多约束分离路径算法

多媒体流和视讯会议等新应用的出现要求网络提供可靠的服务质量(QoS)保证。为网络中的每对节点建立两条多约束链路/节点分离路由是提供可靠QoS的一条重要途径。如何建立两条链路/节点分离多约束路径是一个关键问题,这一问题与经典的一维测度下的分离路径问题有着很多概念上的不同。本文分析了这一问题的困难性,并提出一组解决此问题的启发式算法。     

适用于自组织多重组播网络的均衡算法研究

在分析自组织网络自身特点的基础上,介绍一种多组播业务并存的多重组播网络,该网络相对传统的组播网络具有节省系统开销,降低能量消耗的优点,尤其适于铁路通信的应用.文中对多重组播网络中的节点连接度的不同变化情况进行了研究,并在充分考虑移动节点的实际通信能力基础上设计了一种适用于多重组播网络的负载均衡路由算法.算法非常适用于本文所提出的多重组播网络环境,与其它组播协议相比,能够在动态环境下以较高的成功率建立组播树,保持较高的数据包发送成功率.同时,该算法引入负载均衡机制后有效的平衡了各节点之间的负荷,消除了节点载荷突发的现象.仿真结果表明,该路由算法负载均衡性能良好,并能显著提高组播业务的稳定性.文章结尾对今后的研究工作进行了总结和展望.     

基于监测树的高速铁路光传送网络故障定位研究

高速铁路光传送网络承载了列车控制等安全级别较高的业务,其正常运营是铁路安全行车的基础。为保证网络的安全可靠性,在网络链路出现故障时,必须快速准确地定位故障链路。利用监测树M-tree方案,通过将网络拓扑转化为树形结构,并在指定节点设置监测器实现故障链路定位。为实现M-tree的构造,提出基于度与距离的监测器分配算法DDMA,算法选择节点度最大且相互距离最远的两个节点作为监测信号的转发节点以扩展M-tree。仿真数据表明,利用DDMA设计的M-tree方案所需监测代价不超过理论最小监测代价的7%。相对于现有的监测迹M-trail方案,DDMA算法最大可以节省30%左右的监测代价。利用DDMA为高速铁路骨干层光传输网络设计M-tree监测方案,实际监测代价不超过理论最小值15%。DDMA算法复杂度较低,当网络中含有100条链路时,算法运行时间不超过0.2 s。     

高速铁路光传送网络链路故障定位的研究

铁路光传送网络OTN是列车安全运行的基础,由于OTN具有传输大带宽的能力,一旦网络出现故障将会造成传输业务中断,会严重影响列车的安全运行。因此,在故障发生时要快速、准确地定位故障位置,进而采取相应的故障恢复措施。光传送网络故障主要分为链路故障与设备故障。目前对于光传送网络链路故障定位是基于m-trail的故障定位方法,如何设置m-trail既能唯一确定链路是否出现故障,又能减少监测成本是研究的重点。本文针对光传送网络单链路故障定位提出基于RWS+MTA的m-trail分配算法。由于MTA算法设计m-trail的过程中在选择下一条链路时会固定选择最大权重的链路,因此会出现局部最优的情况。RWS+MTA算法采用一个概率模型可以在选择下一条链路时扩大搜索的空间,通过有限次迭代从中选出较优的分配方案,可以避免局部最优情况的出现。利用RWS+MTA算法设计了铁路骨干层二号环的m-trail分配方案,通过仿真验证了本算法在实现快速、精确定位的同时,可以有效降低运行时间以及监测代价。     

一种空间DTN接触图路由精确性提高方法

接触图路由利用空间DTN节点运动轨迹可以预知的特点,将节点间通信的开始与截止时间、速率等信息配置在接触图中,以此为依据计算路由,但这也带来了对接触图准确性要求极高的问题。在复杂的空间环境中,短时的电磁干扰或能量过低等原因可能导致接触意外失效,此时按照原始配置计算的路径将无法使用,另外接触图路由未考虑排队时延对低生存时间束(Bundle)的影响,导致这些束可能会在排队中过期。针对上述问题,提出一种接触图路由精确性提高方法,包括接触失效发现机制、接触恢复探测机制、接触失效及恢复通告机制、接触图更新机制和考虑接触失效的路由计算机制,同时使用基于效用函数的转发策略优先发送生存时间低的束。实验表明接触图路由精确性提高方法在链路意外失效的情况下能够提高束的传递率、降低传递时延。     

基于业务的SNCP在寿平铁路的应用

通信系统的建设遵循技术成熟、经济适用、同时满足发展需要的原则,网络结构满足运营维护管理体制的要求,传输系统必须具备较高的网络保护和恢复能力。基于寿平铁路通信传输系统组网及益羊线既有运营维护管理体制,本次工程通信传输系统组网旨在保证业务的高度可靠。通过参照子网连接保护(SNCP)已广泛用于传输系统的组网案例,其适用于各种网络拓扑结构,倒换速度快,可实时切换工作通道和保护通道。为此,选用基于业务的SNCP作为本线传输系统的网络保护方式,以双发选收的原则保证通信传输业务的高度可靠,并在优化网络结构的同时,一定程度上提高益羊线传输系统的通道利用率。     

基于向量化的BESO方法灵敏度过滤快速算法

在使用双向渐进式拓扑优化算法(BESO)时,优化结果中常会出现棋盘格和网格依赖的现象。单元灵敏度过滤器是解决此类问题的有效方法,但随着结构规模扩大单元数量增多,计算单元权重因子耗时将十分可观,其原因是计算单元的权重因子数据需进行多次循环嵌套,逐一计算单元中心距,串行算法使得计算效率低下。通过结合深度学习训练模型中将数据集进行向量化预处理的思想,对灵敏度过滤计算所需数据进行向量化预处理,并推导了基于向量化的单元灵敏度过滤算法,将逐一的标量运算改进为可并行的矩阵运算。对向量化算法中可能出现的储存空间占用过大的问题,使用稀疏矩阵对储存空间进行优化,提出进一步改进的Sparse算法。通过ABAQUS二次开发实现了改进后的BESO拓扑优化流程,分别使用二维和三维悬臂梁算例进行计算时长验证,结果表明向量化的灵敏度过滤算法的加速比相对于双循环算法最高可达6,Sparse算法的加速比可达8,改进后的算法极大提升了单元权重因子和灵敏度过滤的计算速度。在计算权重因子时,Sparse算法的耗时略高于向量化算法,但在优化总耗时方面,Sparse算法优于向量化算法;当结构规模大单元数过多时,向量化算法可能限于硬...     

基于分离机制互联网络的移动性管理研究

基于分离机制提出一种新的互联网结构.该结构明确分离主机身份和其位置信息,分离传输层和网络层的地址功能,直接支持移动性.该结构明确分离互联网接入网和核心网,接入网和核心网内的IPv6路由伸缩性增强.本文重点给出基于分离机制的互联网移动性管理协议,支持基于主机和基于网络的移动性管理.给出移动性管理费用和切换延迟的解析模型,分析移动性和系统参数对移动性管理费用和切换延迟的影响.分析结果表明基于分离机制的互联网移动性管理协议由于位置管理相关消息经历网络处理节点较多,切换延迟较大,同时基于网络的移动性管理在减小切换延迟方面有较大优势.     

路网车流径路选择随机相关机会规划模型及其混合遗传算法

研究随机环境下车流径路的选择问题,首先给出路网车流径路方案可靠性的定义,并在此基础上建立随机环境下车流径路选择问题的随机相关机会多目标规划模型。模型考虑了车流具有不同权重的情况,目标为极大化车流径路方案的可靠性及极小化期望总费用。用C＋＋语言编写K短路算法,并在Visual Studio 6.0上基于该算法开发了软件,用于计算网络上任意两点之间的K短路。以该软件计算出的K短路作为节点间的可选径路集,提出一种基于随机模拟的混合遗传算法。算例表明,在不同交叉和变异概率的条件下算法均可在给定进化代数内收敛至相同的最优解,有较强的适应性。     

钢管混凝土桁架Y型管节点热点应力研究

为研究主管支撑条件及支管与主管夹角对钢管混凝土桁架(CFST)Y型管节点热点应力分布的影响,利用ANSYS采用20节点实体单元,考虑相贯线焊缝建立Y型管节点空间有限元模型,计算分析在一端固定,一端铰接、两端固定、两端铰接3种边界条件下,支管不同角度变化时(20°, 40°, 60°, 80°, 90°),支管轴压作用下主管和支管焊趾处,热点应力集中系数沿相贯线焊缝分布情况。有限元分析结果与已有试验结果进行对比,验证模型的可靠性。研究结果表明:相同约束条件下,随支管角度增大,主管和支管沿焊缝的热点应力集中系数表现为增大,主管热点应力集中系数最大值始终发生在冠点,支管热点应力集中系数最大值由冠点向鞍点移动;同一角度时,随着主管两端约束的加强,主,支管热点应力集中系数分布有所减小,主管鞍点附近受约束条件影响很小。由于局部和整体的刚度同时影响SCF,可以考虑改变节点形式或者减少计算长度、加强固端约束达到降低SCF的目的。     

基于分离迭代和耦合时变的列车—轨道—桥梁耦合系统高效动力分析混合算法

为提高列车—轨道—桥梁耦合系统动力分析的计算效率,基于耦合时变法及分离迭代法,提出了1种混合算法。该算法将列车—轨道—桥梁耦合系统分解为车辆—轨道子系统和桥梁子系统。其中,车辆—轨道子系统在每一时间步需根据车辆位置对系统刚度系数矩阵进行更新,具有时变的特性;桥梁子系统的系统动力系数矩阵在整个动力分析过程中保持不变;车辆—轨道子系统与桥梁子系统通过钢轨与桥梁间作用力的平衡迭代实现耦合。利用朔黄重载铁路32m简支梁桥现场试验数据与由混合算法计算得到的分析结果进行对比,验证了混合算法的可行性。采用耦合时变法和混合算法分别计算列车通过蒙华重载铁路黄河龙门大桥的动力响应,结果表明:采用相同的时间积分步长时,2种方法拥有相同的计算精度,但混合算法比耦合时变法具有更高的计算效率,求解耗时降低了75%。     

基于覆盖理论的铁路救援列车部署方案研究

基于弧段覆盖理论、覆盖衰退理论和考虑时间满意度的覆盖理论,设计考虑时间满意度和最大覆盖率的救援列车部署方案。构建铁路救援时间满意函数,通过最小二乘法拟合相应的系数。考虑从不同方向对弧段的联合覆盖率,借鉴复杂网络理论为路网环境中的线路和节点赋予权重,建立最大时间满意度和最大覆盖率的救援列车部署模型,运用拉格朗日松弛算法求解。结合兰州铁路局路网数据,给出算例,验证模型的有效性,为铁路运营者在救援列车部署方案设计中提供借鉴。     

基于SDN的应急融合通信网络设计与实现

铁路应急通信网络由于涉及业务多、技术种类多,在实现快速搭建的问题上面临比较大的挑战。如何实现应急通信网络的快速搭建,同时满足多种业务、多场景下的不同需求,保证通信网络的稳定性与有效性成为一个值得关注的研究话题。软件定义网络（SoftwareDefined Networking,SDN）提出的控制层与数据层分离的新思想为研究提供新的方向。提出在应急通信中引入SDN技术,构建基于SDN的融合应急通信网络,实现网络的集中控制、状态感知、按需路由等相关功能,提高网络的稳定性与效率。     

综合评价车辆/轨道系统动态特性的广义能量法

以轨道质量指数评价轨道区段的平顺状态,不能反映具体的运营车辆相对轨道的动力学响应.因此,借鉴能量集中率的思想,提出综合评价车辆/轨道系统动态特性的广义能最指标,并引入能量权系数表征不同波长成份不平顺对输入车辆/轨道系统总能量有不同的权重.在能量权系数相同的情况下,利用离散Parseval定理证明广义能量指标可简化成轨道质量指数,并通过实测的轨道不平顺数据验证这一结论.通过对车辆动力学响应与轨道不平顺之间的传递函数的幅值曲线规一化后,计算得到能量权系数.利用广义能量指标评价钢轨波浪弯曲不平顺.数值计算结果表明:广义能量指标比轨道质量指数能更好地评价钢轨波浪弯曲不平顺.评价结果的合理性通过是否会引起车体"抖振"得到检验.     

基于联合介数中心度的铁路货运嵌入社会大物流系统网络结构优化

社会大物流系统是一个无标度网络,存在明显的集群现象.铁路货运系统作为另一个群体嵌入社会大物流系统,需要在优化网络结构的同时,考虑群体之间的连接和群体内部的连接.基于Barabási-Albert算法的无标度网络生成机制,通过理论推导和实验仿真,分析联合介数中心度及其标准差与网络货流量的关系.研究认为,铁路货运系统节点嵌入社会大物流系统时,应当选择联合介数中心度较大而其标准差较小的节点进行嵌入,通过增加捷径路径可改善中枢节点的连接性,以及减轻和均衡中枢节点的负荷,使得整个物流系统更高效地运作和降低网络优化的成本.     

基于列车用户优先级的频谱共享博弈算法

不同业务优先级高速铁路用户的爆炸式业务需求与稀缺频谱资源的矛盾日益突出。针对运行于不同地形环境、在相同eNB覆盖范围内的高速铁路次用户的频谱共享博弈问题进行研究。基于次用户承载业务的不同优先级,提出模糊综合评判-优先级调度算法,将次用户间的频谱竞争建模为非合作博弈,通过次服务的频谱效用函数、主系统的频谱交易价格函数实现次用户间的差异化动态频谱共享。仿真结果表明,算法较好地反映了真实的频谱共享情形,可以更加准确地对次用户频谱需求进行业务优先级划分,提高频谱利用率的同时保证了其最大效用。     

基于跨层设计的Macro-Femto异构网络吞吐量最大化

提出一种跨层设计机制,目的是最大化网络下行链路吞吐量,同时保证业务公平性。网络架构为多小区、多用户、多业务的Macro-Femto异构网络架构。物理层传输技术为多输入多输出正交频分复用技术。所建立的最优化问题在多项式时间内是不可解的。结合工程实际,提出一种易于实现的次优算法。此外,针对异质业务环境,提出一种公平性观点,并改进传统的Jain’s公平指数。修正的公平指数能够有效地评估未来多业务无线网络各种机制的公平性。系统级仿真结果表明:在异构网络中,本文提出机制的吞吐量性能和公平性能均优于简单跨层设计SCLD(Simple Cross-Layer Design)机制。本文提出的机制和SCLD机制的业务公平性能均优于比例公平机制的公平性能。比例公平机制仅考虑速率公平,没有考虑业务公平。     

一种改进的高斯粒子滤波室内节点跟踪算法研究

粒子滤波器(PF)是非线性估计领域一个重要方向。为了避免粒子失去多样性的问题,基于启发式优化算法的思想,提出了一种新的引力高斯粒子滤波算法(GSA-GPF)并将该算法用于室内节点轨迹跟踪问题。在使用高斯粒子滤波器(GPF)估计出粒子分布及权重后,采用引力搜索算法使粒子向高似然区域移动,增加了有效粒子数,同时,GSA-GPF避免了PF中重采样过程的缺陷,减小了粒子多样性的损失。仿真结果表明:GSA-GPF有效地抑制了常规PF的发散现象,在少量粒子数的情况下,将其跟踪误差减小了约64.1%,并且与粒子群优化的GPF相比,保持了更好的滤波精度。     

基于冗余度和方差的P-Cycle圈构造算法的研究

铁路光传送网络是高速铁路地面基础设施的神经中枢,为避免网络故障给铁路运营带来巨大损失,重点研究光传送网P-Cycle(Pre-configured Cycle)保护技术,提出在圈扩展时以所有候选圈上未保护工作容量的方差、冗余度两个指标为比较标准的RVPA(Redundancy and Variance Based P-Cycle Construction Algorithm)算法。圈扩展的过程中,算法将选择方差与冗余度能同时满足条件的候选圈作为本轮扩展圈,有效限制了完成保护的P-Cycle圈个数;圈扩展停止条件中,当UPL与参数M、冗余度的大小关系满足条件时,则停止圈扩展,从而限制圈上节点数,使圈个数与圈长度得到有效均衡;在仿真过程中,利用泛欧网络拓扑COST239对RVPA算法进行仿真,并对比分析不同M值下的性能。仿真结果表明,在相同空闲资源与待保护工作容量设定下,参数M取0.5时效果最优,并且RVPA算法的保护容量效率、所需圈的个数、算法整体耗时、总冗余度均优于已有的POCA(P-Cycle Optimization Configuration Heuristic Algorithm)算法。     

基于可变形部件模板的扣件状态识别

针对在铁路钢轨扣件状态自动识别中断裂扣件与正常扣件难以区分的问题,基于DPM算法思路提出DPTM算法用于扣件状态自动检测。为屏蔽扣件图像中背景区域的干扰,根据扣件几何形状设计相应的掩膜模板,并对扣件进行分块得到扣件部件模型。采用弹簧模型度量部件之间相对位置关系、余弦相似性度量HOG特征点之间的相似度,加权融合特征点相似度得到部件相似度,根据各个部件重要性的权重系数组合建立扣件状态分类准则。理论分析和实验结果表明,DPTM算法能够较好地区分正常、断裂和丢失三种状态的扣件,并在优先保证较低漏检率的同时取得较低的误检率。