A Priority-aware Frequency Domain Polling MAC Protocol for OFDMA-based Networks in Cyber-physical Systems

Wireless networking in cyber-physical systems (CPSs) is characteristically different from traditional wireless systems due to the harsh radio frequency environment and applications that impose high real-time and reliability constraints. One of the fundamental considerations for enabling CPS networks is the medium access control protocol. To this end, this paper proposes a novel priority-aware frequency domain polling medium access control (MAC) protocol, which takes advantage of an orthogonal frequency-division multiple access (OFDMA) physical layer to achieve instantaneous priority-aware polling. Based on the polling result, the proposed work then optimizes the resource allocation of the OFDMA network to further improve the data reliability. Due to the non-polynomial-complete nature of the OFDMA resource allocation, we propose two heuristic rules, based on which an efficient solution algorithm to the OFDMA resource allocation problem is designed. Simulation results show that the reliability performance of CPS networks is significantly improved because of this work. © 2014 Chinese Association of Automation.

基于排队论的一种高吞吐量信道分配协议设计

针对复杂多变的认知无线电系统中难以为次用户高效分配信道的问题,提出了一种高吞吐量信道分配协议——TKMA协议。该协议根据主用户(PU)活动、次用户(SU)实时业务需求、信道条件等信息构建用户信道的效用矩阵,在保障PU通信质量的前提下以SU系统总效用值最大化为目标进行信道分配,并利用改进Kuhn-Munkras算法结合轮询调度进行求解。为了评估该协议性能,建立了通用的多用户多信道认知无线电系统模型,利用排队理论描述数据包传输过程,并通过马尔可夫稳态求解推导出SU的性能指标。实验结果表明,与以往提出的化简方法和传统的公平随机分配协议相比,使用TKMA协议在SU系统总的吞吐量、平均时延、平均队长、拒绝率等指标上都取得了更优的结果,证明了所提协议和系统模型的有效性。

一种P2P电子商务安全信任模型

由于P2P计算成本低、交流方式更人性化等优势,在多方面取得了迅速的发展,特别是近几年将P2P应用于电子商务,成了研究热点。但是在完全分布式的P2P网络中进行电子商务存在很多问题,其中安全信任问题尤为突出。为了解决这个问题,本文提出了一种基于投票协议的P2P电子商务安全信任模型。经过仿真,显示本文提出的安全信任模型使交易的一方能通过直接信任和推荐信任的计算,准确有效地评估交易的另一方,从而在以行业为标准划分的社区中建立起电子商务安全信任关系,同时可以防止各种恶意行为造成的信任攻击,解决了无历史纪录节点的信任这一难题,确保了电子商务交易的网络安全和健壮性。

基于队长参数的动态限定轮询多址协议分析

提出了基于队长参数的动态限定轮询多址协议(DPBQ).该协议根据各节点内队列长度动态的控制轮询过程,每个轮询周期对具有最长队列的节点进行服务.通过采用嵌入马尔可夫链理论和休假排队模型,给出该协议的理论模型和性能分析,并且通过限定服务的基本轮询系统和DPBQ系统的对比分析,可以看出DPBQ系统缩短了分组的平均等待时间,能更好地保证时延性能.

移动Ad hoc网络轮询接入控制协议

该文对Ad hoc网络的MAC层协议进行了研究,通过对无线令牌环协议(WTRP)进行改进,提出了一种新的具有QoS保障的无竞争的分布式并行无线轮询访问协议(DPWPAP),并采用嵌入Markov链和概率母函数的分析方法,用限定服务规则进行了系统建模,在系统模型的基础上得到了系统的平均排队队长以及平均等待时间的解析结果。理论分析和仿真结果是一致的,表明该协议的排队等待延迟和平均等待队列长度均比WTRP有很大降低, 稳定性大大增强,更加适用于对时延要求较高的业务。

基于半轮询驱动的网络入侵检测单元的设计与实现

在分析了网络入侵检测系统主要问题的基础上,设计并实现了一个面向网络的入侵检测单元NIDU。由于采用对等式架构,NIDU具有良好的可扩展性。提出了半轮询驱动的概念,利用半轮询驱动机制降低了系统中断频率,明显提高数据采集能力;同时采用基于相关度的异常检测技术,对DoS和DDoS攻击的检测效果较现有方法有明显改善。

基于IEEE 802.11 PCF的光载无线网络接入控制协议能效分析

为提高网络能效,提出了一种基于IEEE 802.11 PCF工作模式的并行门限服务轮询(PGP)接入控制策略,用于光载无线分布式天线系统的媒体接入控制中.首先,通过休眠/唤醒和捎带机制降低接入能耗,通过门限服务方式提高数据传输效率,从而实现接入能效的提升;然后,建立平均周期分析模型,得到接入能效与系统负载、数据到达率等参数之间的定量关系闭式表达式;最后,通过仿真实验对所提出的接入策略进行性能测试.测试结果表明,PGP系统接入能效最高可达到PCF的700%和绿色轮询的350%.

QualNet环境下战术数据链的性能对比

在QualNet环境下通过系统建模和大量系统仿真实验(除了轮询协议和TDMA协议不同之外,其它实验条件完全相同)对比研究了战术数据链在轮询协议、TDMA协议的系统性能表现。实验和分析结果表明,战术数据链采用TDMA协议后不仅大幅度提高了网络规模,而且实时性也有一定程度的提高。

根据用户数目妥善安排传输的多址接入协议

提出了一种新型的多址接入协议根据用户数目妥善安排传输的多址接入协议,它用轮询的方式妥善安排用户的分组传输,并以独特的帧结构和高效的接入竞争算法保证节点能快速地接入信道。对UPMA协议的仿真结果表明它比CSMA/CA协议具有更优越的性能。

连续时间两级完全轮询接入MAC协议分析

针对物联网中优先级业务和实时性的需求,提出一种连续时间两级完全轮询接入MAC协议。在连续时间的基础上,将用户划分为优先级用户和普通用户,采用完全服务规则对用户提供服务来降低平均等待时延。当优先级用户向普通用户切换时,将服务时间和切换时间并行处理来提高系统的服务效率。使用随机过程和概率母函数的方法建立数学模型,对该协议用户的平均排队队长和平均等待时延进行了精确解析,并通过仿真实验验证。实验结果表明,理论值与实验值一致,该协议能对不同优先级的业务进行区分,用户的平均等待时延较低。

有效提高吞吐量的UPMA++协议

本文提出了基于有效竞争接入、高效无冲突传输的多址接入协议—UPMA ++.该协议采用了有效的冲突分解策略和及时重获信道资源的方法,克服了UPMA(根据用户数目妥善安排传输的多址接入)协议中的开销;通过自适应调整竞争接入周期长度和限制无冲突服务周期长度的方法,很好地解决了激活节点快速接入信道和传输节点尽快传输分组之间的矛盾,从而提高了协议的吞吐量.本文还应用排队论的方法对UPMA ++协议的性能进行了理论分析,计算结果与仿真结果基本一致.

基于现场可编程门阵列战术数据链中自适应轮询接入控制协议的设计与实现

在战术数据链系统中,战术单元随时都有可能被摧毁而引起网络拓扑结构动态变化,导致系统服务效率降低。为了解决这一问题,基于动态调整轮询顺序的思想,提出一种自适应轮询接入控制协议(APACP)。采用概率母函数的方法和嵌入式马尔可夫链理论对系统进行建模,得到系统平均排队队长和平均轮询周期的解析解;利用数学软件MATLAB和现场可编程门阵列仿真验证协议的正确性。仿真结果表明,APACP能够根据战术数据链网络拓扑结构的动态变化自动调整轮询顺序,明显降低系统平均排队队长和平均轮询周期,克服传统轮询接入控制协议中空轮询的问题,节约了服务时间,提高了服务效率,改善了系统性能。

基于Modbus协议的PLC与多台电表通信研究

针对ABB公司的PLC在生产中应用广泛,本文基于Modbus RTU通信协议,构建了ABB PLC控制器与多台电表通信的控制系统。该系统以ABB公司的AC500-eCo PLC控制器为主站,多台B23 312-400电表为从站,通过RS485总线硬件连接。同时,利用编程软件完成硬件和网络配置,并根据Modbus RTU通信协议规格及轮询通信思想,编写PLC主站通信程序,实现PLC与多台电表之间的轮询通信控制。实验结果表明,利用编程软件在线监测,可实时显示多台电表的电压、电流和工作频率等通讯数据,并且AC500-eCo PLC与多个电表间的双向轮询通信效果良好。该研究在工业生产中具有实际应用价值。

并行调度两级轮询控制传感器网络MAC协议分析

针对具有网络流量非均衡特性的时延敏感业务,提出一种并行调度两级轮询MAC控制协议。协议从服务策略和服务路径的角度实现了节点的优先级区分,并且通过服务过程和查询转换过程的并行处理,使得系统的时延特性显著提高。采用嵌入式马尔可夫链和概率母函数理论对提出的协议进行数学建模分析,精确解析了系统的平均排队队长、平均循环周期、信息分组的平均等待时延,仿真实验表明理论分析的正确性以及协议的有效性。

基于Websocket的消息实时推送设计与实现

随着互联网技术的快速发展,基于B/S架构的实时通讯和消息推送的应用范围越来越广泛,服务器消息推送是很多应用中的一项重要功能,服务器推送技术的优劣直接影响着消息推送的效率。传统的解决方案有html refresh,定时轮询和comet,但这些实现方案存在着资源消耗大、执行效率低、服务器负担过大等缺陷。Html5中引入了websocket这一全双工通信协议,利用此技术实现的方案能够在减轻服务器负担的同时高效地对服务器消息进行实时推送。使用node.js平台和socket.io库技术设计并实现了一种基于websocket协议的服务器实时消息推送平台。运行测试结果显示能快速稳定地实现消息的实时服务器推送。

基于统一消息的邮件通知系统的研究与实现

论文在分析统一消息的基础上,指出邮件通知系统弥补了传统电子邮箱在通信发起功能上的不足,归纳了约束邮件通知系统性能的参数,结合实例分析了邮件通知系统设计中的关键问题,说明如何实现一个高效的邮件通知系统。

网络安全设备故障管理中智能轮询策略的研究

为保证系统在给定故障管理带宽阈值下,仍然具有较高的故障征兆信息采集频率,该文提出了一种故障管理智能轮询算法。该算法根据故障征兆参数值的时间属性,使用离散傅立叶变换将参数值分解为不同频率的正弦函数,进而根据系统预先设定的各参数故障告警阈值,决定使用分解得到的最大或最小频率作为轮询间隔时间。最后,通过试验证明该算法具有较高的效率和可靠性。

一类基于主动网络的高效网络管理模式

：随着网络规模的不断扩大，给目前传统的网络管理提出了许多难以彻底解决的问题。传统的网络管理采用集中式（ｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄ）的轮询管理模式，通过ＳＮＭＰ协议访问被管设备的ＭＩＢ（ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｂａｓｅ），然后将访问结果传回网管中心。网管中心所获信息中有很大一部分是它所不需要的，即“垃圾”数据，而这些“垃圾”数据一方面降低了查询的效率，另一方面则导致了网络拥塞。要改变这一状况，一种彻底的解决方案就是打破传统的束缚，重新设计一种满足当前网络规模的网管协议，但是这要经过很长一段时间来让各方达成一致意见，从而将其标准化。鉴于上述情况，作者提出了一种方案来解决目前所面临的问题，就是利用主动网络技术，将自己设计的查询程序随同数据发送到被管设备，查询程序针对网管中心所提出的查询项目，并利用网络中继节点和目的节点所提供的功能组件共同完成网管任务。这样既可以提高查询的效率，又可以降低对带宽的要求，进而避免了带宽拥挤。

Linux下的高流量数据包监听技术

研究了Linux操作系统中使用底层抓包函数库Libpcap处理高量数据包监听的原理,利用网卡设备在网络的旁路处进行数据捕捉后预处理,利用NAPI技术实现设备半轮询机制以加快数据在缓冲区的处理速度,最后利用排队论原理计算最优带宽值并设置相关参数以达到最佳处理效率。实验表明,该方法不仅提高数据包的捕捉率,并且在系统资源占用率等多项指标中都有显著改善。

基于组群结构的HFC MAC协议信道接入机制的性能分析

利用周期查询式限定服务排队系统的有关研究成果，对基于组群结构的HFC（混合光纤同轴）网络MAC（媒质访问控制）协议中申请信息接入信道的机制进行了性能分析．结果表明，在一定条件下，系统的平均排队队长和平均等待时间都具有较好的性能．