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Heuristic Computing Methods for Contact Plan Design in the Spatial-Node-Based Internet of Everything

China Communications 2019年第3期16卷 53-68页

作者： cuiqin dai Qingyang Song School of Computer Science and Engineering Northeastern University Chongqing Key Lab of Mobile Communication Technology Chongqing University of Posts and Telecommunications School of Communication and Information Engineering Chongqing University of Posts and Telecommunications

To satisfy the increasing demands of high-speed transmission, high-efficiency computing, and real-time communications in the high-dynamic and heterogeneous networks, the Contact Plan Design(CPD) has attracted continuous attention in recent years, especially for the spatial-node-based Internet of Everything(IoE). In this paper, we study the NP-hardness of contact scheduling and the attenuation of atmospheric precipitation in the spatial-node-based IoE. Two heuristic computing methods for contact plan design are proposed by comprehensively considering the time-varying topology, the intermittent connectivity, and the adaptive transmission in different weather conditions, which are named Contact Plan Design-Particle Swarm Optimization(CPD-PSO) and Contact Plan Design-Greedy algorithm with the Minimum Delivery Time(CPD-GMDT) separately. For the population-based algorithm, CPD-PSO not only solves the CPD problem with a limited-resource condition, but also dynamically adjusts the search scope to ensure the continuous searching capability of the algorithm. For the CPD-GMDT that makes CP decisions based on the current state, the algorithm uses the idea of greedy algorithm to schedule Satellite-Platform Links(SPLs) and Inter Satellite Links(ISLs) respectively using the strategies of optimal matching and load balancing. The simulation results show that the proposed CPD-PSO outperforms Contact Plan Design-Genetic Algorithm(CPD-GA) in terms of fitness and delivery time, and CPD-GMDT presents better overall delay than Fair Contact Plan(FCP).

关键词： Internet of Everything heuristic computing contact plan design particle swarm optimization greedy algorithms

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Satellite Constellation Design with Multi-Objective Genetic Algorithm for Regional Terrestrial Satellite Network

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China Communications 2018年第8期15卷 1-10页

作者： cuiqin dai Guimin Zheng Qianbin Chen Chongqing Key Lab of Mobile Communication Technology Chongqing University of Posts and Telecommunications

Constellations design for regional terrestrial-satellite network can strengthen the coverage for incomplete terrestrial cellular network. In this paper, a regional satellite constellation design scheme with multiple feature points and multiple optimization indicators is proposed by comprehensively considering multi-objective optimization and genetic algorithm, and "the Belt and Road" model is presented in the way of dividing over 70 nations into three regular target areas. Following this, we formulate the optimization model and devise a multi-objective genetic algorithm suited for the regional area with the coverage rate under simulating, computing and determining. Meanwhile, the total number of satellites in the constellation is reduced by calculating the ratio of actual coverage of a single-orbit constellation and the area of targets. Moreover, the constellations' performances of the proposed scheme are investigated with the connection of C++ and Satellite Tool Kit(STK). Simulation results show that the designed satellite constellations can achieve a good coverage of the target areas.

关键词： regional terrestrial-satellite net-work constellation design multi-objective optimization genetic algorithm coverage performance

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Connection availability based protection algorithm in wireless-optical broadband access network

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Science China(Information Sciences) 2014年第4期57卷 74-82页

作者： LIU YeJun GUO Lei YU YinPeng LI Bing XIANG Peng dai cuiqin College of Information Science and Engineering Northeastern University College of Communications Engineering PLA University of Science and Technology School of Communication and Information Engineering Chongqing University of Posts and Telecommunications

The hybrid Wireless-Optical Broadband Access Network(WOBAN)provides a new and promising architecture for broadband access network by combining the beneficial properties of wireless and optical access *** avoid huge data loss,WOBAN needs to be designed with a high availability *** purpose of this paper is to protect the Passive Optical Network at the back-end using the backup radios in Wireless Mesh Network at the *** proposed protection scheme is based on a connection availability ***,we assigned several backup Optical Network Units(ONUs)for each primary ONU not satisfying the availability requirement of primary optical *** the availability requirement of backup optical connection,each backup ONU needed to reserve the residual capacity as the backup capacity to fully protect the traffic demand of its primary ***,we selectively deployed the additional radio interfaces as the backup radios for the wireless routers in the front-end under the availability requirement of backup wireless connection,in order to establish the wireless-backup-path between each pair of primary and backup *** backup radio on the wireless-backup-path will retain the backup radio capacity for rerouting traffic,so as to decrease the possibility of traffic block in case of *** aimed to design efficient heuristic algorithms and yield suboptimal solutions for minimizing the consumption of backup ONU capacity and the cost of backup *** results demonstrate the advantage of the proposed scheme compared to previous works.

关键词： wireless-optical broadband access network(WOBAN) network survivability connection availability

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卫星网络中基于双向寻优粒子群优化算法的连接计划设计

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通信学报 2019年第8期40卷 189-199页

作者：戴翠琴唐煌郭林峰重庆邮电大学通信与信息工程学院

针对卫星网络中拓扑时变、连接瞬断及资源受限的问题,提出了一种基于双向粒子群优化(BPSO)的连接计划设计(CPD)方案。首先,通过对资源受限的时变卫星网络分析,建立了基于任务的时间拓展图(TEG)模型;其次,考虑网络拓扑的离散性和节点资... 详细信息

针对卫星网络中拓扑时变、连接瞬断及资源受限的问题,提出了一种基于双向粒子群优化(BPSO)的连接计划设计(CPD)方案。首先,通过对资源受限的时变卫星网络分析,建立了基于任务的时间拓展图(TEG)模型;其次,考虑网络拓扑的离散性和节点资源的有限性,通过初始化、编码及修复环节生成卫星网络中的可用连接计划(CP);再次,根据执行任务的特点设计评价函数以区分所生成的可用CP的优劣;最后,根据CP中链路稀疏的特点确定最差位置中待修正的比特,提出BPSO算法不断修正CP以优化空间数据传输性能。仿真结果表明,所提方案能够有效降低任务传输时间,提升任务到达率。

关键词：卫星网络连接计划设计双向寻优粒子群算法传输时间到达率

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保证用户公平性的低成本卫星星座设计

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重庆邮电大学学报（自然科学版） 2023年第3期35卷 434-443页

作者：戴翠琴戴成伟重庆邮电大学通信与信息工程学院重庆400065

针对用户分布和地理环境的差异性对保证卫星星座服务下的用户公平性提出的挑战,综合考虑不同区域的用户需求、通信发展水平和自然灾害水平,提出了一种用户公平性保证的低成本卫星星座设计方案。建立LEO卫星网络模型,分析单颗卫星的覆盖... 详细信息

针对用户分布和地理环境的差异性对保证卫星星座服务下的用户公平性提出的挑战,综合考虑不同区域的用户需求、通信发展水平和自然灾害水平,提出了一种用户公平性保证的低成本卫星星座设计方案。建立LEO卫星网络模型,分析单颗卫星的覆盖性能;定义用户公平性因子,在满足用户公平性的同时,将LEO卫星星座设计问题建模为最小化星座投入成本和最大化覆盖率;在星座容量和星座盈利的约束下,采用非支配排序遗传算法(non-dominated sorting genetic algorithm,NSGA-Ⅱ)求解卫星星座设计问题。仿真结果表明,所设计的卫星星座能够以较低的卫星星座投入成本满足不同区域的用户公平性要求,同时满足目标区域的覆盖率。

关键词：卫星网络卫星星座设计用户公平性覆盖性能投入成本

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CoMP系统中的天线选择和功率分配联合算法

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重庆邮电大学学报（自然科学版） 2013年第1期25卷 90-95页

作者：戴翠琴钟声重庆邮电大学移动通信技术重点实验室重庆400065

在协作多点传输(coordinated multiple points transmission,CoMP)系统中,为了提高小区边缘用户传输速率和系统总吞吐量,提出了一种联合天线选择和功率分配的优化算法。在基于信道容量增量的天线选择策略(antenraselection lased on cap... 详细信息

在协作多点传输(coordinated multiple points transmission,CoMP)系统中,为了提高小区边缘用户传输速率和系统总吞吐量,提出了一种联合天线选择和功率分配的优化算法。在基于信道容量增量的天线选择策略(antenraselection lased on capacity increment,CIAS)中,推导了当用户端采用最大比合并时用户信道容量的表达式,并根据所设定的信道容量增量选择出所有满足条件的天线;在最优功率分配算法(optimal power allocation,OPA)中,推导了协作多点多用户系统中用户传输速率的表达式,在总功率受限的情况下通过采用优化的迭代功率分配算法,得到了最优的功率分配。理论分析和仿真结果表明,与等功率分配策略(equal power allocation,EPA)和功率与信道增益成正比的功率分配策略(proportion to channel gain,PCG)相比,联合了天线选择和功率分配的算法不仅能最大提升对边缘用户的传输速率,而且能更好地提高系统的信道容量。

关键词：协作多点传输系统(CoMP) 天线选择功率分配信道容量用户传输速率

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能量均衡的协作中继选择算法

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重庆邮电大学学报（自然科学版） 2014年第2期26卷 201-206页

作者：戴翠琴李途重庆邮电大学移动通信技术重点实验室重庆400065

为了最大化协作多中继通信系统的网络寿命,研究了在放大-转发(amplification-forward,AF)中继协作方式下网络寿命的折中优化问题,提出了一种最优能量均衡(optimal energy equilibrium,OEE)的中继协作节点选择方案。通过对AF中继每一跳... 详细信息

为了最大化协作多中继通信系统的网络寿命,研究了在放大-转发(amplification-forward,AF)中继协作方式下网络寿命的折中优化问题,提出了一种最优能量均衡(optimal energy equilibrium,OEE)的中继协作节点选择方案。通过对AF中继每一跳接收端信噪比(signal noise rate,SNR)的计算,推导了AF两跳中继目的终端的误码率表达式,同时联合节点的剩余能量信息和信道状态信息(channel state information,CSI),利用能量均衡的思想,合理引入和设置优化因子来有效选择转发中继,延长网络寿命。理论分析和仿真结果表明,相比CSI中继选择和模糊综合评价(fuzzy comprehensive evaluation,FCE)中继选择方案,提出的中继选择方案不仅有效地提高了系统的网络寿命,而且在相同信噪比的情况下误码率性能有明显的改善。

关键词：协作中继剩余能量信道状态网络寿命误码率

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双层混合卫星网络优化设计及覆盖性能评估

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电子技术应用 2017年第6期43卷 23-27页

作者：戴翠琴李剑重庆邮电大学通信与信息工程学院重庆400065

针对单层卫星网络抗毁能力差、处理时延高以及三层卫星网络管理复杂、链路冗余度高等问题,分别采用Walker星座和极轨星座对MEO和LEO卫星进行了组网分析和星座设计,提出了一种双层混合卫星网络优化设计方案;同时,针对传统卫星覆盖性能指... 详细信息

针对单层卫星网络抗毁能力差、处理时延高以及三层卫星网络管理复杂、链路冗余度高等问题,分别采用Walker星座和极轨星座对MEO和LEO卫星进行了组网分析和星座设计,提出了一种双层混合卫星网络优化设计方案;同时,针对传统卫星覆盖性能指标不能统一评价不同构型卫星星座的问题,提出了一种基于层次分析法模型的不同构型卫星星座统一评估模型。仿真结果表明,所提出的方案不仅能够很好地提升对中国区域的覆盖率,而且可以有效地降低平均间隙时长和平均响应时间,从而满足对中国地区全天时覆盖的总体设计要求。

关键词：卫星星座设计最差观察点覆盖带层次分析法覆盖性能

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基于数据校验时空图的卫星网络连接计划设计

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应用科学学报 2023年第5期41卷 738-752页

作者：戴翠琴贺黎明罗屹重庆邮电大学通信与信息工程学院重庆400065

针对低轨卫星网络中网络时空连通性和流量阻塞的问题,综合考虑了星间链路状态、卫星能效和负载状态,提出了一种基于数据校验时空图的连接计划设计(data check time-space graph-contact plan design, DCTSG-CPD)方案。首先,构建基于电... 详细信息

针对低轨卫星网络中网络时空连通性和流量阻塞的问题,综合考虑了星间链路状态、卫星能效和负载状态,提出了一种基于数据校验时空图的连接计划设计(data check time-space graph-contact plan design, DCTSG-CPD)方案。首先,构建基于电池模型的数据校验时空图(data check time-space graph, DCTSG),并以星间链路和卫星能源为约束,将连接计划设计建模为最大化吞吐量问题;其次,在DCTSG的基础上,通过对校验数据和转发数据的对比判断网络拥塞状态,根据卫星节点负载和星间链路流量阻塞状态,生成可用连接计划(contact plan, CP);最后,设计适应度函数以评价可用CP的优劣,提出基于数据校验的遗传算法更新CP以生成吞吐量最大化的最佳CP。仿真结果表明,所提DCTSG-CPD方案不仅能够提升吞吐量,而且可以有效降低数据交付时延。

关键词：卫星网络连接计划设计时空图数据校验吞吐量

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卫星网络中基于蚁群优化的概率路由算法

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重庆邮电大学学报（自然科学版） 2018年第3期30卷 346-353页

作者：戴翠琴尹小盼重庆邮电大学移动通信技术重点实验室重庆400065

为了提高空间信息传输的有效性和可靠性,针对传统蚁群优化(ant colony optimization,ACO)容易造成最优路径负载过重而发生拥塞的问题,提出了一种基于蚁群优化的概率路由算法(ant colony optimization based probabilistic routing algor... 详细信息

为了提高空间信息传输的有效性和可靠性,针对传统蚁群优化(ant colony optimization,ACO)容易造成最优路径负载过重而发生拥塞的问题,提出了一种基于蚁群优化的概率路由算法(ant colony optimization based probabilistic routing algorithm,ACO-PRA)。根据卫星网络拓扑动态周期时变的固有特点,将拓扑周期均匀分为若干个时间片,形成基于不同时间片的卫星网络拓扑连通图;根据网络拓扑连通图,将星间链路带宽和链路容量引入到目标函数中,建立时延最小的优化模型;根据蚁群算法的节点概率函数选择下一跳节点,进而找到一条能同时满足时延带宽和链路容量要求的最佳信号传输路径。仿真结果表明,提出的基于蚁群优化的概率路由算法不仅能够降低平均端到端时延和丢包率,而且能够有效地提高网络吞吐量、平衡网络负载。

关键词：卫星网络路由算法蚁群优化时延吞吐量

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