基于网络演算的无线自组网端到端延迟上界研究

为保证无线自组网的服务质量(QoS),对进入无线自组网络节点的数据流进行漏桶管制,节点为数据流提供基于速率-延迟(Rate-Latency)模型的服务保障;在已有无线自组网链路吞吐量模型的基础上利用网络演算理论推导出了无线自组网端到端的延迟上界模型。对具有特定拓扑的无线自组网,仿真的延迟结果都在数值计算的延迟上界范围之内,表明基于网络演算理论的无线自组网端到端延迟上界模型具有较好的性能。

基于网络演算的CAN总线延迟上界计算方法

以网络演算为理论工具,提出一种基于网络演算的CAN总线延迟上界计算方法。参考漏桶模型,建立了CAN总线的到达曲线模型,参考速率延迟模型,建立了CAN总线的服务曲线模型,推导得出了CAN总线延迟上界的计算式。通过仿真实验得到了各个数据帧的到达曲线、服务曲线和延迟上界,验证了所提方法的有效性,该方法具有输入参数少、计算量小和求解速度快的特点。与相关研究比较分析,该方法综合考虑了总线通信速率和各个数据帧的优先级、产生周期和数据长度对延迟上界的影响,因而具有更好的适应性和通用性,可以为CAN总线系统分析、设计与优化提供理论依据。

WSN中单数据流端到端延迟上界研究

在WSN中采用独立分析(SFA)法求得的单数据流端到端延迟上界有时比整体分析(TFA)法求得的总数据流端到端延迟上界要大,这不符合物理意义。针对这一问题,分析了现有TFA法与SFA法在数据流服务分配机制上的差别,并指出这两种方法求得的延迟上界不具有可比性。随后在修正流经节点数据流输出上界的基础上,推导出与TFA法数据流服务分配机制相匹配的单数据流端到端延迟上界表达式。公式推导与数值分析结果均表明,本方法求得的单数据流端到端延迟上界能够被TFA法总数据流端到端延迟上界所包络,符合物理意义且更精确。

自相似环境中端到端延迟上界

论文对网络队列系统性能定量分析新型数学工具——网络微积分学进行了归纳和总结,利用网络微积分学证明了利用分形漏桶整形器对自相似业务进行整形不会增加网络端到端延迟上界,计算了通用处理器共享下以分形漏桶包络轨迹为到达曲线和以速度等待时间函数为服务曲线的端到端延迟确定性上界。

硅通孔负载全局均衡的3D NoC延迟上界优化方法

针对三维片上网络(3D No C)中硅通孔(TSV)的特殊结构,提出了一种3D No C延迟上界优化方法,通过全局均衡硅通孔负载,降低全局业务流的延迟上界.建立3D No C的网格通信模型,搜索网络中所有业务流的可行路径,提出一种基于度的冲突矩阵,求出目标子流路径的TSV冲突系数,按照路径中TSV冲突系数的大小把目标流流量分配到部分最优路径上.实验结果表明,基于度的冲突矩阵可以有效减少存储空间,将存储复杂度从O(n2)降低到O(n),并且可以清晰直观地表现出业务流在网络中的冲突情况.采用硅通孔负载全局均衡的3D No C延迟上界优化方法,目标业务流的延迟上界得到了显著优化,最大的优化效果可将延迟上界降低58.9%.

改进的TTE网络RC流量延迟上界整体分析方法

时间触发以太网(TTE)中的速率约束(RC)流量受到按预先定义时刻发送的高优先级时间触发(TT)流量的抢占,采用传统的固定优先级/先入先出(FP/FIFO)的模型进行整体法(holistic)分析,得到的RC流量延迟上界值过于保守。根据RC流量在网络的传输过程中受到TT流量消息抢占的具体情况进行分析,提出适用于TTE网络RC流量的改进整体法。将网络拓扑的TT调度时刻表作为参数,分析RC流量在特定时间抖动区间内TT流量的抢占情况,通过遍历RC流量发送相位得出最坏情况延迟。理论分析和案例仿真验证结果表明,采用该方法得到的RC流量的端到端延迟上界值更加合理。

基于网络演算的1553B总线延迟上界计算方法

针对传统方法无法计算1553B总线延迟上界的难题,提出一种基于网络演算理论的1553B总线延迟上界计算方法。该方法建立1553B总线的到达曲线模型和服务曲线模型的基础上,推导出1553B总线延迟上界的计算表达式。仿真实验验证了所提方法的有效性,该方法可以快速计算1553B总线中每个消息的延迟上界,可以为设计满足特定实时性要求的1553B总线系统提供理论依据。

AFDX协议性能分析及调度算法研究

本文围绕航空电子网络数据传输协议AFDX的关键技术——虚电路调度算法,进行了深入分析,提出了AFDX静态优先级队列调度算法AVLSP.运用Network Calculus理论与方法,对AVLSP算法进行理论证明,并构建仿真平台,对所提出的AVLSP调度算法进行仿真验证,结果证明AVLSP调度算法有效地减少了紧急数据的最大延迟抖动,较好地满足了航空电子网络数据传输的实时性要求.

片上网络二维和三维结构的通信性能分析

芯片集成技术的迅猛发展,使得片上网络从二维向三维扩展成为可能。研究表明三维片上网络因拓扑维度的增加而缩短了通信距离,极大地提升了网络的平均通信性能。本文对比分析了k-ary-2-mesh网络及其对应的三维网络在最差情形下的通信性能,得出了以下结论:三维网络的平均通信性能虽然更优,但受垂直信道影响其最差情形下的通信性能可能劣于其对应的二维网络。本文的分析基于网络演算理论,该理论广泛应用于计算信息流穿越各种网络元素的延迟上界。

基于网络演算的聚合模型分析方法及其评估

在资源共享的通信媒介中,例如总线、交叉矩阵、网络,聚合模型的应用十分普遍.经由聚合节点发送的数据包的延迟上界可以通过网络演算理论得到,然而对于这种延迟上界紧致性的研究一直以来都是开放性问题.本文基于网络演算理论,讨论了单节点、多节点聚合模型的分析方法,包括两种到达曲线模型、两种等价服务曲线分析方法.同时以实验手段对延迟上界的紧致性进行了经验性的评估.最后作为结论,本文归纳了各种分析模型的质量,总结了各个参数是如何影响延迟上界的紧致性的.

AFDX端系统中数据流实时调度问题研究

研究AFDX(Avionics Full Duplex Switched Ethernet)端系统中的数据流调度问题,为解决数据流实时调度的问题,对保证速率的优先级实时调度算法(Priority Real Time scheduling algorithm based on Rate-Guaranteed,PRTRG)进行改进并分析。改进后的PRTRG算法可以通过参数设置有效控制数据流在端系统中的延迟上界,满足数据流调度实时性的要求。在AFDX端系统数据流调度模型下,运用matlab进行仿真并与FIFO(First In First Out)结果进行比对分析,改进PRTRG算法可有效地降低高优先级数据流的调度延迟上界,在原算法基础上提出的数据流等待时间和缓冲区长度等参数,保证了低优先级数据流延迟的确定性要求,解决了数据流实时调度问题。

基于一次性突发原则的TTE网络实时性能优化

确定性通信的发展,促进了时间触发概念的引入。时间触发以太网(TTE)通过提供3种流量类别来支持混合安全性的实时应用:时间触发(TT)流量,具有完全的时间确定性;速率约束(RC)流量,具有确界的端到端延迟;尽力传(BE)流量。如何实现时间触发机制下RC流量实时性能的紧性分析,仍然是决定TTE网络顺利应用的开放式问题。在FIFO服务策略的假设下,将"一次性突发原则"的分析方法引入到TTE网络中,以观察该原则在时间触发网络性能分析中的影响。不同于航空电子全双工以太网(AFDX),具有更高优先级的TT流量会对RC流量的延迟分析产生关键影响,从而导致一次性突发分析的复杂性。通过建立聚合TT流量在及时阻断模式下的到达曲线模型,从而获得单条RC流量端到端的服务曲线模型,基于此实现了RC流量的最坏情况端到端延迟(WCD)评估,进一步完成了一次性突发原则下的分析对比。相较于已有工作,一次性突发原则可以得到RC流量更精确的最坏端到端延迟上界评估结果,有助于改善TTE网络性能评价紧性。通过A380拓扑组网案例的对比分析,相比于传统方法,所提方法RC流量平均延迟减少了12.05%。

无线自组网TCP定时器的分析与改进

仿真并分析了无线自组网TCP数据流重传超时(RTO)与传输往返时间(RTT)的关系,指出在RTT剧烈振荡的无线多跳网络环境下RTO的变化会滞后于RTT的变化,导致根据RFC2988标准做出的RTO估计不准确。针对这种情况,利用网络演算理论推导出了TCP数据流的最小延迟上界(MDUB),并以此改进了RTO的估计算法。仿真实验表明,基于最小延迟上界的RTO估计算法能准确地估计数据包的最小传输往返时间上界,减少TCP数据传输中的伪重传,提升无线环境下TCP协议的性能。

基于网络微积分的WSNs属性界限研究

研究表明:传统的无线传感器网络(WSNs)属性界限过于宽松。为此,基于网络微积分,改进了流经节点的数据流输出函数上界,并推导出更精确的WSNs属性界限,包括节点延迟上界、节点缓冲区容量下界以及节点服务速率下界等。数值分析结果表明:网络跳数越多、节点梯度越小,则传统属性界限与属性界限差异越大。这说明网络规模越大,按属性界限进行网络配置能节约更多资源。

结合短帧优先的权重轮询AFDX端系统发送策略

提出一种新型的端系统虚链路调度(VL)策略,该策略在短帧优先基础上结合权重轮询(WRR)进行调度,既确保了重要短帧的优先级又可以平衡其他不同优先级信号的延迟上限。应用网络演算理论推导了基于该新型调度策略的端系统不同虚链路的延迟上界,研究了最大延迟上界与不同权重比及其帧长之间的关系,并建立了基于OPNET的航空电子全双工交换式以太网(AFDX)网络模型,仿真分析新型调度策略与短帧优先、带权重轮询调度算法下端系统数据的发送延迟。结果表明,该新型调度策略有效可行,降低了短帧虚链路的最大延迟时间,提高了长帧数据中较重要任务数据的处理带宽,适用于具有较多重要短帧并具有不同优先级数据的机载系统网络。

基于短帧优先调度的AFDX端系统发送策略

通过分析AFDX协议格式以及当前端系统常用数据调度方法,提出了短帧优先调度策略,策略充分利用了AFDX协议虚拟链路特点,优先发送短帧,从而降低了部分链路的延迟上界,有助于减少等待时间,提高网络带宽利用率。应用网络演算理论建立了基于短帧优先调度策略的端系统模型,推导了不同虚拟链路的延迟上界表达式,并进行了与系统数据发送相关的一系列仿真研究,结果表明调度策略降低了端到端系统的发送延迟,是航空数据网络实时传输系统的优选策略。

网络演算数值计算库的并行改进算法

网络演算作为一种确定性的排队理论,已经在网络性能分析领域取得了巨大的成功。作为网络性能分析自动化的重要基础,网络演算工具箱的性能和速度直接决定了网络演算理论能否应用于大规模网络的性能分析。尽管目前已经有一些面向分段线性伪周期函数的网络演算工具箱,但是这些工具箱在处理阶梯函数形式的到达曲线和服务曲线模型时效率较低。通过对网络演算数据计算算法的分析,该算法具有较高的并行性。提出一种网络演算数值计算库的并行计算方法,通过充分发掘算法的并行性以大幅度提高网络演算工具箱的并行计算效率,使得网络演算理论可以应用于大规模计算机网络的性能分析。

复杂对抗下军事通信系统的随机延迟分析

随着信息化技术的发展,现代军事指挥越来越依靠综合化、集群化的军事通信系统。在战争局势复杂多变,尤其是敌方干扰严重、战场环境复杂等对抗性强的环境下,如何确保有效军事情报及时地准确地传递给指挥者显得尤为重要。针对战场有效数据产生的随机性和传输过程的不稳定性,提出了一种基于随机网络演算的端到端延迟分析方法。由此获得的端到端延迟上界,不仅为有效信息的传输提供了实时性能保证,而且能充分的利用系统资源。这对于军事通信系统的设计以及传输系统的性能改善有着非常重要的指导意义。

基于随机网络演算的TTE网络时延分析

时间触发以太网(TTE)是一种新颖的混合型时间触发和事件触发的通信网络,通过引入时间触发(TT)流量,增强了航空电子全双工(AFDX)交换式以太网的确定性。虽然TT流量具有完全的时间确定性,但是与AFDX中虚拟链路(VL)兼容的速率约束(RC)流量仍具有一定非确定性。传统用于AFDX网络实时性能分析的方法在考虑TT流量固定分区调度时隙的影响下已不再适用,为了保障RC流量的实时性能,分别提出了基于确定性网络演算和随机网络演算两种延迟分析模型。在确定性网络演算下,通过构造TT流量的聚合到达曲线和RC流量的服务曲线以得到RC的确定性延迟上界;在随机网络演算下,通过切诺夫(Chernoff)边界定理构造RC流量的两状态伯努利分布模型,得到概率保证下的延迟上界。对比实验结果表明:随机网络演算模型可以有效减小确定性网络演算模型对RC流量性能分析的悲观性,同时从一定程度上验证了两种理论分析模型的正确性。