1974年1月创刊(月刊)
主管/主办:重庆西南信息有限公司
ISSN 1002-137X
CN 50-1075/TP
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    1. 基于定向天线的飞行自组网定向路由协议综述
    杨章林, 谢钧, 张耕强
    计算机科学    2021, 48 (11): 334-344.   https://doi.org/10.11896/jsjkx.210400182
    摘要 (63)   PDF (1872KB) (117)  
    近年来,以无人机为节点的飞行自组网因其在各个领域的不同应用而受到广泛关注。为满足复杂任务的服务质量需求,飞行自组网的路由需要提供足够高的网络性能。相比于基于全向天线的全向路由,基于定向天线的定向路由能提升信道利用率,扩大通信范围,可以使飞行自组网获得更好的网络性能和服务质量。文中综述了基于定向天线的飞行自组网定向路由,分析了在飞行自组网中应用定向天线的优势和所带来的问题,而后对现有单路径定向路由和多路径定向路由从定向天线控制机制、路由算法、使用场景和优缺点等多个方面进行详细介绍,并从天线类型、控制机制、网络性能和关键参数等多方面对这些路由协议进行定性比较,最后讨论了基于定向天线的飞行自组网定向路由协议在实际应用中和未来发展中所面临的挑战。
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    2. 面向定位应用的无人机的悬停位置和飞行路径优化
    赵晓薇, 朱小军, 韩周卿
    计算机科学    2021, 48 (11): 345-355.   https://doi.org/10.11896/jsjkx.201000105
    摘要 (65)   PDF (3613KB) (90)  
    无人机的一种典型应用是对地面目标进行定位。本文考虑,在无人机的飞行过程中,无人机在特定位置悬停,并广播信标信号。 若地面节点与无人机悬停位置的距离满足通信范围,即可监测到无人机的信标信号,当地面节点监测到3个及以上不同悬停位置的信标信号时,即可使用多边定位法对自身进行定位。文中主要解决了如何选择悬停位置以及如何在悬停位置给定的情况下优化无人机飞行路径的问题,提出了两种无人机的悬停方案,并规划了两种方案下无人机的飞行路径,证明了两种悬停方案下提出的路径均为最短回路。通过模拟实验,验证了所提方案可以实现对待覆盖区域的完全覆盖,使任意地面节点均可实现定位;并且该方案可以通过调整无人机飞行高度和悬停方案中的网格大小,来提高定位精度。
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    3. 异构无线网络中基于非正交多址的可伸缩视频多播机制
    吉晓祥, 沈航, 白光伟
    计算机科学    2021, 48 (11): 356-362.   https://doi.org/10.11896/jsjkx.200900080
    摘要 (45)   PDF (2405KB) (71)  
    文中提出了异构无线网络下基于非正交多址的可伸缩视频多播的资源管理框架。该框架综合考虑了不同基站间的频谱切分、切片内多播组之间的频谱分配和多播组内的发射功率分配,目的是最大化多播组所有用户设备的整体视频质量。考虑到每个多播组请求视频的不同、不同的用户设备位置和小基站间的干扰,将联合资源管理问题转化为一个整数线性规划问题,并将该优化问题解耦为多播组内发射功率划分问题和基站间频谱切分与基站内多组频谱资源分配问题。前者通过多重循环求得了叠加编码每一层所需的最优发射功率,后者通过背包算法得到了最优的解。仿真结果表明,所提方案在频谱利用率和用户设备平均视频质量方面优于现有方案。
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    4. 基于强化学习的高能效基站动态调度方法
    曾德泽, 李跃鹏, 赵宇阳, 顾琳
    计算机科学    2021, 48 (11): 363-371.   https://doi.org/10.11896/jsjkx.201000008
    摘要 (57)   PDF (2683KB) (99)  
    随着移动通信技术的升级与移动通信产业的兴起,移动互联网正蓬勃发展。然而,由于移动设备爆发式增长,网络规模不断扩大和用户对服务质量的要求的不断提高,移动互联网络正面临着下一场技术革命。虽然5G技术可以通过密集的网络部署来实现千百倍的网络性能提升,但同信道干扰和高突发性的用户请求等问题使得该方案下需要消耗巨大的能量。为了在 5G 网络中提供高性能服务,升级改进现有网络管理方案势在必行。针对这些问题,使用带缓存队列的短周期管理框架实现对请求突发场景的敏捷平滑管理,避免由突发性请求导致的服务质量剧烈波动。此外,采用深度强化学习方法对用户分布、通信需求等进行自我学习,从而推测出基站的负载变化规律,进而实现对能量的预调度和预分配,在保证服务质量的同时提高能量的利用率。文中提出的双缓冲 DQN 算法在收敛速度上比传统 DQN 算法提高了近20%,且与当前广泛使用的基站常开策略相比,该算法能够节约4.8%的能量消耗。
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    5. 基于双层虚拟思想的边缘设备性能优化研究
    陶志勇, 张锦, 阳王东, 陈为满
    计算机科学    2021, 48 (11): 372-377.   https://doi.org/10.11896/jsjkx.210400061
    摘要 (62)   PDF (3387KB) (93)  
    随着运营商边缘设备接入用户数的不断增加,需要处理的数据量成倍增长,使边缘设备负载过重,从而影响了多协议标签交换与边界网关协议构建的虚拟私有网数据的正常交互。目前,MCE,HOPE,SDN方案在解决该问题方面都存在一定的局限性:1)MCE方式边缘设备接口不支持创建逻辑通道,因此该方案无法使用;2)HOPE方式会产生路由环路等问题;3)SDN方式单台SDN控制器处理并发的会话数不能超过6.4万。针对上述问题,文中提出了基于双层虚拟思想的边缘设备优化方案,该方案包括边缘设备虚拟化、虚拟私有网隧道建立、虚拟私有网信息隔离3个基本步骤。在此基础上,从网络模型、网络资源池的构建、网络资源池分裂3个方面进行方案优化。基于搭建的实验环境对方案性能进行评估,与传统方式构建的虚拟私有网在包转发率、可管理性、扩展性等方面进行了对比分析。结果表明,双层虚拟的设计方案通过构建网络资源池,实现了资源的统一调度与管理,能够有效解决运营商边缘设备负载过重的问题,是构建虚拟私有网的有效方案。
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    6. 面向实际信道观测环境的时限约束无线下行调度策略
    张帆, 宫傲宇, 邓磊, 刘芳, 林艳, 张一晋
    计算机科学    2021, 48 (9): 264-270.   https://doi.org/10.11896/jsjkx.210100143
    摘要 (55)   PDF (2239KB) (121)  
    时限约束无线下行传输广泛应用于各类关系国计民生的实时通信业务,要求每个数据分组在严格传输时限内进行高可靠性传输。尽管如此,基站往往不能完全观测自身与各设备之间的信道状态,而需要借助反馈所携的信息对信道状态进行观测,从而增加了下行调度策略的设计难度。文章基于此实际信道观测环境设计时限约束下行调度策略,允许基站根据当前数据分组信息以及部分观测的各信道状态决定传输优先级。首先仅考虑队首数据分组信息对下行传输进行无限时域部分观测马尔可夫决策过程简化建模,但求解此建模的最优或近优策略在计算上不可行。鉴于此,文章应用有限时域Q函数马尔可夫决策过程算法,提出了一种低复杂度次优策略,并进一步提出一种更简单的启发式策略。仿真结果验证了所提策略相比对照策略在各种网络场景下的网络吞吐率优势,并且表明了信道的部分观测特性对吞吐率性能有较大影响。
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    7. 基于深度强化学习的无人机辅助弹性视频多播机制
    成昭炜, 沈航, 汪悦, 王敏, 白光伟
    计算机科学    2021, 48 (9): 271-277.   https://doi.org/10.11896/jsjkx.201000078
    摘要 (83)   PDF (2636KB) (198)  
    文中提出了一个异构网络下无人机基站辅助的弹性视频多播机制。结合SVC编码,将无人机动态部署和资源分配问题联合考虑,目的是最大化用户整体的视频质量。考虑到宏基站覆盖范围内用户的移动会使网络拓扑结构发生改变,传统的启发式算法难以应对用户移动的复杂性。对此,采用基于深度强化学习的DDPG算法训练神经网络来决策无人机的最佳部署位置和带宽资源分配比重。在模型收敛后,学习代理可以在较短的时间内找到最优的无人机部署和带宽分配策略。仿真结果表明,所提方案达到了预期目标并且优于现有的基于Q-learning的方案。
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    8. 基于CHBL的P2P视频监控网络分层管理机制
    夏中, 向敏, 黄春梅
    计算机科学    2021, 48 (9): 278-285.   https://doi.org/10.11896/jsjkx.201200056
    摘要 (59)   PDF (3338KB) (146)  
    络的负载均衡性和响应时延是视频监控对等网络重点关注的问题。文中提出了一种基于有限负载一致性哈希的P2P视频监控网络分层管理机制。首先根据节点地理位置将P2P视频监控网络划分为不同的自治域,自治域内分为一层超级节点和多层普通节点,采用节点上行带宽与每条视频传输通道所需带宽的比值作为节点负载上限,当上层节点总负载量到达上限后进行分层,每一层节点均被映射到一个hash环上,并使用CHBL算法控制层内节点的负载均衡。然后采用独立信息数据波动赋权法计算出节点的各指标权重,通过线性加权得到节点综合价值,当节点脱离网络时,选择其子节点层中综合价值最高的节点作为脱离节点的替换节点。在长期运行的网络中,综合价值最高的节点将汇聚到上层。仿真结果表明,相比基于DHT的P2P网络,所提管理机制能有效改善网络的负载均衡性,同时也可降低网络的整体响应时延。
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    9. 无线帧间隔特征提取方法
    李双秋, 余志斌, 杨玲, 张译方, 刘莉萍
    计算机科学    2021, 48 (9): 286-291.   https://doi.org/10.11896/jsjkx.201100130
    摘要 (66)   PDF (2038KB) (145)  
    针对现有无线网络设备个体识别方法精度不高、高采样率以及需解析协议等问题,文中从无线帧行为角度出发,研究并提出了无线帧间隔特征提取算法。该方法基于无线帧间隔特征生成机理,利用不同型号设备的无线帧间的间隔差异,研究面向单目标无线设备和多目标无线设备的信标帧帧间隔特征提取算法,并以无线路由器为例验证了该方法的有效性。实验结果表明,在同型号和不同型号无线设备混合且每次单个设备开启的情况下,所提方法对设备个体的平均识别率达到了94%,比传统方法提高了近10%;当多个无线设备同时开启时,所提方法对设备个体的识别率也达到了90%。从理论分析和实验验证结果可知,信标帧间隔作为识别无线路由设备的指纹特征,能够有效区分不同型号的无线路由设备。所提方法无需高精度采样即可获取瞬态信号,不易受调制方式的影响,也无需解析协议,非常适合通信对抗和网络安全中无线网络设备的个体识别。
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    10. 基于改进型多目标樽海鞘群算法的RFID阅读器天线优化部署
    罗文聪, 郑嘉利, 全艺璇, 谢孝德, 林子涵
    计算机科学    2021, 48 (9): 292-297.   https://doi.org/10.11896/jsjkx.200700167
    摘要 (60)   PDF (1953KB) (156)  
    随着射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)技术的飞速发展,在各种特殊的环境下(如工厂、仓库、监狱等),对RFID阅读器天线优化部署的需求开始受到广泛关注。针对目前RFID阅读器天线部署中存在的部署难度大、约束条件多且不易找到最优解和Pareto前沿等问题,文中提出了一种基于改进型多目标樽海鞘群算法(Multi-objective Salp Swarm Algorithm,MSSA)的RFID阅读器天线优化部署方法。预先构建多目标RFID阅读器天线优化部署模型,设定优化目标;多目标樽海鞘群算法对RFID阅读器天线优化部署模型进行优化训练,引入分离算子以优化搜索能力,并通过迭代不断寻找满足条件的非支配解,构建满足条件的Pareto解集,其即为优化的结果。实验数据表明,MSSA算法求解时无需先验知识和设置加权系数,收敛速度快;在相同实验环境下,MSSA算法与带观察者机制的蝙蝠(BA-OM)算法、粒子群(PSO)算法、细菌觅食优化(MC-BFO)算法相比,覆盖率分别提高了33%,28%,20%;与同类型的求Pareto解集的混合萤火虫(HMOFA)算法相比,MSSA算法的负载均衡提高了7.14%,经济效益提高了59.74%,阅读器干扰减少34.04%。
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