基于网络演算的多业务场景确定性网络方案研究

运动控制、人机交互、虚拟现实等行业场景需要网络突破传统“尽力而为”的设计思想,提供具备有界时延、低抖动、高可靠特性的确定性网络服务保障。以提升网络确定性服务保障为目标,通过研究网络演算理论,提出确定性网络方案,并从工业互联网业务的角度出发,面向智能电网、智慧港口、工厂自动化三大业务场景,在5G实验网上对网络演算技术“TSN-IP”确定性网络方案的保障能力进行验证。测试结果表明,通过网络演算理论及相关算法可有效保障不同工业应用的时延上界要求。     

控制网络的确定性延迟演算理论研究

控制网络的服务质量参数,尤其是数据传输的延迟界限,对控制系统的分析和设计尤为重要.网络演算技术能够确定性的建立网络服务质量参数与网络资源之间的映射关系.针对控制网络的特殊性,拓展了网络演算理论,并结合常用的拓扑结构以及调度策略推导出了控制网络服务质量研究中必需的网络演算理论.     

基于AFDX网络演算的性能分析技术研究

航空全双工交换式以太网(AFDX)是用于安全关键应用领域的数据传输网络,它采用带宽划分提供确定性的服务质量。AFDX将用于新一代航空电子系统的数据传输网络。网络演算是一种基于非线性代数的确定性排队理论,是计算延迟和积压等端到端性能参数的确界的有效工具。本文围绕网络演算在AFDX网络中计算延迟边界的应用及近年研究成果进行了总结和分析比较,并指出了未来的研究方向。     

大规模确定性网络转发技术

提出了一种适用于大规模网络部署的3层转发技术——LDN（large-scale deterministic network）,在保留传统IP转发技术统计复用的优势基础之上,LDN技术可实现对端到端时延上界及抖动上界的严格保证,为5G uRLLC（ultra-reliable low-latency communication）切片、工业互联网等未来应用场景提供网络服务支持。通过仿真实验对比了在相同网络环境下,传统IP及确定性IP在端到端最差时延及抖动上的差异,证明了LDN技术的有效性。     

确定性网络技术综述

确定性网络的提出是为了满足如音/视频、工业控制、电力保护等业务的大带宽、低时延、高可靠性等需求。新型业务如虚拟/增强现实、云游戏等的兴起,丰富了确定性网络的应用场景,同时也扩展了确定性网络技术的应用范围。针对当前应用场景、技术标准以及产业发展的全局考虑,分析了面向不同场景的强弱确定性需求和特性,以及对应的科学性和工程性确定性网络技术,提出了多样化确定性网络发展路径,并展望了面向6G、算力网络的确定性网络组合技术发展。     

一种用于高频谱利用率非确定性MIMO系统的高效球形译码算法

球形译码是多输入多输出(MIMO)系统中一种高效的检测算法。但对于非确定性MIMO系统,已有球形译码算法不能同时获得最优解和最低搜索树。针对该问题,提出了一种高效球形译码检测算法,通过增加常量对最大似然代价函数进行等价转化,使得球形译码算法获得最优解的同时具有最低搜索树,大大降低了球形译码算法中的搜索复杂度。仿真结果表明,对于高阶正交幅度调制(M-QAM,M>4)方式,本文算法优于修正的CT(Modified Cui and Tellambura,MCT)算法,大大提高了球形译码中的搜索效率。此外,仿真结果给出了最小复杂度下的最优参数值。     

优先级网络性能的网络演算分析

基于网络演算理论,对考虑信道差错过程影响的优先级网络系统性能进行了综合分析;基于网络演算推导出信道差错过程的随机到达曲线,在此基础上,获得不同优先级用户的随机服务曲线,进而分析相应的网络服务保证,即时延边界和存储空间边界。基于不同的业务到达模型,研究了不同系统配置下的时延边界,并对相应数值结果加以深入分析。     

计算AFDX延迟的网络演算方法

介绍了航空电子全双工以太网的关键概念,并指出应用此技术时必须给出其数据帧延迟上界.分析了数据包在航空电子全双工以太网中的处理过程.给出了由网络演算方法得出的数据帧在数据接收、数据过滤、数据交换,端口存贮转发过程中的延迟.最后指出运用此方法得到的结果可作为适航依据.     

基于统计网络演算的端到端时延上界研究

为分析融合网络端到端统计时延性能,根据最小加代数理论中的统计网络演算相关知识,提出了一种改进的统计服务曲线并应用GPS调度系统模型,然后利用网络演算理论求解串型网络节点统计时延上界。数值分析结果表明,改进的调度模型有效改善了自相关特性对时延上界所造成的影响,比未改进的模型相比统计时延上界更具有良好的紧致性,为在融合网络环境中对端到端节点延迟上界研究提供有效控制、调度和管理具有一定的参考价值。     

确定性网络技术及应用场景研究

结合多种网络场景,探讨了确定性网络技术的实现原理。与现有技术进行对比研究,提出了原型系统的设计方案。认为确定性网络技术是以太网和IP网络技术由"尽力而为"向"确定性"发展的新阶段,可以提供超低的丢包率和可控的端到端时延,以助力运营技术(OT)和IT的融合,有效提升网络可用性,并显著降低网络成本。     

网络演算在IntServ中的应用研究

IntServ是目前常用的网络服务质量策略之一,其性能分析,特别是端到端的性能分析是一个没有很好解决的问题。深入研究网络演算技术在IntServ性能分析中的应用方法,推导出了IntServ确保服务下的最大端到端时延界、最大队列长度界和网络有效带宽等性能参数的计算公式,通过具体的应用实例,验证了计算结果的正确性和有效性。分析结果是网络接纳控制的基础。     

网络微积分学研究

网络微积分是最小加代数理论在网络分析中的应用。网络微积分主要用于对网络中流问题的考察．它所形成的体系可以用于对网络中的流问题进行建模和定量分析。网络微积分广泛用于网络中的流量控制协议的分析，调度器分析，以及与网络QoS控制相关的分析。文中主要对网络微积分的基本原理和重要结论做了一个系统的综述。     

基于随机网络演算的无线通信系统能耗分析

提出了一个在一定传输时延约束下能量消耗最少的最优化问题,并建立了相应的无线通信系统模型,然后利用随机网络演算理论研究时延约束、传输速率与能量消耗之间的关系,最后得出了最优化问题的最优解。     

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.     

基于随机网络演算的无线多跳网延迟边界分析

端到端延迟作为无线多跳网QoS中最重要的参数之一,其边界分析的准确性直接影响到无线多跳网的QoS保障,而其中流量场景的复杂性导致了分析的难度大幅增加。在综合考虑了无线多跳网流量场景中存在流量直接传输,流量汇聚和流量分裂的特性后,该文运用3种流量算子对系统进行建模,并首次结合随机网络演算提出一种分析无线多跳网延迟边界的方法。仿真结果表明,理论边界可以准确地预测无线多跳网的延迟情况,且明显优于确定性延迟上界。     

分数阶微积分的一种物理解释和定域长分数阶微积分

本文讨论了现有的三种分数阶微积分基本定义(R-L(Riemann-Liouville)定义、G-L(Grumwald-Letnkov)定义和Caputo定义)对阶数的适用范围,以及三者之间的关系;强调指出分数阶导数与整数阶导数之间的区别.通过对分数阶微积分一个统一公式的讨论,以及给出分数阶微积分一个简单的物理解释,加深对分数阶微积分本质的认识;提出定域长分数阶微积分定义,给出它的直接数值算法,预期它可能在实践中得到应用.     

虚拟链路精确流模型在AFDX网络演算中的应用

航空电子全双工交换式以太网(AFDX)是针对航空电子应用从工业交换式以太网升级而来的。其中,引入的虚拟链路(VL)和流量管制机制为网络通信任务提供了确定性的保障。网络演算是AFDX中常用的VL延时上界计算工具,为AFDX网络的实时性研究提供了理论依据。但是网络演算采用了VL简单流模型,计算得到的延时上界比较悲观。将VL精确流模型应用在网络演算工具中,并展示了基于精确流模型的网络演算能够得到更紧的延时上界计算结果。     

具有非线性不确定性时滞系统控制算法的研究

在系统具有时滞性和非线性不确定因素的情况下,为保持Smith预估器与被控对象的一致性,运用非线性PI控制器,消除系统中不确定因素的影响。通过仿真试验,证明Smith预估器和非线性PI控制器算法的结合,可以使具有非线性不确定性的时滞系统达到理想的控制目标。     

基于跨层网络演算模型的无线网络移动性能分析

为了研究终端移动对无线网络服务质量(QoS)的影响,该文建立了跨层网络演算模型来计算通信终端处于不同移动速度下无线网络的延时积压性能参数。该模型的建立结合了跨层分析思想和网络演算理论,将无线网络中网络层、链路层及物理层等层次的特性映射为一系列网络演算模块的串联。基于构造的模型应用网络演算能够方便地推导出终端处于不同移动速度下无线网络的服务曲线,进而计算出网络的延时积压性能。仿真结果表明,构造的跨层网络演算模型可以准确地分析终端在不同移动速度下无线网络的延时积压性能。