all the nodes are independently uniform distributed in a closed interval [0, Z]（z ∈ R^＋）, we derive a generic formula for the probability that the network is connected. The finite connected ad-hoc networks is analyzed. And we separately suggest necessary conditions to make the ad-hoc network to be connected in one and two dimensional cases, facing possible failed nodes （f-nodes）. Based on the necessary condition and unit-disk assumption for the node transmission, we prove that the nodes of the connected two-dimensional ad-hoc networks （G2） can be divided into at most five different groups. For an f-node no in either of the five groups, we derive a close formula for the probability that there is at least one route between a pair of nodes in G2 -- {no}.     

Evaluating failure time probabilities for a Markovian wear process

We present simplified analytical results for the numerical evaluation of failure time probabilities for a single-unit system whose cumulative wear over time depends on its external environment. The failure time distribution is derived as a one-dimensional Laplace–Stieltjes transform with respect to the temporal variable using a direct solution approach and by inverting an existing two-dimensional result with respect to the spatial failure threshold variable. Two numerical examples demonstrate that accurate cumulative probability values can be obtained in a straightforward manner using standard computing environments.Scope and purposeReliability models that incorporate the effect of a stochastic and dynamic environment on a unit's lifetime have attracted a moderate amount of attention in the past decade. However, evaluating failure time probabilities using such models is nontrivial in all but a few cases. Kharoufeh [1] provided a closed-form lifetime distribution for a continuous Markovian wear process as a two-dimensional Laplace transform. The main purpose of this paper is to reduce the lifetime distribution to a one-dimensional Laplace transform in order to facilitate simpler numerical implementation.     

节点随机出错概率下的Mesh网络容错性分析

容错性是多计算机网络中非常重要的研究主题.本文基于节点随机出错概率研究多计算机网络Mesh的容错性,采用子网划分方法,将网络划分为相互独立且不相交的子网,假设每个节点具有随机出错概率,通过分析子网的连通性,得到整个网络的连通概率.数值和模拟结果表明,网络连通概率随时间的增大而减小,在给定的时间内,网络规模越大,连通概率越低.例如,对于给定的指数分布(λ=3 509×10-6),当时间比较小(4000秒内)的情况下,多达四万节点的Mesh网络几乎总是连通的,连通概率达到99%以上,这也表明以Mesh网络为拓扑的多计算机系统是相当可靠的.     

无线传感器网络拓扑连通性与稀疏性研究

连通性与稀疏性是无线传感器网络的重要拓扑属性,针对良好的网络拓扑既要保证连通又要适当降低连边密度的问题,首先分析了网络连通概率的相变特性,发现存在临界传输半径,在此临界值周围网络连通概率会发生0-1相变.其次,在网络以较小的传输半径保持连通的情况下,以度和介数作为衡量节点重要性的指标,提出了稀疏网络拓扑优化算法,通过适...     

极大限制边连通网络的充分条件

限制边连通度是度量网络可靠性的重要参数。设[G]是一个边集为[E]的连通网络。称一个边集合[S?E]是一个限制边割,如果[G-S]是不连通的且每个分支至少有两个顶点。网络[G]的限制边连通度,记为[λ'],定义为[G]的最小限制边割的基数。设[d(v)]表示顶点[v]的度,[ξ=min{d(u)+d(v)-2:uv∈E}]表示[G]的最小边度。称网络[G]是极大限制边连通的,如果[λ'=ξ]。给出了网络是极大限制边连通的一些充分条件。     

Learning the dynamics of two-dimensional stochastic Markov processes

We show that it is possible to learn the forces causing an observed two-dimensional stochastic Markov process. Hereby, we extend the ideas presented in our earlier work [1–3], where we discussed one-dimensional processes. Appropriate short-time correlation function measurements are used as constraints in the maximum information principle of Jaynes, allowing us to formulate the joint probability distribution function of the process. This is done using the method of Lagrange multipliers, which we determine by means of a dynamical learning method. Next, we derive explicit formulas expressing the drift- and diffusion coefficients of the Ito-Langevin equation corresponding to the process in terms of the Lagrange multipliers. This provides us with the sought for underlying deterministic and stochastic dynamics. The method was tested on a simulated Ornstein-Uhlenbeck process, showing good confirmation of the theory.     

On fault tolerance of 3-dimensional mesh networks

In this paper, the concept of k-submesh and k-submesh connectivity fault tolerance model is proposed. And the fault tolerance of 3-D mesh networks is studied under a more realistic model in which each network node has an independent failure probability. It is first observed that if the node failure probability is fixed, then the connectivity probability of 3-D mesh networks can be arbitrarily small when the network size is sufficiently large. Thus, it is practically important for multicomputer system manufacturer to determine the upper bound for node failure probability when the probability of network connectivity and the network size are given. A novel technique is developed to formally derive lower bounds on the connectivity probability for 3-D mesh networks. The study shows that 3-D mesh networks of practical size can tolerate a large number of faulty nodes thus are reliable enough for multicomputer systems. A number of advantages of 3-D mesh networks over other popular network topologies are given.