面向多核网络分组处理系统的线程亲和缓冲区管理机制

基于通用多核架构的网络分组处理系统性能受到诸如分组IO开销高、多核共享内存及进程调度竞争大、页表缓冲表项失效率高等问题的困扰。为此提出一种基于通用多核网络分组处理系统、面向高速分组转发应用的线程亲和缓冲区硬件管理机制,并在网络专用协处理引擎上实现。该机制采用无中断的线程亲和调度策略,将包含控制信息与缓冲区地址信息的描述符和分组数据按照分组处理的线程号链式地对应加载在多个地址连续的共享缓冲区中。基于通用多核和现场可编程门阵列平台进行报文转发测试,实验结果表明,采用线程亲和缓冲区管理机制能使平均报文转发处理性能提升12.4%,有效地降低IO开销和TLB表项失效率。     

基于数据冗余的BDS长报文传输机制改进算法?

北斗卫星导航系统（ Beidou Satellite Navigation System，BDS）只能传输字节受限的短报文，对于长报文需要通过分包和多次重传改善报文传输的成功率，这样会造成系统平台数据发送延误和网络拥塞。提出一种基于数据冗余的数据分包传输机制，该传输机制以数据包为处理对象，采用异或运算得到冗余包，编码简单，编码解码速度快。通过Matlab仿真，证明基于冗余编码机制比无冗余编码单次发送机制的数据接收成功率高15％以上，两次发送对多包的数据接收成功率有较大提高。     

基于并行流水的转发引擎设计与性能分析

光通信技术对核心路由器报文转发能力不断提出更高的要求。10Gbps光传输技术已经使现有的各种软硬件路由查找方法成为核心路由器转发能力的瓶颈,而更高性能的光传输技术则已经突破了存储器访问速度的极限,使得基于单片存储器的路由转发方法无法应付未来日益增长的需求。在硬件存储器价格非常低的前提下,提出一种使用多个存储器并行流水查找的硬件转发实现结构。通过使用Internet上真实报文数据进行的性能模拟可以看出,随着并行度的增加,整个转发结构可以获得近似于线性的性能加速比。     

无线Ad Hoc网络中一种多信道协同MAC协议

多信道所带来的MCC(Multiple Channel Coordination)问题是影响多信道系统性能的重要因素。文章针对无线Ad Hoc网络,提出了一种多信道协同MAC(Media Access Control)协议。该协议扩展了协同通信的概念,邻节点不再转发发送节点的数据,而是帮助发送节点发现和避免多信道中的MCC问题。文章还对经典二维Markov模型进行了改进,加入了多信道和协同机制,对所提协议进行了建模,分析了协同机制对系统性能的影响,并推导出了吞吐量性能和时延性能的表达式。仿真结果表明,采用协同机制可以有效解决MCC问题,文章中所提协议相对传统多信道MAC协议可以大大提高吞吐量和时延性能。     

一种多核微处理器互连接口的设计与性能分析

并行是提高计算机性能最主要的方法,随着集成电路生产工艺的不断发展,除了在单个芯片内集成更多的处理器核外,通过集成高速互连网络接口构建多路并行系统一直是提高高性能计算机并行性的主要方式。提出了一种面向多核微处理器的互连接口的设计方案,基于精简的PCI-E总线协议,采用高速串行数据传输技术,支持Cache一致性报文和大块数据传输报文,能够用于实现4个处理器的直接互连。模拟结果表明,优化设计的互连接口每个接口能够实现64Gbps的双向最大有效带宽,最小传输延迟为120ns,能够较好平衡不同报文类型对带宽和传输延时的要求。     

基于NiosⅡ的LVDS图像数据存储转发系统的设计

针对高速图像数据的远距离传输提出了一种基于NiosⅡ处理器的LVDS图像数据存储转发系统的设计方案,详细介绍了LVDS图像数据的存储方法和数据转发的工作原理,并对该系统的软硬件设计以及各功能模块的具体实现原理进行了分析和实际测试,实验结果验证了该设计的可行性、稳定性及高效性。     

WindowsNT系列平台的基于UDP协议的信息流仿真

很多系统在以太网通讯中使用UDP报文进行网络数据的传输,为了完成对这些系统的仿真驱动,通常需要在一台PC机用单网卡或多网卡实现基于UDP协议的信息流仿真。在缺少目标系统的某些节点时,该PC机模拟相关节点的UDP报文的发送、接收,驱动目标系统的运行;当目标系统全系统运行时,该PC机监听以太网上的UDP报文,为目标系统的事后分析记录数据。本文论述了在Windows NT系列平台在通过Windows Socket及特殊的NDIS中间驱动实现UDP信息流的技术。     

一种提高应用层组播转发速率的机制

针对应用层组播报文转发的特点,提出了一种能够提高应用层组播转发速率的新机制.该机制降低了应用层组播报文从主机内存到网卡缓冲区之间数据复制的次数,节省了CPU处理开销.理论分析表明该机制能够降低应用层组播延迟和提高应用层组播转发速率.实验验证了该机制的可行性与有效性.     

基于变量节点串行消息传递的LDPC码译码研究

针对标准LDPC码译码中洪水消息传递机制的不足,提出以串行机制进行消息传递,按照变量节点的顺序进行消息处理和传递,对每个变量节点同时接收校验消息和发送变量消息。该方法使更新的消息能够很快进入当前迭代计算,改善了LDPC迭代译码的收敛性能。通过对几种常用译码算法的仿真比较,验证了在复杂度不增加的情况下,该方法性能优于其它几种最大后验概率准则的译码方法,且算法收敛快,是一种能较好兼顾性能与实现复杂度的译码方法。     

战术协同通信中AF和ANC技术抗干扰性能分析

针对复杂战场环境中存在敌方干扰的情形,文章分别考虑中继采用放大转发(AF)和模拟网络编码(ANC)两种方案的抗单音干扰性能。通过分析表明:协同方式可以明显降低干扰造成系统中断性能的"平底效应",协同AF和协同网络编码(CNC)相对非协同方式具有一定的抗干扰性能。固定信干比条件下,CNC比协同AF更适宜传输高速率数据。在固定数据速率时,CNC协议中断性能优于协同AF。     

用户意图的网络边缘主动计算方法

互联网端到端的设计原则没有区分端系统和网络间接口,使得用户分组处理期望无法告知网络,降低了网络效能。首次提出用户转发意图概念,端系统凭此向网络通告其意图,并借助网络边缘计算能力得以执行,实现用户意图在网络节点转发决策中的主动使能,构成新型主动表意网络i-ECAN。主动表意网络可以在视频直播加速、物联网数据融合、端系统安全认证等场景中得到应用。基于CORE模拟器构建网络演示环境,对无线网络切换和基于主动表意网络的无线网络切换的延迟进行比较,证明了主动表意网络机制的合理性和可行性。主动表意网络扩展了新的端系统和网络之间的接口,为人-网协同提供了基础。     

远程唤醒的研究与实现

基于Internet报文的存储转发机制，以WFM2．0和Magic Packet1．0技术规范为标准，提出了远程唤醒的三种工作模式；对被控主机的访问以及相应模式下唤醒包的转发两大技术障碍进行了剖析，给出了实现远程唤醒的多种解决方案。     

流的大小与传输速率相结合的双门限检测算法

提出基于流传输速率与数据量的双门限检测算法。为满足高速网络传输的性能要求,使用Hash表存储流检测的数据结构,将Hash表的冲突处理与基于流速率的缓存替换相结合以实现高效的大流检测,通过限制Hash桶的容量,确保报文的处理性能。真实网络数据的仿真测试结果表明:所提算法在相近的存储开销下,保持了较高的处理性能,准确性优于基于最近最少使用算法的大流检测及其派生算法以及基于统计计数的紧凑型空间节省算法。     

一种改进的旋转CRC数据校验设计方法

旋转CRC同时使用两个生成多项式产生校验数据。之前的方法校验能力弱,报文丢失后的检错失效率很高。提出了一种新的旋转CRC设计方法,通过比较,选取合适的更高次的生成多项式组合,并且修改了检验生成与检测机制,形成MR-CRC。FPGA实现结果表明,这种方法能够在较低逻辑复杂度的基础上提高校验能力,从而改善数据通信的可靠性,而且对系统性能影响甚小。通过比较16位MR-CRC与32位传统CRC的实现数据发现,前者在所用资源减少10%的情况下,频率提高了25%。     

信息战中的信息作战方法(连载四)

２．４密码加密措施密码技术提供了一种数学的数据转换（通过加密和解密）过程，将数据在公开的明文格式和安全的密文格式之间转换来获得保密特性。加密算法（密码）的强度是衡量密文承受密码分析攻击（试图解开密码、发现明文、消除秘密）程度的手段。由于这一过程固有的安全性，密码技术可以为报文、用户的身份认证提供保密性，为报文的收发提供保障（不可抵赖性）。密码加密过程的最终强度和共性在于其转换算法的数学表达式。本章只是从功能上加以介绍，要进一步理解密码系统还要参阅许多有关数学处理方面的论著。通用密码系统（图２．５…     

基于北斗短报文的远海实时精密单点定位

针对远海精密导航与定位费用高昂的问题,提出利用北斗短报文传输多模全球导航卫星系统的实时服务数据,实现远海实时精密单点定位。为了降低通信成本和硬件成本,本研究对实时服务数据进行简化,弥补了北斗短报文带宽的不足;为了克服北斗短报文频率低的缺点,采取了实时精密星历预报的方法,来获取分钟间隔以外时刻的卫星轨道位置和钟差改正。对基于北斗短报文的远海实时精密单点定位的数据处理过程进行了仿真模拟。后期处理实测海洋观测数据,对定位性能进行测试,可实现水平方向厘米级定位,竖直方向精度为10~20 cm。该方法为低成本的远海实时定位提供了技术参考。     

高速互连网络中基于网卡的归约计算硬件卸载机制

聚合通信广泛应用于高性能计算的研究和工程领域。在大规模的科学和工程计算中,聚合通信开销占据很大比例,有时甚至可达到全部消息传递开销的80%,是高性能计算系统的性能瓶颈。因此提出了一种基于网卡的归约计算硬件卸载机制,通过在网卡上嵌入归约操作逻辑部件,实现了数据在传输过程中的计算,减轻了CPU的负担,降低了通信延迟。通过FPGA平台实现了16节点的归约操作实验,并基于xNetSimPlus模拟器模拟了不同节点规模的归约操作。实验证明,卸载机制能有效减少聚合通信中归约操作的时间,所提支持归约计算的网卡卸载机制最高可以加速归约操作2.71倍。     

基于新型非易失内存的远程零拷贝文件系统

为提升物联网与边缘计算应用中前端节点间的数据访问效率,提出了一种新型远程零拷贝文件系统。该文件系统无须借助特殊硬件,可直接基于通用网卡设备实现零拷贝的数据传输框架;充分利用新型非易失内存的随机访问特性,尽可能减少数据缓存和拷贝,提高数据访问的吞吐量。建立缓冲区池,精简并融合传统网络栈和存储栈,从而缩短文件访问路径,减少软件冗余,降低数据访问延迟。最终提供高带宽、低延迟的远程数据访问性能。测试结果表明,远程零拷贝文件系统比传统网络文件系统减少了42.26%～99.19%的读写延迟,细粒度访问下的吞吐量最高可提升1297倍,显著降低了处理器开销和缓存失效次数。     

基于SoPC和NFS的虚拟SATA硬盘

大数据背景下,网络文件系统NFS作为一种成熟的分布式文件系统,为数据存储、管理提供了良好解决方案;So PC是基于软硬件协同设计的片上可编程系统,应用前景十分广泛。系统以SATA硬盘为存储介质实现了一个基于So PC的完整网络存储结构。重点介绍了如何在FPGA内嵌Micro Blaze处理器上设计实现NFS服务组件、文件系统软件,以及如何设计实现SATA硬盘控制硬件IP核。经Xilinx的XUPV5_LX110T开发平台调试验证,So PC网络存储软硬件系统工作正常,可以用作云存储的虚拟资源节点。     

异构混合存储的软硬件协同数据放置策略

分析比较当前大数据中心典型混合存储架构,针对其不能综合运用存储管理系统和存储设备优势的问题,提出软硬件协同的数据放置策略,同时考虑软件层混合存储管理系统和硬件层混合存储设备的特点,根据应用特性为数据选择合适的存储管理系统和设备。面向不同应用场景,提出运行前规划存储路径的静态放置模式和运行中规划存储路径的动态放置模式。基于存储管理系统和设备性能参数建模,采用仿真方法实现各数据放置策略,并运行实际应用中的三类负载进行实验测试,结果表明采用软硬件协同的数据放置策略相比只考虑存储管理系统和存储设备的数据放置策略,性能可以提高近30%。