天地一体化网络高铁专网业务分析与流量建模

网络流量特性与流量模型是网络规划设计、性能评价等的基础。文章致力于天地一体化网络业务分析与流量建模研究，在完成天地一体化网络高速铁路（简称：高铁）专网业务分析的基础上，抽象高铁专网流量类型、业务传输内容、报文到达间隔、报文长度等特征，构造高铁专网仿真流量数据集，分析其流量特性。针对高铁专网流量的自相似性、突发性及周期性，采用alpha-stable自相似模型进行高铁流量建模，通过Q-Q(Quantile-Quantile)图验证模型的可信度。研究结果表明，该模型能有效刻画高铁专网的流量特性。文章的研究成果可为流量预测模型设计与仿真、网络资源合理分配等提供依据。     

弹性分组环缓存容量研究

弹性分组环（RPR）是当前城域网发展的重要方向，是为了满足基于分组的城域网的要求而设计的。为了实现基于优先级区分的业务服务质量，弹性分组环采用了基于优先级区分的队列以及转发机制。与传统的队列延时研究方法不同，弹性分组环中的业务接入以及转发延时与当前网络中的拥塞状况密切相关。本文基于弹性分组环协议，建立了弹性分组环转发缓存和接入缓存的排队模型，对弹性分组环中的业务接入时延以及转发队列时延做了定量的分析计算；进而得到弹性分组环中各类优先级转发及接入缓存所需要的容量；利用仿真工具建立了RPR网络的排队传输模型，并进行了仿真验证。仿真结果和理论分析的结果非常接近，从而验证了所建立排队模型的正确性，能够为网络业务配置提供有效的参考；各级缓存容量的结论已经应用在弹性分组环的专用芯片设计之中。     

无线Mesh网络路由器节点业务量建模与性能分析

路由器节点承载WMNs(Wireless Mesh Networks)的主要业务,决定网络的整体性能,其业务性能建模与分析是当前研究的热点内容.本文基于802.11 OFDM物理层计算的分组平均服务时间,采用排队论分析WMN路由器节点业务性能的理论模型,给出节点业务性能的计算方法,通过理论分析与仿真验证模型的准确性,并给出使用归一化的模型参数的简化计算方法.分析表明,在相对稳定的网络环境中,路由器节点的性能与业务到达模型相关,需要采用不同的模型和方法分析VBR(Variable Bit Rate)和CBR(Constant Bit Rate)业务的性能;在动态的网络中,节点性能与业务到达过程无关,采用泊松到达可以准确地分析不同业务的性能.本文建模的基础是分组平均服务时间,使分析模型与实际的网络形态无关;基于归一化参数的算法也增大了模型的适应性,使其可以应用在网络规划设计、业务接入控制和分组调度等诸多方面.     

动态无线传感器网络基础设施建模方法及分析

无线传感器网络基础设施理论与技术是无线传感器网络中一项基础却又十分重要的研究内容.由于网络自组织性与不同应用环境的要求,导致无线传感器网络基础设施具有十分明显和复杂的动态变化特征,而如何认识并描述其动态变化规律却是一个难点问题.本文针对动态无线传感器网络,提出一种新型基础设施模型.在此模型基础上采用平均场与连续分析方法进行理论分析,最终得到该模型所描述的动态无线传感器网络基础设施平均节点度变化规律.通过对网络节点度变化和平均路径长度两个可反映动态拓扑特征的参数进行模型性能评价,仿真结果证明了模型的有效性、可用性和准确性.     

基于Faster-RCNN的站台端部人员入侵检测研究

铁路客运站的站台端部为非封闭式环境,存在人员非法入侵的风险。在阐述Faster-RCNN算法原理的基础上,详细描述了VGG16模型、RPN网络以及分类回归的过程。采集现场数据制作样本集,训练了可区分普通人员、施工人员以及防护人员的站端入侵检测模型。测试分析了5组不同参数下的实验数据,确定候选区队列长度等于300,推荐候选区数量等于15时为最优参数。模型对普通人员、施工人员以及防护人员3种样本的识别精确率分别为95%、99%、100%,识别召回率分别为97%、99%、100%,平均精确率均值为0.983 6,单帧检测时间为0.069 s。结果表明:算法可有效地检测普通人员、施工人员以及防护人员,满足实时检测需求,为站台端部人员入侵检测提供了新思路。     

基于IP网络的业务流序列生成方法分析

随着因特网的迅速增长,对其服务质量(QoS)的需求逐步增加。IP业务流的建模技术是QoS分析的基础。依照因特网的运行经验,业务流呈现自相似性质而不是非平稳泊松过程。本文介绍了自相似业务的特性,对产生自相似业务量的各种方法进行了分析,给出了产生序列的详细步骤,并对这些方法进行了精度和复杂度的对比。     

基于时间序列方法的网络信号传输时延预测

针对铁路信号在传输过程中存在时延与丢包,导致整个系统的控制性能下降甚至不稳定的问题,提出一种新的延时预测算法,首先用时间序列方法建立网络时延的状态空间模型,然后通过Kalman滤波方法对时延进行在线估计,得到延时预测值.仿真实验结果表明,该方法对传输时延具有预测效果,保证了较好的实时性.     

动车组列车安全状态检测网络时延建模

针对动车组列车安全状态检测实时性要求较高的特点,对交换式工业以太网和CAN总线构成的异构网络应用于动车组列车安全状态检测进行了研究。综合分析了交换式工业以太网和CAN总线的周期性报文最大传输时延,建立了安全状态检测网络周期性报文最大传输时延的解析模型。基于该解析模型得出影响网络传输时延的主要因素为CAN节点、Ethernet/CAN网关和车厢级交换机的个数。最后分析了整个网络中周期性报文的最大传输时延随着CAN节点、Ethernet/CAN网关和车厢级交换机个数的变化趋势,并对所建立的解析模型进行了仿真验证。所建立的网络时延模型为定量分析网络实时性提供了理论依据。该建模方法可以推广到其他轨道交通列车中。     

下一代高速铁路LTE-R车车通信时延分析

LTE-R是下一代高速铁路无线通信系统,开展对LTE-R通信性能分析具有重要的现实意义.针对下一代高速铁路车车通信系统中不同类型业务的延迟上界问题,提出一种基于随机网络演算理论的车车通信延迟上界计算方法.根据车车通信业务优先级特征引入剩余服务量分析方法,分别构建随机到达曲线与多跳节点的随机服务曲线,推导出LTE-R下车车通信的端到端延时边界,有效克服了传统方法仅能计算平均延时的问题,并通过OPENT仿真验证了本文方法的有效性.研究结果表明,列车控制业务与列车运行状态业务在低违约率下的时延分别为102 ms与126 ms,该值满足LTE-R的QoS指标要求.最后分析LTE-R不同列车车速与车车通信时延之间的定量关系,得到车车通信时延随列车车速的增大而呈现下降趋势的结论.     

一种基于价格和效用的帧聚合策略

MAC层帧聚合是改善无线网络信道利用率、提高频谱效率的有效方法之一。将定价策略和排队论模型引入到IEEE 802.11系列MAC协议的帧聚合策略中,以平均时延作为主要QoS(Quality of Service)指标,在满足业务流最大时延约束基础上,从用户效用和网络效用两个方面研究价格及网络效用的优化问题。此外,还分析了包平均到达率与平均时延的关系。仿真结果表明:所提出的基于定价和效用的帧聚合策略是有效的,可以提高系统平均吞吐量,减少端到端平均时延。     

交叉口处现代有轨电车与其他机动车的平衡感应信号控制方法

介绍了现代有轨电车与机动车在交叉口的平衡感应信号控制方法,通过对现代有轨电车交叉口各入口排队车辆数的监测,实时改变信号配时,从而平衡各入口车辆排队长度;通过赋予现代有轨电车更高的排队权重,使现代有轨电车与同向机动车流减少停车时间,获得更多的通行时间,从而在保证其他机动车辆通行效率的同时,间接地实现现代有轨电车优先通行权。运用交通仿真软件对比分析各入口车辆平均排队长度、最大排队长度、总停车次数、平均延误与平均排队时长,确定各信号相位近似最优的最大感应绿灯信号时长。仿真结果表明,在排队长度与车辆延误方面,感应信号配时远优于定时信号配时;相比单纯的公共交通信号优先,感应信号控制更注重现代有轨电车和机动车每个乘客的通行权利。     

提高有轨电车平交路口空间利用率的交通组织模式

为提高有轨电车路口的空间利用率,减少有轨电车对社会车辆的影响,提出允许机动车在平交路口进口道借用有轨电车轨道空间排队的交通组织模式。分析了该模式对机动车通行能力和延误的改善及对有轨电车运行的影响,并用VISSIM软件进行仿真验证。结果表明,该方案在特定条件下可以有效提高平交路口机动车通行能力,降低延误。     

轨道车辆MVB通信网络的实时特性

多功能车辆总线(MVB)应用于轨道交通车辆的车厢级通信网络已经成为新一代列车通信网的发展趋势。采用MVB必须满足轨道车辆对数据传输提出的实时性要求。MVB网络的端到端传输延迟主要包括报文分组在缓存器内的平均等待延迟、发送报文分组延迟、介质传播延迟等,而影响发送报文分组延迟的主要因素是报文分组的平均等待延迟受介质访问控制方式的约束;主设备消息事件请求帧的到达过程服从泊松分布,多消息事件并发引发的事件仲裁延迟是影响消息数据报文延迟的重要因素。仿真实验结果表明,MVB网络的过程数据具有报文分组传输时间确定、报文分组长度对网络延迟影响小等实时特性,但消息数据的报文延迟受网络负载的影响较大。运用排队理论分析主从轮询方式下过程数据的延迟与MVB的轮询周期、通信速率的关系;分析数据表明,该方法可以取代以往的国外经验值来配置网络,而且配置指标更符合实际运行的要求,并已经成功应用于实际设备的测试分析中。     

铁路LTE-R网络MCPTT的应用研究

因现网调度语音通信系统的局限性,将基于LTE标准的MCPTT(Mission Critical Push to Talk)应用到下一代铁路移动通信系统LTE-R中。对MCPTT的系统架构、个呼、组呼的呼叫业务流程、话权控制流程进行详细描述,分析了固定终端(FAS)呼叫移动终端(UE)的寻呼机制和寻呼延迟,并利用排队模型计算寻呼延迟。最后在实验室中测试MCPTT呼叫建立延迟及成功率。结果表明:随着非连续接收(DRX)周期的增大,寻呼时延增大。样本数为100的条件下, UE发起个呼、组呼呼叫建立延迟平均值约为580 ms,成功率为100%; FAS发起个呼、组呼呼叫建立延迟平均值约为2 500 ms,成功率为100%。经验证,将MCPTT技术应用于铁路LTE-R网络,能够可靠且快速地建立语音通话,并保证用户话权的公平分配,提高铁路运输安全。     

基于排队论的立体车库特征及流畅性分析

以排队论为理论基础,对立体车库中的选址、车流量,库存容量,作业效率等因素进行详细分析,提出评价立体车库性能的多种工作指标,对立体车库的流畅性进行阐述,并给出立体车库规划设计过程中满足流畅性的某些要求.     

城市轨道交通线路合理长度决策模型研究

在综合考虑城市轨道交通线路经济效益的基础上,分析了影响城市轨道交通线路长度的因素.以相对净效益最大为目标建立模型,研究速度、站间距、客流密度对线路长度的影响程度.计算结果表明:城市轨道交通线路长度、平均站间距与经济效益均呈抛物线关系,三者之间相互制约.得到了各影响因素常见组合情况下效益-平均站间距-长度关系曲线图,并举例论述了采用跨站运营时需满足的跨站客流量.     

多业务环境下切换优先算法的改进

切换是移动通信中充分利用有限频谱的一项关键技术。本文提出了在数据业务和话音业务环境下,基于混合信道分配(HCA)方案上的双先进先出(FIFO)排队算法:系统分别为切换语音呼叫和初始语音呼叫与数据呼叫分配了大小为Nh和No的排队空间,两队列均遵从FIFO法则;同时,为切换语音呼叫预留了可根据当前业务量调整数目的Cr个信道。通过与单FIFO排队算法和基于HCA的单FIFO排队算法的比较,可以看到本算法改善了系统的性能,更能适应高业务量小区的需要。     

基于排队论和Anylogic仿真的车站进站排队优化

通过实地采集数据，应用排队论和Anylogic软件仿真，研究了目前既有站和部分高铁站进站排队时间过长和用户体验差的问题。发现通过调整不同排队方式和增减设备数量，可满足改善旅客进站体验的目的。研究结果表明，混合式排队适应于目前大客流车站进站，并列式排队适应于小客流车站，并可通过调整关键设备数量来提高进站效率，减少旅客排队等待时间和改善旅客进站的用户体验。     

北京市重点功能区轨道交通网络加密研究

针对北京市中心城区重点功能区范围内轨道交通线网密度、站点覆盖率不足等问题,以北京CBD重点功能区为研究对象,应用空间句法理论及空间分割方法,建立CBD地区道路网空间句法模型,量化分析该区域内可达性与交通流量的关系,结合既有轨道交通网络,对CBD地区轨道交通线网规划设计、路由选择提出指导性建议.结果表明,将可达性评价指标与交通流量相结合,能够定量描述城市轨道交通网络可达性及结构绩效,并选择可达性较高轨道交通线路路由.该方法适用于城市轨道交通线网规划以及不同规划方案的比选和评价,可以作为方案评价方法之一,同时应该结合其他线网规划要素,在城市轨道交通线网规划中作为重要考虑因素综合研究.     

高速动车组半主动悬挂系统动力学性能仿真分析

介绍了基于天棚控制理论的半主动减振器原理,以CRH380A动车组头车为研究对象,对天棚阻尼系数和时滞对车辆动力学性能的影响进行了仿真分析.结果表明:天棚阻尼系数越大,车体横向减振性能越优,但系统允许的最大时滞减小;天棚阻尼系数的设计要同时考虑横向振动性能和系统时滞的影响.半主动控制模式比被动模式对车体横向振动的改善效果均比较明显,平均改善率超过20％.