认知无线电网络的基于QoS的自适应频谱分配策略

评估认知无线网络的吞吐量和干扰性能。考虑到认知无线电网络应能提供包括语音、数据、视频、图像等多种业务的服务,这些业务具有不同的服务质量(QoS)要求,引入一种基于多因素多级模糊综合评估的QoS模型。基于此模型,给出认知用户对检测到的空闲频谱的划分方法,同时为激活认知用户提出一种自适应频谱分配策略。分析认知无线电网络在频率选择性环境下的吞吐量和干扰特性。仿真结果表明,本文提出的基于QoS的自适应频谱分配策略,其平均吞吐量和干扰性能优越于一些已经存在的频谱分配算法,同时保持有较低的算法执行复杂度。     

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。     

认知无线电的联合频谱检测与共享算法

提出一种基于信任度因子的频谱空穴检测模型以确认频谱机会.当能量以信任度因子为1分布于检测区域时,认知用户将发送1 bit量化值以报告侦听结果;否则,认知用户将发送2 bit量化值.评估了平均侦听比特数和漏检概率的性能.基于此模型,给出一种多跳认知无线电网络的频谱共享算法.它允许激活认知用户节点以一定的接入概率充分利用分配给其他认知用户的时隙进行通信.同时,算法还采用基于发射码字的传输机制,即每个激活认知用户都有自己唯一的发射码.进一步地,推导出系统吞吐量,即被定义为平均成功传输的概率和能耗公式.最后,通过仿真评估了系统性能.     

铁路监测WSN网络的非均匀优化分簇算法

针对铁路沿线无线传感器网络(WSN)线性部署导致的"能量空洞"问题,提出一种节点非均匀优化分簇算法。在所需监测的铁路沿线等距部署WSN节点,以均衡簇头(CH)节点单位时间能耗为优化目标,对铁路直线轨道、弧线轨道监测区域内的簇成员节点进行非均匀分簇;建立CH节点能耗、CH节点数目和簇成员节点数目之间的函数关系,结合CH节点能耗波动、CH负载均衡度和CH能耗平衡度这3个性能指标,构建优化的WSN分簇部署模型;基于该模型,对比分析了本文算法、簇头固定的非均匀分簇算法、均匀分簇和组数据传输算法的性能。仿真数据表明:提出的节点优化部署模型和算法在降低及均衡CH节点能耗,延长CH节点寿命和提高网络通信效率方面性能较优。     

认知的铁路应急自组织网络研究

随着高速铁路对通信系统安全性要求不断提高,及业务需求不断多样化,GSM-R网络将面临更多的技术挑战。本文针对某些基站网元由于突发事件而不能为终端提供无线服务的问题,提出组建基于认知无线电技术的铁路自组织网络,以达到应急通信的目的。在对铁路应急通信场景进行描述的基础上,提出认知的铁路应急自组织网络模型,分析了认知的铁路应急自组织网络面临的技术挑战,包括双模终端的设计、分簇算法、频谱侦听和铁路运营模式等,重点阐述了簇头选择和分簇频谱侦听技术的设计方法。     

基于ARMA流量预测的WSN非均匀分簇双簇头选择算法

在无线传感器网络中引入双簇头机制可以用副簇头承担数据转发任务,能有效地分担主簇头的负载。但由于簇与簇的中继不同,转发簇头在不同时刻承担的转发任务不同,为此,有针对性地提出一种基于ARMA流量预测的W SN非均匀分簇双簇头选择算法,即AUDC算法,主簇头利用预测机制,根据簇内节点剩余能量选择副簇头。研究结果表明:采用该算法有效地延长了网络的生存周期,实现了网络的负载均衡。     

铁路沿线线性无线传感器网络路由协议研究

针对铁路沿线环境监测对象种类繁多、位置分散的特点,设计一种无线传感器网络用于将传感器采集信息传输至监测中心,该无线传感器网络由传感器节点、轨边汇聚节点、机房汇聚节点及中继节点组成,重点研究提出轨边汇聚节点与机房汇聚节点之间线性无线传感器网络路由协议。鉴于铁路沿线传感器节点采集信息的重要程度不同,该路由协议根据信息重要程度对数据包进行优先级排序。综合考虑网络寿命和信息重要程度,以网络生命周期内传输数据包数量最大化为目标,建立数据包转发模型和数据包排队模型。在网络能耗均衡的前提下,采用减少优先级高的数据包的转发次数和减少优先级高的数据包在轨边汇聚节点的排队时延两种方式,减少优先级高的数据包的总传输时延。仿真结果表明,该路由协议可以显著减少高优先级数据包的传输时延,均衡使用网络能量,最大化网络寿命。     

适合于感知无线电网络的动态信道分配和注水功率联合的算法

随着无线通信技术的飞速发展,传统的静态频谱分配机制与频谱实际需求之间的矛盾日益显著,频谱短缺现象日益严重.频谱资源的利用率问题成为未来移动通信发展的一大瓶颈.有效的信道分配机制能够改善无线资源的使用效率.本文将注水功率分配算法和动态信道分配算法相结合,提出一种基于小区的分布式动态信道分配算法.此算法针对感知无线电网络频谱变化的环境和多业务的环境能够提供优越的性能和自适应能力.与其他基于小区的动态信道分配算法相比,此算法考虑用户之间的公平性,显著提高频谱使用效率.     

铁路沿线线型无线传感器网络高效路由协议

为防止网络“热区”现象，针对铁路沿线无线传感器网络多呈线型分布的结构特点，提出一种基于服务质量的能耗均衡分簇路由协议（ECRPQ）。首先，部署网络节点，计算节点能量消耗，建立能耗均衡的非均匀节点部署模型并进行网络分簇。然后，设计路由协议，在簇首选举时引入节点动态剩余能量和节点担任簇首轮次的影响因素，在通信阶段采用TDMA机制和CDMA机制相结合的方式，在进行时间同步校准时严格保证簇内节点时间同步。最后，通过MATLAB进行仿真实验，从网络生命周期、网络吞吐量和节点平均时延3个方面将ECRPQ与LEACH、LEACH-C这2种经典协议进行对比。结果表明：当网络节点总数为200个时，ECRPQ的网络生命周期明显更长，达到600 s;ECRPQ的网络吞吐量更大，分别比LEACH和LEACH-C提高128.7%和84.6%;ECRPQ的节点平均时延更低，分别比LEACH和LEACH-C降低52.8%和43.2%。     

基于协作多agent机制的高速LTE-R无线网络覆盖与容量优化算法研究

为应对由于列车运行速度快而引起的通信环境恶化的现象,进一步提升高速铁路沿线覆盖与容量性能,保证列车用户在通信需求方面获得持续的优质体验,覆盖与容量优化成为LTE-R网络的一个重点研究方向。基于高速铁路环境中基站与列车位置信息可预测的优势,在传统单一调节天线下倾角的FQL算法的基础上,引入协作多agent机制,提出协作多agent FQL算法,使得LTE-R无线网络频谱效率和吞吐量性能得以提升和优化。同时通过对频谱效率CDF曲线的仿真表明随着列车运行速度的不断提高,算法对无线网络整体性能的提升越加明显,证明了在高速场景下本算法的有效性。     

无线传感器网络中一种基于簇头预测和功率控制的节能路由算法

在无线传感器网络中,节点能量有限且一般没有能量补充,因此如何减少节点的能量消耗成为路由协议的研究目标。文中提出一种基于簇头预测和功率控制的节能路由算法CHFPC(Cluster Head Forecasting andPower Controlling),该算法利用能量和距离参数对簇头进行预测,并将功率控制这一机制引入分簇路由和数据传输的过程中,从而使节点的平均能耗降低。最后用OMNeT++仿真的结果表明所提出的方案在网络生存时间和网络总剩余能量指标上比LEACH算法分别提高23%和15%,而且节点生命周期也明显长于LEACH算法。     

一种分布式协同优化的认知无线电网络频谱检测算法

针对动态认知无线电网络中频谱检测性能与资源消耗之间的矛盾,提出一种分布式协同优化的频谱检测算法.设置双门限将认知用户分成可信组和非完全可信组.采用次梯度法对频谱检测效用函数进行分布式协同优化,动态调整能量检测阈值,提高动态变化网络环境中的非完全可信认知用户检测结果的准确性,并根据优化过程的收敛速率,从中选择参与协作的认知用户.最后融合中心通过加权融合获得频谱检测结果.仿真实验和分析表明算法在提高认知用户频谱检测准确性和检测速度的同时,降低了网络开销.     

一种基于无线传感器网络的安全优先门限敏感分簇路由协议

为构建基于无线传感器网络的铁路防灾安全监控系统,在门限敏感的节能型网络协议(TEEN)基础上,提出1种安全优先门限敏感分簇路由协议(SPTC).确定SPTC的网络架构,基于能量计算公式设计簇头分布算法及簇头和副簇头选举算法,以及路由建立步骤和数据采集流程.在协议中定义副簇头,保证数据路由的可靠性及数据自身传输的安全,提高协议的安全性;在汇聚节点(SN)附近区域布置更小规模的簇,在兼顾剩余能量与节点距离的准则下选择最佳的簇头节点,以提高协议的节能性.采用OMNeT++网络仿真工具对SPTC进行了建模仿真.仿真结果表明:当网络工作了10 000 s时,低能量节点数量比低功耗自适应聚类层次协议(LEACH)减少了60％;当灾害数据采集概率为0.5％时,基于SPTC协议的网络检测周期是基于LEACH的1.7倍.     

基于复杂列车服务网络的客流分配方法研究

研究旅客列车开行方案形成的复杂列车服务网络属性及其构造方法,在分析多层次客流选择行为基础上,确定列车服务网络弧段阻抗。建立体现差异性服务水平需求的复杂列车服务网络客流分配模型,该模型以旅客出行效益最大化为目标,通过分别限制不同出行距离、不同层次旅客的换乘次数及换乘时间,设置旅客出行径路的多约束条件。设计改进的蚁群算法和Frank-Wolfe算法构成的混合算法进行求解,为更加符合旅客的选择行为,按OD客流量、出行距离、优先级等规则进行流量加载。以京沪高速铁路旅客列车开行方案为例进行客流分配,验证模型和算法的有效性。     

负载均衡技术在合法监听中的应用

监控网络中的流量,把每个路由器当成一个监控节点,对流经它的流量进行监控,实现合法监听的功能,对确保网络正常运行至关重要.为了更好地分配网络中各节点的负载,本文提出一种新的算法-均值法,本算法在更小的颗粒度上进行任务调度.我们按照不同的网络模型做了大量实验,结果表明,与现有算法相比较,均值法能够更好地均衡所有节点上的负载.     

铁路货车车地信息传输技术研究

阐述无线通讯在轨旁数据传输的几种实现方式以及技术特点。针对铁路货车主要设备车载无线无源传感与监测组件、轨旁数据基站和地面监测与诊断主机的组成方式,对采用U W B信息传输方式开展研究铁路货车车地信息传输技术。以D W M1000集成芯片为核心设计的轨旁数据基站的UWB发射模块和UWB基站模块,其采用LEACH协议算法,并具有的层次型路由协议,周期性的随机选举簇头节点的方式,能够在减少节点能耗的同时延长整个网络的生存时间,且能在列车快速经过轨旁基站的时间窗口内完成数据传输。     

一种基于非合作博弈的分层网络频谱分配机制

由于毫微微蜂窝具有有线回程的特性,导致毫微微蜂窝基站和宏蜂窝基站间缺乏合作,分布式或去中心化的宏蜂窝用户与毫微微用户间的频谱分配机制,就成为具有挑战性的研究热点。本文提出一种基于非合作博弈的自适应频谱分配机制,在该机制中宏蜂窝基站和毫微微蜂窝基站作为博弈双方,共同的频谱资源作为博弈双方分配的对象,通过博弈可以最小化由于添加毫微微蜂窝基站引起的相互干扰。博弈的均衡即为频谱分配的最优方式,同时也给出当均衡不存在时的次优分配方案。仿真结果验证毫微微蜂窝在吞吐率、中断率和频谱效率上对宏蜂窝的影响,结果表明该机制在分层网络中能够有效地分配频谱,减少跨层干扰,提升系统性能。     

一种支持区分服务的主动队列管理算法

为区分服务网络的核心路由器,提出一种主动队列管理算法,它基于一种名为预估计随机早期检测PERED（Pre-estimation RED）的自适应随机早期检测算法（RED）,因此称这种支持区分服务的主动队列管理算法为区分服务预估计随机早期检DSPERED（DiffServ PERED）。首先DSPERED利用PERED算法中的一个离散时间队列长度的Markov模型来估计短时期后路由器缓冲区的队列状态,然后根据估计结果和服务的优先级调节不同服务的数据包最大丢包概率以实现对服务的区分。本文提出一种拥塞控制的思路,即预估计以及一种区分服务的方法,其使用不同的函数调节不同优先级服务的数据包最大丢包概率。通过使用DSPERED算法的模拟路由器对两种不同优先级服务的数据包处理的比较,验证该算法的性能。     

CBTC信号系统无线网络的安全性研究

从CBTC信号系统无线网络的安全需要出发,介绍了CBTC信号系统无线网络的系统结构,通过研究无线网络结构中关键安全部件(SD)所采用的安全算法和密钥的安全性,理论分析计算出CBTC信号系统DCS无线网路系统的安全性.     

ORPR公平性算法研究

本文介绍ORPR节点模型.针对ORPR节点中光缓存容量较小,分析了ORPR网络和RPR网络在实现公平性时的不同,讨论了ORPR网络中的公平性原则,提出一种适合ORPR网络的公平性算法,给出了算法的实现方法,并和RPR的典型公平性算法做了比较.该算法通过一个在环中和发送数据流相反的方向循环流动的速率控制帧,将各个节点的速率信息分布在整个ORPR网络上,从而实现共享某链路的各个数据流公平的分配带宽资源,能够实现整个ORPR环网的公平性与高的链路带宽利用率.算法的一个显著特点在于不采用传统的缓冲器占有量监测来调节速率,其前摄机制可以有效保证各个数据流流量在发送时就受到控制,从而使该数据流在途经环中节点和链路时,不会发生拥塞现象,因此适合于缺乏缓存的ORPR网络.