MODELING MULTI-TRAFFIC ADMISSION CONTROL IN OFDMA SYSTEM USING COLORED PETRI NET

Call Admission Control (CAC) is one of the key traffic management mechanisms that must be deployed in order to meet the strict requirements for dependability imposed on the services provided by modern wireless networks. In this paper, we develop an executable top-down hierarchical Colored Petri Net (CPN) model for multi-traffic CAC in Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) system. By theoretic analysis and CPN simulation, it is demonstrated that the CPN model is isomorphic to Markov Chain (MC) assuming that each data stream follows Poisson distribution and the corresponding arrival time interval is an exponential random variable, and it breaks through MC's explicit limitation, which includes MC's memoryless property and proneness to state space explosion in evaluating CAC process. Moreover, we present four CAC schemes based on CPN model taking into account call-level and packet-level Quality of Service (QoS). The simulation results show that CPN offers significant advantages over MC in modeling CAC strategies and evaluating their performance with less computational complexity in addition to its flexibility and adaptability to different scenarios.

分布式软件定义网络中多域流量工程的路由优化方法

针对分布式软件定义网络(software-defined networking,SDN)中流量管理调度不均衡的流量工程问题,提出一种基于负载均衡的多控制域流量路由优化的解决方案。首先分析控制消息流量的组成、域内通信及域间通信规则;然后基于4种控制消息定义控制链路流量的构成,明确链路承载流量分为控制消息流量和业务流量,建立平衡控制器负载和最小化最大链路利用率的优化模型;最后基于域内通信和域间通信提出两层路由算法。为提高模型求解精度,进一步提出改进离散萤火虫算法求解最优路由。结合ABILENE网络和GEANT网络,分析控制消息流量、控制器负载和链路负载等评价指标。实验结果表明,优化模型能有效实现控制器和链路负载均衡,控制消息流量是流量工程重要组成部分。相比集中控制模式,扁平分布式控制模式的平均控制器负载降低47.3%,最大链路利用率相差不超过15%。

基于多源流量信息融合的网络分析溯源系统研究与应用

网络流量分析技术在安全威胁分析方面取得了长足的发展,未知的网络攻击行为往往隐藏在正常的流量里面。现有的流量分析溯源系统存在流量数据来源单一、分析模型库模型数据不足的问题,在网络分析溯源的深入性方面稍有不足。基于对现有流量分析系统的再利用,同时考虑到未来与具备更高分析溯源能力的系统的整合,提出了一种基于多源流量信息融合的网络分析溯源系统,并充分考虑到多源异构的流量数据的统一管理和分析,对流量数据的整合和现有分析模型的再利用方法进行了详细介绍,有助于提高分析溯源的准确性和有效性。

道路环境与驾驶行为数据同步采集系统研发

高精度、可移植、多维度的在途车辆及其周边驾驶环境数据在L3级及以上自动驾驶汽车场景库测试、不良驾驶行为谱构建以及在途实时交通管控等领域有至关重要的作用,由单一传感器构成的数据采集系统在精度、维度上都受到了较大限制,导致其可靠度较低;为实现多类数据传感器协同一体化,研发了一款包含激光雷达、车载运动测量与组合定位、车载踏板与方向盘位移传感器和雷视道路多维感知一体机的多模块道路环境数据与驾驶行为同步采集系统,支持多项交通数据采集任务的并行处理,融合了用户的真实驾驶行为,并基于该系统设计了依维柯某车型的数据实车采集平台;该系统由上位机与下位机两个子系统构成,集成了多模块数据采集、储存、传输与标定等功能,且对各个模块完成了时间同步处理,适用于两客一危场景,并设计了易操作的上位机用户交互界面,对多模块数据实现实时可视化,直观查看各时段数据的变化规律,具有较高的应用价值。

可达性对城市群多模式交通碳排放的空间异质性影响

当前,在交通行业碳减排存在巨大挑战以及未来中国城市群交通发展长远规划双重背景下,如何通过改善交通可达性提高居民出行效率和减少碳排放是亟待解决的关键问题之一。本文基于城际出行手机信令数据,从居民出行的角度提出城际多模式交通客运碳排放量方法,并采用梯度提升决策树(GBDT)模型及多尺度地理加权回归(MGWR)模型探讨可达性对区域碳排放量的空间异质性影响。以关中平原城市群为例进行验证,结果表明:城际公路客运碳排放量远大于铁路,呈现沿交通基础设施线路分布的特征;在整体区域范围内,可达性指标对碳排放水平具有一定的正向边际效应;MGWR能够刻画碳排放与可达性指标关系的空间异质性及尺度差异;经济潜能可达性、介数中心性及接近中心性对城际碳排放具有显著的正向空间异质性影响,但影响尺度不同;公路客运碳排放对介数中心性及接近中心性要素较为敏感,经济潜能对碳排放的影响较为平稳;铁路出行可达性的提升对中心城市的影响效应低于周边区县城市。

基于街区演替对出行拥堵影响的城市更新启示——以江苏淮安为例

城市街区演替的多维现象是各种城市问题持续劣化的微观成因,探明其中影响是实施城市更新行动的重要依据。针对江苏省淮安市107处城市街区,利用时空多源数据,采用逻辑降维、关联分析、地理加权回归等方法,构建可表征空间规模、交通设施、日常出行、社会经济及公共交通等演替现象的多维复合要素体系,揭示城市街区演替对交通出行拥堵的时空影响机理。影响机理表明空间规模与日常出行演替具有显著一致的正向影响,公共交通演替具有显著一致的负向影响,交通设施与社会经济的演替则不具显著影响。依循时空影响机理,结合可预见变化、官方指导意见和近期实践经验,情景模拟了全局性交通出行改善下各类街区更新的空间增容阙值,作为城市更新启示。

基于改进NSGA-II的轨道交通接驳公交线路优化

为解决接驳公交线路规划不合理和时间安排不完善的问题,提出了基于改进NSGA-II算法的环形接驳公交线路优化方法。首先,结合双层规划理论,以乘客出行时间成本最小化、公交企业运营收益和接驳公交服务率最大化为目标函数,以接驳公交线路站点数、线路长度和发车频率作为约束条件构建上层模型,采用Logit模型构建了下层接驳客流分配模型;其次,运用Floyd算法对NSGA-II算法的初始化种群进行了优化,针对所提出的模型设计了模型求解流程;最后,以哈尔滨市轨道交通1号线医大一院轨道交通站为案例,运用笔者提出的多目标双层规划模型和算法进行求解,并与原NSGA-II算法和基于Logistic混沌映射的NSGA-II算法进行对比。研究结果表明:基于Floyd算法改进的NSGA-II算法在多目标双层规划模型求解时,收敛速度更快效果更好,求解结果可以在Pareto前沿得到多个相互非支配的最优解;不同解集对应目标函数值不同,但可以达到接驳公交网络整体效益最优,采用折衷最优解集表述求解结果。

基于车速引导和感应控制的干线协调优化方法

干线信号协调通常基于固定带速和时段性统计流量,但实际运行中,车辆的行驶车速和交通流量往往呈波动变化,导致信号方案与实际最优带速和交通流需求不相匹配,影响交叉口的通行效率。基于车路协同环境,运用Maxband模型,以绿波带宽最大、干线车辆延误、干线停车次数与次路方向延误最小为优化目标,建立了干线信号协调多目标优化模型,并采用改进的多目标粒子群算法对模型求解,获得协调路口全局控制方案参数;根据交叉口进口道车辆位置和信号状态提出了车速引导模型;根据干线交叉口进口道的车辆饱和度情况,应用感应控制策略在全局协调的基础上对各路口绿灯时间进行实时调整。仿真结果表明:优化模型将车速引导和信号协调相结合,考虑主线路口负荷度情况,动态调整绿灯时间,降低了交叉口处的延误和停车次数,有效提升了干线协调控制效率。

基于多智能体深度强化学习的高速公路可变限速协同控制方法

面向高速公路多路段可变限速协同控制需求,针对高维参数空间高效训练寻优难题,提出了应用多智能体深度确定性策略梯度(MADDPG)算法的高速公路可变限速协同控制方法。区别于既有研究的单个智能体深度确定性策略梯度(DDPG)算法,MADDPG将每个管控单元抽象为具备Actor-Critic强化学习架构的智能体,在算法训练过程中共享各智能体的状态、动作信息,使得各智能体具备推测其余智能体控制策略的能力,进而实现多路段协同控制。基于开源仿真软件SUMO,在高速公路典型拥堵场景对提出的控制方法开展管控效果验证。实验结果表明,提出的MADDPG算法降低了拥堵持续时间和路段运行速度标准差,分别减少69.23%、47.96%,可显著提高交通效率与安全。对比单智能体DDPG算法,MADDPG可节约50%的训练时间并提高7.44%的累计回报值,多智能体算法可提升协同控制策略的优化效率。进一步,为验证智能体间共享信息的必要性,将MADDPG与独立多智能体DDPG(IDDPG)算法进行对比:相较于IDDPG,MADDPG可使拥堵持续时间、速度标准差均值的改善提升11.65%、19.00%。

考虑速度模式的纯电动公交进出站生态驾驶策略

新能源汽车的大力推广给节能减排带来新机遇的同时,也突显出由于动力系统与传统燃油车存在差异,驾驶人延用传统燃油车的操作方式与驾驶习惯引起电动汽车能耗高的问题。为增加进站能量回收,减少出站能量消耗,本文考虑实际进出站速度模式建立进出站生态驾驶策略。首先,采集纯电动快速公交自然驾驶数据,分析其与燃油公交车的能量消耗差异性。其次,剖析实际进出站速度模式,并基于此分别建立5种考虑速度模式的进站减速策略和出站加速策略,对比能源消耗率分别确定进站和出站生态驾驶策略。之后,在基于速度模式生态驾驶策略的基础上,建立基于快速基因非支配排序的遗传算法(NSGA-Ⅱ)的生态驾驶策略。最后,利用3种驾驶风格下的实际进出站数据验证两种生态驾驶策略的节能效益。结果发现,基于速度模式和NSGA-Ⅱ的生态驾驶策略对耗能型、一般型和节能型这3种驾驶风格的节能率分别为17.04%/23.58%、14.76%/21.48%和5.78%/13.21%,提出的策略对于耗能型驾驶风格的节能率最高,其次为一般型,对节能型驾驶风格的节能率最低。基于NSGA-Ⅱ的策略比基于速度模式的策略节能7.89%。

交通防护服优化设计

本文通过对交通防护服现状进行分析,提出了目前防护服存在的被动保护、安全性能低等问题,通过研究提出智能化、多功能化、轻量化的智能化多功能交通安全防护服代替普通防护服,来使穿戴者采取主动保护措施,降低安全事故。

基于双层规划模型的“才”字形交叉口禁流向交通组织方法研究

为解决城市多路交叉口车流复杂导致的交通拥堵和交通安全问题,针对多路交叉口中的“才”字形交叉口,明确其特点,对交叉口部分交通流向禁行的必要性进行分析。基于双层规划构建交叉口禁流向交通组织模型,以局部路网中车均行驶时间最小为目标,判别交叉口各流向车流是否禁行,并确定禁流向后交通组织方案,减少交叉口内车流及冲突点数量。以哈尔滨市学府路—西大直街交叉口为例,比较禁流向交通组织方案和单向交通组织方案,发现此交叉口禁流向交通组织更优,冲突点个数减少52%,路网车均行驶时间下降0.98%。考虑交通量变化分析禁流向交通组织模型的适用性,发现OD量变化超过26%时模型适用性较差,潮汐现象明显的交叉口,应设置单向交通组织。

基于多维度融合注意力的舰船网络异常流量检测

舰船网络通信系统的正常运行是保障舰船安全航行的基础。针对现有舰船网络通信系统访问流量异常检测模型检测精度不高和实时性不强的问题,提出一种基于多维度融合注意力的轻量级舰船网络服务器异常流量检测算法。利用Bidirectional Encoder Representation from Transformers(BERT)作为特征编码器,将捕获的流量数据包映射到深度特征空间;利用深度可分离卷积(Depth-Separable Convolutional, DSC)网络和长短时记忆(Long Short Term Memory, LSTM)神经网络捕获深度编码特征的空间编码特征和时间维度的编码特征;提出一种多维度融合注意力模块,将空间和时间维度的编码特征进行特征融合;利用多维度融合特征进行正常与异常流量的分类。通过在自建的舰船流量异常数据集上进行测试,结果表明所提出模型能够有效检测出舰船网络通信系统的异常访问流量,在保持检测精度的同时,降低了检测时间开销。

面向后渗透攻击行为的网络恶意流量检测研究

现有的后渗透行为研究主要针对主机端进行攻击与防御反制,缺乏对流量侧的模式分析与检测方法。随着后渗透攻击框架与攻击工具的快速发展与广泛使用,基于统计特征或原始流量输入的恶意流量检测模型难以应对复杂多变场景下的后渗透攻击行为恶意流量,存在泛化能力弱、检测精度低、误报率高等问题。通过深入分析后渗透攻击恶意流量样本与正常网络流量会话流,提出后渗透攻击恶意流量的会话流级别粒度划分方法,挖掘后渗透攻击恶意流量在时间尺度上的交互行为与语义表示。引入一种基于马尔可夫模型的时间向量特征提取方法表征流序列的行为相似度,对会话流进行全局行为建模,解决单一粒度特征学习能力不足的问题,进而构建基于多粒度特征融合的后渗透攻击恶意流量检测框架。实验结果表明,该方法在后渗透攻击行为恶意流量多分类检测任务上达到了99.98%的准确率,具有较高的分类准确性与较低的误报率。

重联编组条件下城轨车底运用方案优化研究

随着对城市轨道交通日常客流出行规律的不断挖掘,运输组织创新是解决客流与运力有效匹配问题、实现系统能耗节约及社会经济效益最大化的关键手段,而重联编组运营模式可有效提高客流与运力的匹配度。通过分析重联编组与固定编组条件下车底运用问题的差异性,构建基于“影子列车”的重联编组车次接续法,以车底与车次接续、车底一致性和重联编组作业等为约束条件,以车次接续总成本最小和车底使用时间标准差最小为目标函数,构建重联编组条件下城市轨道交通车底运用方案优化模型。通过引入非线性惯性权重更新方法和动态学习因子,设计多目标混沌粒子群优化(Multi-objective Chaos Particle Swarm Optimization,MOCPSO)算法。以某城市轨道交通线路的102个车次为例验证模型的有效性,并对车次接续时间上限、车底重联解编作业和车底存放情况进行讨论分析。研究结果表明:MOCPSO算法通过引入Logistic混沌优化策略可有效跳出局部最优;车次接续时间上限越大,需要投入的车底数量越多,不宜使车次接续时间过长;在车底运用过程中应尽可能地减少联挂解编作业的次数。该方法可为决策者提供一系列不同运营投入和车底运用均衡性下的车底运用Pareto非劣方案,有助于协调线路运能利用,同时降低了轨道交通的能耗。

一种基于多模型融合的隐蔽隧道和加密恶意流量检测方法

高级持续威胁APT攻击为了躲避检测,攻击者往往采用加密恶意流量和隐蔽隧道等策略隐匿恶意行为,从而增加检测的难度。目前大多数检测DNS隐蔽隧道的方法基于统计、频率、数据包等特征,这种方法不能很好地进行实时检测,从而导致数据泄露,因此,需要根据单个DNS请求进行检测而不是对流量进行统计后再检测,才能够实现实时且可靠的检测,当系统判定单个DNS请求为隧道流量,便可做出响应,进而避免数据泄露。而现有的加密恶意检测方法存在无法完整提取流量特征信息、提取特征手段单一、特征利用少等问题。因此,文章提出了基于多模型融合的隐蔽隧道加密恶意流量检测方法。对于DNS隐蔽隧道,文章提出了MLP、1D-CNN、RNN模型融合的检测方法并根据提出的数学模型计算融合结果,该方法能够对隐蔽隧道实时监测,进一步提高检测的整体准确率。对于加密恶意流量,文章提出了1D-CNN、LSTM模型的并行融合的检测方法,并行融合模型能够更加全面地提取特征信息,反应流量数据的全貌,进而提高模型的检测精度。

基于异构多智能体自注意力网络的路网信号协调顺序优化方法

针对路网交通信号控制的复杂性,本文提出基于异构多智能体自注意力网络的路网信号协调顺序优化方法,提升路网范围内多交叉口信号控制策略性能。首先,模型考虑多交叉口交通流的空间相关性,采用基于自注意力机制的价值编码器学习交通观测表征,实现路网级通信;其次,面向多智能体策略更新的非稳态环境,模型在前序智能体的联合动作基础上,基于多智能体优势分解的策略解码器,顺序决策最优反应动作;最后,设计基于有效行驶车辆的动作掩码机制,在时效完备区间自适应调节决策频率,并提出考虑等待公平性的时空压力奖励函数,进一步提高策略性能与实用性。在杭州路网数据集上验证模型有效性,结果表明:所提模型在2个数据集和5个性能指标上均优于基准模型;相比最优基准模型,所提模型平均行程时间降低10.89%,平均排队长度降低18.84%,平均等待时间降低22.21%。此外,所提模型的泛化能力更强,且显著减少车辆等待时间过长的情形。

考虑条件风险价值的公路交通能源系统多能流管控策略

为了实现公路交通背景下多能源系统和电动汽车换电站的经济运行与利益共赢,该文提出考虑条件风险价值(CVaR)的公路交通能源系统(HTES)多能流管控策略。首先,建立了主从博弈双层优化模型,其中上层模型以最小化HTES的综合成本为目标,对其进行多能流的合理管控与优化定价;在下层模型中,换电站根据HTES制定的价格灵活地调整各电池的充放电功率,在满足电能需求的前提下最小化与HTES进行能量交互的成本。然后基于多场景法,引入CVaR衡量可再生能源出力的不确定性所带来的风险成本,利用Karush-Kuhn-Tucker(KKT)条件和强对偶定理将原主从博弈双层模型转换为单层混合整数线性规划问题以计算其纳什均衡解,进而获取最优的运行和定价方案。最后,进行算例仿真。结果表明,所提策略可以兼顾HTES和换电站不同主体间的经济利益,实现运行成本和风险成本的平衡。

区域多扇区耦合容量评估

明确空域单元内部交通流特性及其动态演变机制是评估区域多扇区耦合通行能力的基础,对于提升空中交通管理效率至关重要。基于改进的元胞传输模型(CTM),以实际飞行数据为基增量仿真推演分析了交通流流量、速度与密度间的宏观基本图(MFD)。进一步表征区域多扇区之间的耦合作用,建立区域多扇区耦合快时仿真模型。通过分析区域多扇区需求平均延误关系对区域多扇区耦合容量进行评估,揭示区域运行瓶颈。以合肥区域管制扇区为例,评估了区域多扇区耦合容量,并依据各扇区的延误贡献识别了该区域多扇区运行瓶颈主要集中在ZSOFAR02扇区和ZSOFAR01扇区。研究成果可为提高区域多扇区航路航线网络通行能力提供科学的理论支撑。

基于多头注意力动态图卷积网络的交通流预测

【目的】交通流预测对于城市交通系统的有效管理和运行至关重要。交通网络中不同路段或路口的流量随时间动态变化,空间邻近路段或路口的流量也会相互影响。为了更好地从交通流序列中学习不同路段或路口流量的时空相关性,提升交通流短时预测性能,提出基于多头注意力动态图卷积网络(dynamic graph convolution network with multi-head attention,DGCNMA)的交通流预测方法。【方法】DGCNMA模型在Transformer框架中首先引入图卷积网络学习交通流序列的空间嵌入并融入交通流序列,进而采用多头注意力机制从多个角度同时捕捉交通流序列的时间相关性和空间相关性;其次引入交互动态图卷积网络,通过卷积网络和动态图卷积网络交互学习以及交通流奇偶子序列特征交互融合,同时学习交通流序列的局部时空相关性和全局时空相关性。【结果】通过在高速公路交通流数据集(PEMS03、PEMS04、PEMS08)和地铁人群流量数据集(HZME inflow and HZME outflow)上的大量实验,验证了所提出的DGCNMA模型的交通流预测性能优于基线模型。