检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：龚翊华中科技大学

学位级别：硕士

家庭网络属于Wi-Fi的典型应用场景,容易出现多业务并发和多设备共存的情况,因此无线链路的信道竞争非常激烈,很容易发生冲突干扰。在多种不利因素的作用下,家居环境中无线传输效率不高,网络拥塞和丢包等问题频繁发生,末端用户的直接感... 详细信息

家庭网络属于Wi-Fi的典型应用场景,容易出现多业务并发和多设备共存的情况,因此无线链路的信道竞争非常激烈,很容易发生冲突干扰。在多种不利因素的作用下,家居环境中无线传输效率不高,网络拥塞和丢包等问题频繁发生,末端用户的直接感受就是网络卡顿,使用体验差。确定性时延和高吞吐作为评判用户数据传输质量的关键性指标,一直是家庭网络优化的主要方向。确定性时延是指数据传输的时延能够稳定在某一区间内,数据在用户可接受的范围内到达客户端设备;吞吐是指网络链路数据吞吐量,对于用户而言就是网速。针对面积150平方米以上的大户型家庭以及中小户型两种家庭网络场景中特定业务的确定性时延需求和用户高吞吐体验需求,在Wi-Fi产品原有的传输机制上增加了双频传输和QoS调度优化两种报文传输优化方案:双频传输方案用于大户型家庭网络场景,同时利用2.4G和5G两条无线链路传输数据,分为两种模式。双发选收模式针对小流量业务拷贝报文发送,降低报文丢包重传概率,提高可靠性;负载分担模式设计了新的报文封装机制,用以解决多链路的接收整序问题,从而充分利用两条无线链路的资源。QoS调度优化方案用于中小户型家庭网络场景,包含两个部分,在多用户场景下,RU选择算法重新分配报文发送的子信道,使得该报文发送时避开数据传输质量较差的子信道,能有效减少报文丢包和重传;TCP代理通过在路由器设备中创建代理节点代理用户设备提前发送ACK,能够提高服务器报文发送的效率。针对家庭网络中Wi-Fi确定性时延和高吞吐所提方案,均在Linux平台进行了架构设计和代码实现,并进行了性能验证。验证结果证明,双频传输方案整体提高了20%数据传输的吞吐量,QoS调度优化方案提高了无线链路10%的吞吐量,同时两者确定时延报文数比例提高了5%,数据传输整体吞吐量有明显提高,特定业务报文的时延同样得到保证。

关键词：家庭网络 802.11协议流量调度确定性时延高吞吐

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面向确定性时延应用的资源管理研究与实现

面向确定性时延应用的资源管理研究与实现

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作者：周颖超北京邮电大学

学位级别：硕士

随着科学技术的发展,越来越多的新型应用不断出现,如虚拟现实和增强现实、全息通信、过程监控等。这些新型应用需要网络提供超低时延,部分还需要保证确定性时延,这对未来网络提出了巨大的挑战。虽然现在已经有许多组织正在进行确定性网... 详细信息

随着科学技术的发展,越来越多的新型应用不断出现,如虚拟现实和增强现实、全息通信、过程监控等。这些新型应用需要网络提供超低时延,部分还需要保证确定性时延,这对未来网络提出了巨大的挑战。虽然现在已经有许多组织正在进行确定性网络和时延相关的研究,如IEEE的时间敏感网络工作组、IETF的确定性网络工作组、由中国信息通信研究院及华为技术有限公司发起和筹备并联合了多家网络相关单位共同组建的网络5.0产业与技术创新联盟等。但是现有的研究较多关注超低时延数据的传输,对确定性时延数据流的研究较少,而且当前研究多注重在二层和三层路由的时延保证上,从网络资源管理角度进行的分析较少。为此,本论文围绕着确定性时延应用的资源管理展开工作。本文调研和分析未来网络应用的要求和特点,按照应用的需求,将未来网络应用划分为四类。针对这四类应用的资源分配和路由决策问题,本文讨论了一种基于SDN的资源管理框架,定义了各平面功能。在该框架的基础上,本文研究了针对确定性时延应用的资源分配问题和数据流的分类和识别问题,主要内容包括:(1)本文讨论在未来网络中的确定性时延应用数据转发和资源分配问题,提出了一种基于双层粒子群算法的确定性时延应用资源分配方法。该方法针对网络内节点存在计算和存储资源的情况,考虑了应用的确定性时延需求,将多维资源(计算,存储和带宽)分配问题转化为了多约束的优化问题,并通过双层的粒子群算法进行求解。该方法的目的是在满足确定性时延的前提下,提高网络请求接收率、吞吐量和资源利用率。本文对该方法进行了仿真实验,比较了不同环境参数对网络资源分配的影响。实验结果表明,通过采用本文的资源分配方法,可以在满足应用确定性时延要求的基础上,提高网络请求接收率,吞吐量和资源利用率。(2)本文通过将未来网络应用进行分类,并对每类应用采用不同的资源分配和路径选择方法,以提高网络请求接收率和吞吐量。为此,本文对数据流进行分类和识别处理,这是资源分配和路由的前提。本文实现了一个基于混合聚类的数据流分类方法。该方法对传统的聚类方法进行了结合,实验表明分类的结果相较传统聚类算法更加合理。为了提高数据流识别的准确度,本文将残差思想引入了深度全连接神经网络,实现了一个基于残差思想改进的数据流识别方法。仿真实验表明,该方法的识别准确度较高。(3)本文还对上述面向确定性时延应用的资源管理框架进行了系统设计与实现,并详细描述了框架中各模块的功能与模块间的信息交互过程。

关键词：确定性时延 SDN 资源分配数据流分类数据流识别

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面向确定性时延应用的边缘计算任务卸载的设计与实现

面向确定性时延应用的边缘计算任务卸载的设计与实现

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作者：金帝北京邮电大学

学位级别：硕士

随着5G时代的到来,诸如AR/VR、自动驾驶、工业控制等新型网络应用逐渐兴起,这些应用不仅对计算资源有着大量需求,并且要求低时延甚至确定性的时延以满足用户的体验需求。确定性时延要求应用或任务的完成时延有明确的上界和下界,任务的... 详细信息

随着5G时代的到来,诸如AR/VR、自动驾驶、工业控制等新型网络应用逐渐兴起,这些应用不仅对计算资源有着大量需求,并且要求低时延甚至确定性的时延以满足用户的体验需求。确定性时延要求应用或任务的完成时延有明确的上界和下界,任务的完成时延需在该时延范围内,以满足用户的要求。云计算由于与用户距离过远,导致过高的延迟而难以满足这类应用的时延要求,而用户的终端设备的计算能力通常较弱,无法满足这类应用的计算需求。边缘计算中的计算卸载技术能够将任务卸载到合适的边缘节点执行,减少任务的完成时延,已经被越来越多地应用。但现有对计算卸载的研究在时延优化方面往往只考虑任务完成时延的最小化,而没有考虑应用的确定性时延需求。本文面向确定性时延应用,在云计算、边缘计算协同的网络环境下对计算卸载问题进行研究,通过制定合理的计算卸载方案来满足更多应用的确定性时延需求,以提高系统整体的应用接受率。本文首先介绍确定性时延的概念,描述应用的时延上限和下限,然后按照应用是否能够划分成可卸载的子任务,将卸载问题分为整体卸载和部分卸载。主要工作内容如下:1.对于整体卸载问题,本文提出一种基于深度强化学习的计算卸载方案。在计算卸载问题中,任务计算位置的选择是一个离散的动作,而计算资源分配是一个连续的动作,因此该问题的动作空间是离散和连续动作混合的,故本文利用Parametrized Deep Q-Network(PDQN)算法求解计算卸载问题,该算法利用DQN进行任务卸载位置选择这一离散动作的决策,利用DDPG进行分配计算资源这一连续动作的决策,通过合理地设置任务的执行位置和分配适当的计算资源,达到优化整体任务接受率的目的。仿真结果表明,本文所提方案有效提高了系统整体的任务接受率,同时不会产生过高的系统能耗。2.对于部分卸载问题,现有研究没有充分考虑应用的子任务之间的依赖关系,因而难以对由一组具有依赖关系的子任务组成的复杂应用进行细粒度的卸载。为了体现应用的子任务之间的依赖关系,本文利用有向无环图(Directed Acyclic Graph,DAG)描述具有多个子任务的应用。DAG的节点表示应用的子任务,边表示子任务之间的依赖关系。然后进行DAG以及任务优先级队列的构建。在此基础上利用深度强化学习算法解决部分卸载问题。仿真结果表明,本文所提方案有效提高了系统整体的应用接受率。

关键词：边缘计算计算卸载确定性时延深度强化学习

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低轨卫星星座网络确定性时延路由算法研究

低轨卫星星座网络确定性时延路由算法研究

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作者：夏天电子科技大学

学位级别：硕士

随着5G时代到来,数字孪生、智慧城市等先进应用相继涌现,这些应用对服务质量(Qo S)提出了确定性时延的迫切需求。与传统的低时延不同,确定性时延不仅要保证时延上界,还要达到有界的时延抖动。为了满足这一需求,工业界和学术界正积极开... 详细信息

随着5G时代到来,数字孪生、智慧城市等先进应用相继涌现,这些应用对服务质量(Qo S)提出了确定性时延的迫切需求。与传统的低时延不同,确定性时延不仅要保证时延上界,还要达到有界的时延抖动。为了满足这一需求,工业界和学术界正积极开展相关研究。其中,低轨卫星星座网络以其低时延、高带宽、广覆盖、低成本等优势,成为了一种重要的解决方案。然而,由于卫星网络的时变性,路由算法的设计面临着如何构建稳定的端到端传输路径、如何保障多业务的Qo S需求、如何提升网络资源利用率等严峻挑战。针对上述问题,本文研究了一种面向多业务的确定性时延路由算法,适用于拓扑时变、资源时变的低轨卫星星座网络。本文研究工作主要分为三个方面。首先,本文对低轨卫星星座网络进行了全面的建模,包括星座模型、网络模型、通信模型、时延模型和业务模型,为路由算法的设计和仿真测试平台的开发提供了理论支撑。其次,本文以最小化平均端到端时延和时延抖动为优化目标,将低轨卫星星座网络场景中的数据包路由问题建模为纯整数线性规划问题,并根据该问题的NP困难特性以及卫星网络环境的复杂特点,提出了一种基于分布式部分可观测马尔可夫决策过程的问题求解思路。在此基础上,本文基于分布式路由架构和深度强化学习技术,提出了一种基于多智能体深度强化学习的确定性时延路由算法(MADRA),使得每颗卫星能够自适应地进行路由决策,并逐渐学习到最优路由策略。最后,本文开发了一个低轨卫星星座网络仿真测试平台,并通过仿真实验对MADRA算法进行了性能分析。为了评估MADRA算法在低轨卫星星座网络中的应用效果,本文基于铱星构建了目标仿真场景,并将其在端到端时延、吞吐量、丢包率和时延抖动四项网络性能指标上与最短路径优先算法、显式负载均衡算法、基于流量分类的路由算法进行了对比分析。在收敛性能方面,MADRA算法可以使智能体在卫星网络环境中实现有效收敛,并且随着训练轮次的增加,能够逐渐学习到更优的策略;在网络性能指标方面,随着数据传输速率的提高,MADRA算法在满足各类业务的Qo S需求的同时,各项性能指标均优于三种对比算法。特别是在高网络负载条件下,相较于基于流量分类的路由算法,MADRA算法的端到端时延降低了11%,时延抖动降低了17%,丢包率降低了14%,而吞吐量则提高了5%。仿真结果表明,MADRA算法能够有效地优化低轨卫星星座网络的路由性能。

关键词：低轨卫星星座网络确定性时延路由算法强化学习性能优化

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面向确定性时延的TDM-PON上行带宽分配策略研究

面向确定性时延的TDM-PON上行带宽分配策略研究

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作者：梁明慧北京邮电大学

学位级别：硕士

无源光网络(PON)由于其低成本、高容量的特点被认为是未来工业互联场景下业务接入的重要技术。工业互联业务需要接入网具备确定性的传送能力,例如确定性的时延。然而,现有的面向移动前传的协作式动态带宽分配(CO-DBA)和直接授权的固定... 详细信息

无源光网络(PON)由于其低成本、高容量的特点被认为是未来工业互联场景下业务接入的重要技术。工业互联业务需要接入网具备确定性的传送能力,例如确定性的时延。然而,现有的面向移动前传的协作式动态带宽分配(CO-DBA)和直接授权的固定带宽分配(FBA)均导致了业务时延的不确定性。在带宽分配时,如何保证传输容器(T-CONT)所承载的工业互联业务的确定性时延,是基于PON的工业互联网所面临的关键问题。因此,本论文针对面向确定性时延的TDM-PON上行带宽分配策略进行研究,在时延模型及分配策略方面做了如下工作:1)针对T-CONT差异化周期导致其传输窗口的带宽资源冲突,从而造成业务时延不确定性的问题,本文提出了一种定制化周期传输窗口的启发式带宽分配方案。该方案允许T-CONT减小自身的窗口周期,进而增加窗口被分配的机会,从而保证业务时延的确定性。同时,本文建立了基于传输窗口的PON网络模型和约束条件,并采用可满足性模理论(SMT)进行求解。仿真结果表明,与周期化传输窗口的分配方案相比,该方案可以提高传输窗口及工业互联业务的调度成功率,与SMT求解方案相比,该启发式算法在降低时间成本的同时可以保证业务的确定性时延。2)光线路终端(OLT)为每个业务预留带宽资源会导致光网络单元(ONU)上行突发(burst)增多,带宽效率降低,业务时延具有不确定性。针对该问题,本文提出了一种基于回溯法的传输窗口分配方案。该方案通过对调度失败的窗口进行回溯来提高传输窗口以及工业互联业务的调度成功率。仿真结果表明,与传统方案相比,该方案可以提高传输窗口及工业互联业务的调度成功率,保证业务的确定性时延。

关键词：工业互联网 TDM-PON 确定性时延

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面向5G低时延需求的ICN名字解析关键技术研究

面向5G低时延需求的ICN名字解析关键技术研究

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作者：廖怡中国科学院大学

学位级别：博士

随着互联网技术的飞速发展，移动设备呈爆发式增长，IP地址日益枯竭。传统的TCP/IP架构在支持移动性上存在严重不足，网络存在可扩展性差，安全性低，灵活性不够等问题，因而5G网络技术应运而生。5G旨在实现一个万物互联的世界，保证人... 详细信息

随着互联网技术的飞速发展，移动设备呈爆发式增长，IP地址日益枯竭。传统的TCP/IP架构在支持移动性上存在严重不足，网络存在可扩展性差，安全性低，灵活性不够等问题，因而5G网络技术应运而生。5G旨在实现一个万物互联的世界，保证人们可以随时随地获取所需内容。5G需求对网络的性能提出严峻挑战，尤其是在端到端时延方面提出了严苛的指标。　　近些年来，以信息为中心的网络(Information-Centric Networking，ICN)被提出并受到广泛关注。ICN架构支持名字与地址分离，支持基于名字的内容访问，支持网内缓存，有效地解决了IP语义过载的问题，在支持移动性和低时延等方面具有突出性能，因而研究者们考虑将ICN技术与5G网络架构融合，实现5G愿景。　　在ICN架构中，名字解析系统处于核心地位，只有成功完成名字解析才能实现后续内容的交付。然而现有的名字解析方法在解析时延上无法提供确定性保障，不支持按需的名字注册和解析，无法满足5G网络的需求。5G及其未来网络有“尽力而为”向“确定性数据传输”转变的趋势。为满足5G-ICN网络中名字解析系统的时延敏感性需求，为诸如工业控制、车联网等典型应用场景提供可靠的确定性时延保障，尝试将确定性时延概念引入名字解析系统，设计一种工作在网络层的可提供确定性时延服务的名字解析系统，提供具有差异化的低时延名字解析服务。本文的主要研究工作与创新点如下:　　a)提出了一种确定性时延名字解析框架:该框架根据确定性传输时延约束，将一定空间范围内的节点划分为若干同层无交集、全覆盖的区域，该区域具有层次化、可嵌套的特点。在该区域内合适的位置部署一个或多个解析节点，保证该区域内用户节点到解析节点的传输时延在给定的约束范围内。通过区域划分保障确切性传输时延，同时用户可根据不同的时延响应需求向不同层级的解析节点发送请求，满足5G不同应用场景的差异化时延需求。　　b)提出一种基于测量的启发式拓扑匹配优化算法:为了解决网络拓扑的构建问题，为确定性时延区域划分做准备，本文提出了一种基于测量的启发式拓扑匹配优化算法(MHTMOA)，该算法包括了节点加入、退出和失效算法，用于维护一个或者多个树形覆盖网络。该算法的主要优点在于:1）通过网络测量技术获取底层物理网络中节点间的跳数信息，简单地利用跳数三角形的边长关系，就可有效地将相近节点逐渐地汇聚;2）允许对跳数进行粗粒度的比较，并通过三角不等式违反(Triangle Inequality Violation，TIV)感知以及启发式规则选择邻居节点，每个节点最终可获得一个准确度较高的邻居节点集合;3）在节点频繁加入、退出和失效的场景下，节点之间也能保持高一致性的近邻关系。除了传统的时延伸缩比(Latency Stretch，LS)外，本文还定义了全局拓扑匹配比(Global Topological Matching Ratio，GTMR)和局部邻居节点准确率（Local Neighborhood Accuracy，LNA）这两个量化指标，以便更精确地衡量拓扑一致性。评价结果表明，相较于现有算法，提议算法的GTMR和LNA提升显著，LS降幅可达53％，从而更好地缓解了拓扑不匹配问题。　　c)提出了一种不完全可测环境下的拓扑发现方法与一种基于链路预测的拓扑拼接方法:在MHTMOA算法的基础上，提出了一种低复杂度节点加入算法，用于大规模网络不完全可测条件下节点的加入。在此基础上，利用节点的局部中心性距离作为节点的相似度，将相似度低的节点也作为预测链路。仿真结果表明，提议算法在Waxman模型和BA模型下有较小的拓扑维护代价。本文提出的近似边缘提取的域间链路预测方法，提高了链路预测方法的可扩展性，适用于大规模网络拓扑间的链路预测，在一定程度上解决了大规模网络拓扑构建问题。　　d)提出了一种基于时延感知的网络划分方法:为了解决网络的确定性时延划分问题，提出了一种延迟感知的分层弹性区域划分(LHP)算法。该算法是一种基于网络划分的启发式算法，用于解决解析节点的部署问题。该算法根据给定的时延约束条件将网络划分为若干不重叠的区域，保证每个划分区域内节点间的时延在给定的时延约束范围内。在每个划分区域中，将选择合适的位置部署一个或多个解析节点，以保证在该划分区域内的用户到为其提供名字解析服务的解析之间的最大传输时延是有界且确定性的。在该算法中解析节点部署时嵌入了网络拓扑结构信息。　　e)设计了一种基于时延需求感知的名字注册/解析机制:为了实现确定性时延名字解析服务，本文设计了一种基于时延需求感知的名字注册/解析机制，具有不同的响应时延需求的名字注册和名字查询请求将根据其时延需求转发至合适的层次化解析节点进行注册或查询，实现请求的常数级跳数、确定性转发，保证解析系统在给定的时延需求范围内完成名字解析过程

关键词： 5G网络 ICN架构名字解析系统确定性时延

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具有随机时延特性的网络控制系统建模与仿真研究

具有随机时延特性的网络控制系统建模与仿真研究

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作者：张志长沙理工大学

学位级别：硕士

本文介绍了国内外学者对网络控制系统(NCS:Networked Control Systems)的研究状况,以及NCS系统的结构、特点和网络时延的产生机理。运用Matlab环境下的Truetime工具箱,利用一个PID控制的电机伺服系统作为实例,构建仿真模型,研究了网络... 详细信息

本文介绍了国内外学者对网络控制系统(NCS:Networked Control Systems)的研究状况,以及NCS系统的结构、特点和网络时延的产生机理。运用Matlab环境下的Truetime工具箱,利用一个PID控制的电机伺服系统作为实例,构建仿真模型,研究了网络时延对NCS系统稳定性的影响,验证了随网络时延的增加,NCS系统的稳定性、收敛性将显著下降的结论。接着,结合文献资料,对具有确定性短时延的NCS系统的离散数学模型,以及具有随机短时延的NCS系统的连续数学模型,进行了系统仿真,验证了模型的可靠性与稳定性。由于目前针对NCS系统的研究难点和热点,是如何采用离散数学模型对其进行分析,所以本文的研究工作重点是:分别针对短时延和长时延条件下的NCS系统,运用离散化的数学方法进行系统建模和仿真。针对短时延情况下的NCS系统,在假设传感器为时间驱动,控制器和执行器为时间驱动的条件下,运用基于离散化数学模型的建模方法对NCS系统进行建模,利用实例在Matlab环境下搭建了系统的仿真模型,得到了系统的输入输出曲线,验证了推导过程的准确性和模型的有效性。对具有随机长时延的NCS系统建模与仿真研究过程中,在假设传感器为时间驱动,控制器和执行器均为事件驱动的条件下,将模糊控制理论与基于离散数学模型的建模方法相结合,提出了基于Takagi-Sugeno模糊控制理论的离散NCS系统模型,并设计了一个与该NCS系统型式相似的的状态观测器,将其设置在控制器端对网络时延进行补偿。然后通过实例利用Truetime工具箱搭建了系统的仿真模型,分别对随机长时延条件下的传统NCS系统模型、无状态观测器的T-S NCS系统模型、含状态观测器的T-S NCS系统模型进行了仿真研究,得到了各个系统的输入输出曲线,论证了基于T-S模糊控制理论的离散数学模型相对于传统模型的优越性,以及在控制器端加入的状态观测器的有效性。最后,对全文的工作进行了总结,并对NCS系统的未来研究方向和发展趋势进行了展望。

关键词：网络控制系统(NCS) 系统建模确定性时延随机时延 Takagi-Sugeno模糊控制系统仿真

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基于5G-TSN架构的云化PLC时延保障方法研究

基于5G-TSN架构的云化PLC时延保障方法研究

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第十四届中国钢铁年会

作者：张岩王军生孙雷孙瑞琪秦大伟鞍钢集团北京研究院有限公司北京科技大学自动化学院

工业控制系统对承载网络性能要求极为严格,不仅需要具备低时延、低抖动和高可靠能力,确定性的时延保证是其系统安全可控的基础,为此提出了一种基于5G与时间敏感网络(TSN)的云化PLC时延保障方法。在TSN中,改进了业务流处理架构,优先处理... 详细信息

工业控制系统对承载网络性能要求极为严格,不仅需要具备低时延、低抖动和高可靠能力,确定性的时延保证是其系统安全可控的基础,为此提出了一种基于5G与时间敏感网络(TSN)的云化PLC时延保障方法。在TSN中,改进了业务流处理架构,优先处理承载于较差质量无线信道的工业业务流;在5G网络中,分析了5G系统传输时延影响因素,对无线信道质量、无线资源数量与空口最大传输次数的关系进行建模,基于该模型动态规划承载于不同无线资源上工业控制信号的5G系统传输时延预算。仿真结果表明,提出的联合调度时延保障方法能降低承载于较差信道质量的云化PLC时间敏感网络域传输时延,并能有效消除5G空口随机变化导致的重传对传输时延造成的抖动,实现云化PLC端到端确定性时延保障。

关键词： 5G与TSN 联合调度云化PLC 跨网确定性传输确定性时延

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工业PON的技术演进及应用创新

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电信科学 2024年第12期40卷 136-145页

作者：曾涛蒋铭张德智杨子尧中国电信股份有限公司研究院上海200122

随着国家对新型基础设施建设的大力推动以及工业互联网的快速发展,工业无源光网络(passive optical network,PON)技术在工业领域的应用日益广泛。深入探讨了工业PON技术发展的政策背景,并对其在宽带提升、组网保护、确定性时延、开放智... 详细信息

随着国家对新型基础设施建设的大力推动以及工业互联网的快速发展,工业无源光网络(passive optical network,PON)技术在工业领域的应用日益广泛。深入探讨了工业PON技术发展的政策背景,并对其在宽带提升、组网保护、确定性时延、开放智能,以及安全防护等方面关键技术进行了阐述,分析了工业PON在典型业务场景下的应用实践。

关键词：工业PON 千兆光网确定性时延可编程边缘算力数据安全

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AFDX航空网络的可靠性建模与性能分析

AFDX航空网络的可靠性建模与性能分析

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作者：王臣虎上海交通大学

学位级别：硕士

航空电子系统的可靠性很大程度上依赖与负责航空电子子系统之间通信和交互的航电网络的性能，而随着现代具有更全面的功能和更复杂的结构的航电系统的出现，传统的航空电子总线（ARINC429、1553B等）已经难以为新一代航空电子子系统提... 详细信息

航空电子系统的可靠性很大程度上依赖与负责航空电子子系统之间通信和交互的航电网络的性能，而随着现代具有更全面的功能和更复杂的结构的航电系统的出现，传统的航空电子总线（ARINC429、1553B等）已经难以为新一代航空电子子系统提供充分可靠的通信保证了，首先，传统总线的低带宽不能满足持续增加的航空数据的通信要求。其次，在现代更复杂的航电系统的背景下，传统总线子系统间端到端直接布线的特点使得飞机的重量急剧增加，造成飞机的额外过多的载重和消耗。再次，传统总线扩展性差、布线复杂、成本高昂，也使得其不满足现代航空电子系统的发展方向。航空全双工交换以太网（Avionics Full Duplex Switched Ethernet,简称AFDX）在这种背景下应运而生，有效的解决了传统总线中存在的问题，并逐步的被应用到了空客A380、波音787等大型客机上。ARINC664标准的第七部分，定义了AFDX中航空电子子系统之间数据交换的电器和协议规范，但是，由于AFDX采用异步传输模式的理念（Asynchronous transfer mode），不同子系统之间通过同一个主干网进行通信，不同数据帧在交换机上需要信息元中继，共享通信和计算资源，这使得集合数据流的传输出现竞争，从而给AFDX的新理念和新机制的综合可靠性验证提出了新的要求。本文依据AFDX的协议描述和工作机制，使用故障树理论对网络数据帧的可达性进行了分析和建模，并针对航空电子系统对数据传输的强实时性要求，利用网络演算及其概率扩展理论进行了网络时延的分析与计算。论文的主要工作和研究成果如下：（1）使用静态故障树对AFDX网络建模。分析了AFDX网络服务实体的拓扑分布以及工作机制，抽象出了虚拟链路端到端的故障树逻辑架构，分类考虑了由于网路系统功能部件失效造成的数据帧丢失，以及网络功能部件正常工作时由于网络协议造成的丢帧，最后依据各个基本事件的失效率，利用布尔代数的方法进行了数据帧丢失概率的定量计算。（2）根据AFDX网络中存在的事件动态依赖特性，对AFDX静态故障树进行了优化和完善。利用动态故障树对静态故障树中无法描述的动态故障特性进行了建模，主要指故障树中对事件发生序列敏感的功能模块，包括AFDX链路冗余算法模块，各个交换机的冗余备份等，基于马尔科夫链对AFDX动态故障树进行了定性和定量分析。（3）利用网络演算对确定性传输时延进行了分析。针对AFDX的SP-FIFO调度策略，将数据帧在单服务节点上的时延分离为本优先级队列数据流造成的内部时延和其他优先级数据流造成的外部时延，分别考虑了本优先级队列中的最差竞争结果和其他优先级队列最差到达情况，得出了单服务节点上可能的最大时延，同时对确定性时延进行了端到端多跳路径上的扩展，通过黑盒网络系统计算了端到端时延。（4）论文对时延的分布概率进行了基于随机网络演算的分析。针对AFDX网络中不同数据流的安全要求级别和交换机的差分服务架构，分别对飞行控制数据流和其他航空数据流进行了概率约束时延的计算，比较了确定性时延和概率约束时延的差别和适用场景。（5）基于一个AFDX航空网络的工业配置实例，按照虚拟链路数据帧的可达性和可用性要求，完成了综合可靠性分析与验证。

关键词： AFDX航空网络可靠性分析故障树综合网络演算确定性时延概率约束时延

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