一种适于片上路由器的自适应缓冲调整策略

在典型的片上网络路由节点中,来自不同方向的报文被存储在相互独立的缓冲资源中。在网络负载不均衡的情况下,某些方向的报文将很快填满该方向的缓冲,而其他方向仍可能有较多的缓冲资源处于空闲状态,这样就导致了网络中的缓冲资源利用率不高,进而影响片上网络的整体性能。提出了一种自适应的片上缓冲调整策略,能够根据网络负载情况动态调节缓冲结构,有效地提高了缓冲资源的利用率。在90nmCMOS工艺下设计实现了多端口共享缓冲资源的片上网络路由器,实验结果表明,在负载不均衡的网络中,提出的路由器能够带来性能改进及功耗降低;在达到相同性能的情况下,新路由器的面积较典型路由器减少了20.3%,而其缓冲功耗节约了41%左右。     

管道流量泄漏监测的网络链路层路由协议的实现

针对管道流量泄漏和管网突发性的爆管,以管道流量泄漏为应用对象,将一种协同式拥塞控制协议应用于管道流量泄漏监测中,提出TCP(Transmission Control Protocol)拥塞控制改进协议C3P(Cooperant Congestion Control Protocol),通过C3P源端检测RTT(Round Trip Time)延时信息和路由器反馈的1 bit显式预测信息来判断网络拥塞状态,自适应地调节拥塞窗口。仿真实验表明C3P协议能够有效地适应这种高带宽延时网络的传输特性,以保证网络获得更优的链路利用率、TCP友好性以及流与流之间的公平性。     

k-ary n-cube中的移动气泡流控策略

在k-ary n-cube网络中,气泡流控是一种有效、实用的死锁避免技术,它不必依赖虚通道就能避免环网中出现的死锁问题。如果流控策略能感知到维度内缓冲区的总体使用情况,就能够更加高效地进行调度,从而提高网络性能。为了避免关键气泡机制引起的阻塞,提出了伪报文协议;结合伪报文协议,设计了移动气泡流控策略,它有效实现了维度内的全局资源感知能力。与局部气泡流控相比,路由器每条输入通道仅设置一个报文缓冲区就可以避免环网中的死锁,即最小资源需求减少了一半。网络模拟结果表明,该机制不会出现永久阻塞;在distribute、hotregion和uniform传输模式中,该机制可以有效提高网络吞吐率20%以上,并且在网络饱和后吞吐率依然维持稳定。     

流间网络编码中的自适应通知报文发送机制

流间网络编码机制需要借助通知报文来确定编码机会,现有的机制一般采用"τ间隔通知机制",但对通知间隔τ的选取及其导致的开销并未进行分析。通过分析"τ间隔通知机制"所产生的通信开销及其对编码机会和吞吐量的影响,提出一种自适应通知报文发送机制。在自适应通知报文发送机制中,无线节点根据局部网络的流量自适应地确定发送间隔,且通知报文仅携带最近2个通知间隔侦听到的数据包信息,在保证编码机会的情况下降低通知报文中携带的信息量和通知报文的发送频度,从而降低附加开销和冲突。网络模拟器仿真实验结果表明:自适应通知报文发送机制能有效地减少通知报文发送的额外带宽开销,取得比采用"τ间隔通知机制"的流间编码机制更高的吞吐量。     

片上网络中一种单周期2GHz无缓冲路由器

近年来,无缓冲路由器由于不需要缓冲器而成为片上网络低开销的解决方案。为了提高无缓冲路由器的性能,提出一种单周期高性能无缓冲片上网络路由器。该路由器使用一个简单的置换网络替换串行化的交换分配器与交叉开关以实现高性能。虚通道路由器与基准无缓冲路由器相比,该路由器在TSMC65nm工艺下可以以较小的面积开销达到2GHz的时钟频率。在合成通信负载与真实应用负载下的模拟结果表明,该路由器的包平均延迟远小于虚通道路由器和其他无缓冲路由器。     

一种基于层次位线缓冲的异步片上路由器

片上缓存资源是片上路由器的重要组成部分,其结构好坏直接关系到片上互联网络的实现复杂度、整体性能及功耗开销。鉴于异步电路的握手工作方式,异步路由器一般采用基于移位寄存器的异步FIFO(First In First Out)实现片上缓冲,这种结构导致了报文传输延迟及数据翻转次数增加。提出一种基于层次位线缓冲的异步FIFO结构,设计实现了一种新的异步路由器结构。相对于传统异步路由器,新的异步路由器能够有效降低路由器设计的硬件复杂度,减少数据的冗余翻转,降低功耗。实验结果表明在相同配置的情况下,新异步路由器面积降低了39.3%;当异步FIFO深度为8的时候,新异步路由器能够获得41.1%的功耗降低。     

ATS: 一种基于通告时间戳的BGP收敛性改进机制

研究BGP收敛性改进问题,考虑网络运行状况,提出一种新的机制,称为通告时间戳机制ATS(advertisement time stamp)。在该机制中,BGP路由器在向对等体发送路由通告报文时,将相应的路由前缀打上时间戳。当通告报文准备好时,通过查看相应前缀的时间戳来判断报文是否可以立即发送还是应该等待。该机制充分融合了每对等体每目的网络速率限制定时器和每对等体速率限制定时器各自的优点,克服各自缺点。分析表明,该机制可以较大地减少Tup、Tlong及Tshort事件的收敛延迟。     

THO-MAC:一种两跳优化的低延迟低功耗无线传感器网络介质访问控制协议

功耗与延迟是无线传感器网络介质访问控制协议设计首要考虑的两个问题。提出了一种新的传感器网络低延迟、低功耗、接收节点初始化异步介质访问控制协议——THO-MAC协议。通过准确预测接收节点的唤醒时间,THO-MAC协议调度发送节点侦听信道,从而减少发送节点空闲侦听能量浪费。THOMAC协议在发送节点两跳转发节点集中选择使报文两跳转发延迟最小的转发节点,从而降低报文传输延迟。使用NS2模拟器对THO-MAC协议进行了详细模拟。模拟结果显示,与RI-MAC和Any-MAC协议相比,THOMAC协议可以减少35.5%和18%的报文传输延迟,同时节省23.5%和15.5%的节点功耗。     

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。     

基于网络处理器的新型IPv6转发系统的设计与实现

转发与控制分离结构的提出和网络处理器的发展对路由器的扩展性、灵活性、性能具有重要的影响,而IPv6作为下一代互联网协议的核心,是路由器研究的重要对象。简要阐述了基于转发与控制分离结构ForCES的IPv6路由器的系统结构,重点论述了基于网络处理器的IPv6路由器的转发结构、双栈转发系统的流程设计和隧道机制设计的实现,给出IPv6路由器原型系统的实际测试结果。     

多约束条件下互联网骨干网路由器级拓扑生成方法

互联网骨干网是网络流量的中枢传输系统,其路由器级拓扑结构对于网络抗毁性分析具有重要意义。由于难以获取互联网骨干网路由器级的真实拓扑,通过分析骨干网的形成因素,将地理位置、节点间联系强度、基础设施费用、鲁棒性等因素结合起来,提出一种多约束条件下的互联网骨干网路由器级拓扑生成方法。该方法既可以构造难以公开获取网络测量数据的骨干网,也可以用来生成某一骨干网的多种替身拓扑集。通过现实中的互联网骨干网作为实例,验证了方法的有效性。     

网络模拟器ns的软件框架分析及扩展应用

目前在网络研究方面广泛使用的一种网络模拟器——ns(network simulator)一种离散事件驱动的网络模拟工具,它支持TCP协议的多个版本(包括SACK、Tahoe和Reno)以及路由调度算法,为模拟TCP协议、路由算法和多播协议提供充分的支持。文中主要对这种模拟器的特点、系统结构和仿真功能进行了介绍,着重讨论了ns中体现系统设计中实现机制与使用策略分离原则的分割编程模型,以及为了实现对各种特定通信环境和新机制的模拟,通过代码扩展深入使用模拟器的方法。     

战场通信网络消息处理模型研究*

针对战场通信网络建模需求,基于 EBI建模框架,提出了面向实体的战场通信网络建模方法,探讨了战场通信网络实体模型的组成结构.重点分析了战场通信网络消息处理模型的作用和功能,给出了消息处理模型的仿真工作流程,对消息处理模型中的消息列表、通信事件列表、网络路由算法进行了阐述,并结合通信节点实体模型中的消息缓冲器,探讨了消息处理模型管理和维护通信事件列表的方法.     

计算机网络级联失效建模与分析

针对以往级联失效模型负载局部重分配规则与现实计算机网络全局路由特点不吻合的缺陷,模拟网络中信息流传输过程。定义路由器的失效条件,建立基于负载全局重分配的级联失效模型,并在此基础上提出基于连通和性能两方面的级联失效影响评价参数,进而分析用户流量和攻击方式对计算机网络级联失效的影响。结果表明,随着流量的增大,级联失效存在相变行为,相变点刻画了网络在不会发生级联失效前提下的最大传输能力。此外,针对网络中高度节点的攻击,更为容易引发大规模的级联失效,应予以重点保护。     

基于加密机制模式的无线路由器网络安全设计

在传统网络当中,各种密钥管理技术已经非常成熟,从密钥的生成、更新、维护、管理、销毁等各个方面均有成熟的技术。但无线路由器网络的节点无法使用传统网络的非对称密钥体制,因此,传统的密钥管理技术也同样不适用于无线路由器网络。从基于位置的随机密钥预分配模型出发,探讨如何对其进行加密设计。     

基于多QoS约束的启发式路由选择算法设计与实现

针对时延、路由跳数以及网络资源利率3种约束，结合软件路由器项目，对路由选择算法的网络模型进行了描述和定义，并提出了基于多QoS约束的启发式路由选择算法（H_MCP）。通过在软件路由器上实现和测试，表明该算法具有可行性和启发性。     

基于ForCES体系结构的IPv6路由器的研究与实现

分析了开放网络体系结构研究现状,并在ForCES体系框架下提出一个OpenRouter路由器结构模型,该模型由四个逻辑层次组成,三个标准的API对路由器进行功能模块化分离,使标准模块化路由器实现成为可能。在此基础上,重点介绍了遵从OpenRouter结构模型的IPv6路由器系统的实现及关键技术。     

分布式BGP协议体系结构

随着Internet规模的扩展和连接密度的增加,作为域间路由标准的BGP协议面临严峻挑战。集群路由器的出现,其分布式的计算资源、存储资源以及体系结构上的高度可扩展,有利于解决BGP协议面临的这些问题。在分析BGP协议体系结构无法适应集群路由器分布式特点的基础上,通过对BGP协议功能的解耦合,提出一种新的、分布式的BGP协议体系结构。与传统方式相比,分布式BGP体系结构能够充分利用集群路由器的分布式的计算资源和存储资源,在协议可靠性、管理维护成本、协议多维可扩展性和简化BGP网络设计等方面具有极大优势。