面向软件定义车联网的链路故障快速恢复方法

针对软件定义车联网(SDIV)的车-路实时查询类通信场景中单链路故障的问题,提出一种面向SDIV的链路故障快速恢复方法,综合考虑了链路恢复过程时延和恢复后路径的传输时延。首先,对故障恢复时延建模,将最小化时延的优化目标转化为0-1整数线性规划问题。然后,分析该问题,力图最大化复用已有计算结果,并根据不同情况提出两种算法:在流表更新时延相对路径传输延迟不可被忽略的情况下,提出基于拓扑划分的路径恢复算法(PRA-TP);在流表更新时延相对路径传输延迟较小可被忽略的情况下,提出基于单链路搜索的路径恢复算法(PRA-SLS)。实验结果表明,相较于Dijkstra算法,PRA-TP的计算时延和路径恢复时延分别降低25%和40%,PRA-SLS的计算时延降低60%,可实现快速的汽车端的信息传输单链路故障恢复。

基于MPLS的软件定义车联网主动式故障恢复机制

在软件定义车联网(SDIV)通信场景中,链路故障快速恢复是保证车端信息服务质量的关键技术之一。为此,提出一种基于MPLS的主动式故障恢复机制。在发生链路故障时,由故障链路上游交换机将备份路径信息封装至数据包头的MPLS标签中,转发过程中交换机匹配数据包头MPLS标签中信息进行转发;同时,考虑链路负载、可用带宽等性能指标,周期性地为拓扑中的每条链路更新备份路径。实验结果表明,与现有方法相比,所提机制有效降低了备份路径流表存储开销、数据丢包数量和恢复时延,可实现面向车端信息传输链路故障的快速恢复。

基于元能力的SDN功能组合机制

软件定义网络(SDN,software-defined network)促进了控制逻辑的快速创新,使控制逻辑模块化和模块组合机制成为SDN的热点研究方向之一。为了在功能模块统一定义和规范划分的基础上实现网络功能组合,首先,从可重构网络引入"元能力"作为SDN控制功能模块划分的原子要素,提出一种基于元能力建模的统一资源描述方法;其次,针对网络功能灵活组合问题,提出了一种基于二级映射的元能力组合模型并给出其启发式算法;最后,为实现元能力组合,设计了作为SDN应用层扩展结构的元能力编排层,并给出基于Net FPGA-10G平台的原型实现。仿真实验与结果表明所提功能组合机制提高了组合效率及节点资源利用率。

一种支持网络功能演进的可重构数据平面

传统网络体系在安全、服务质量保证、流量调度等方面难以适应互联网的发展,而新型网络体系如SDN(Software Defined Networking)、NDN(Named Data Networking)等,由于路由器、交换机等传统网络设备电路固化,限制了新型网络功能的试验和部署.针对此问题,本文设计了支持网络功能演进的可重构数据平面(Reconfigurable Dataplane for network Function Evolution,RDFE),通过插入用户配置单元的方式对数据包解析、匹配和处理过程进行编程,从而支持用户自定义的功能部署;其次,针对RDFE提出基于树型结构的解析映射和匹配映射算法,将用户定制功能映射到硬件结构中;最后,基于Net FPGA-10G板卡完成了RDFE的原型实现,与现有的Kangroo、EPC(Elastic Protocol Customizable)、Label Cast等方案相比具有更高的转发速率和更低的资源利用率.

一种软件定义网络的安全服务链动态组合机制

网络安全功能与硬件设备的紧耦合关系,造成传统网络安全服务模式静态僵化,难以满足未来业务发展的多样化安全需求。为此,基于软件定义网络环境,该文提出一种灵活可配的安全服务链动态组合机制。首先,介绍了该机制的总体结构,并建立了基于向量空间和整数规划的组合模型。其次,设计了启发式算法进行模型求解,并构建了该机制的实现原型。最后,实验结果表明所提组合算法在性能指标上优于对比算法,并且试验验证了该机制的优势。

面向SDN/NFV架构的VNF硬件加速资源编排机制

SDN/NFV架构中虚拟网络功能(VNF,virtual network function)的性能受限问题,使VNF的硬件加速机制成为研究热点。在部署硬件加速资源后,如何实现对硬件加速资源的统一管控和最优编排是亟待解决的问题。首先,提出了基于分离式控制的硬件加速资源统一管控架构;然后,将传统网络资源和硬件加速资源统一到网络模型中,并将硬件加速资源编排问题建模成基于线性约束的多目标优化问题;最后,设计了加速卡优先部署的启发式算法对问题进行求解。实验结果表明,与现有研究相比,所提机制能有效整合硬件加速资源,降低了近30%的处理时延。

一种解析与执行联动的SDN可编程数据平面

当前互联网技术发展迅速,新型网络协议的不断出现,要求网络转发设备能够及时提供对新协议的支持.目前,软件定义网络要兼顾可编程协议解析和数据转发性能仍然面临诸多困难.对此,本文提出了基于解析和执行联动结构的可编程数据平面(CLIPE),通过在硬件的解析器上部署用户可定义模块,可实时更新硬件中解析逻辑中的协议多叉树,从而实现协议解析的用户定制性;并且,通过解析器和动作执行器联动的创新结构,减少了整个处理架构的冗余性,从而减小动作执行时延,提高了硬件资源利用率,与现有方案相比,节约了11%的逻辑资源和24%的BRAM资源.最后,本文基于NetFPGA-10G板卡完成了本方案的原型机实现.

SDN中一种基于多级流表的功能组合方法

软件定义网络(Software-Defined Network,SDN)中的网络应用往往需要实现多种功能以满足上层业务需求,而如何对运行在控制器上的功能模块进行编排以完成数据包的多功能组合处理是一个仍待解决的问题.针对该问题,本文提出基于多级流表的功能并行和串行组合方案;其次,提出与任意多级流表交换机相适配的功能组合算法;最后,在Ryu控制器中添加功能组合模块并基于Net FPGA-10G节点完成了功能组合的原型实现.仿真实验与结果表明,与现有功能组合方案相比,所提功能组合方法降低了流处理时延及表项存储开销.

一种支持硬件加速的虚拟网络功能部署模型

为解决以软件实现的虚拟网络功能(VNF)性能受限问题,软件定义网络和网络功能虚拟化(SDN/NFV)等新型网络架构引入了硬件加速资源。硬件加速资源的部署,使得VNF能够为日益增长的数据流量提供服务保障。该文针对已有研究未考虑具有高性能数据处理需求的服务链VNF部署问题,提出一种支持硬件加速的VNF部署模型。该模型基于硬件加速资源的承载特性,在保证未加速VNF到商用服务器的优化部署下,优先实现交换机中加速资源的复用,并根据网络业务的性能需求,灵活调整加速资源与VNF的映射约束。仿真实验表明,与其他典型部署方法相比,在引入相同硬件加速资源的情况下,该模型可以承载更多的业务流量,满足服务链高性能数据处理需求,有效提高了部署在网络中加速硬件的资源利用率。

支持业务需求灵活定制的多态路由系统

传统僵化单一的路由机制已经无法适应未来多样化的业务需求和各种新型网络体系结构的试验与部署.针对此问题,本文基于路由功能与业务需求自适配的思想提出了多态路由模型,并设计实现了多态路由原型系统.该系统通过虚拟化技术以及灵活可编程的数据平面结构,实现了同构和异构网络中多种路由协议的共存,完成了基于路由服务描述的路由协议个性化定制和数据平面的多表选择查询与转发处理.最后,基于Net FPGA-10G平台设计实现了多态路由原型系统.相较于现有路由试验系统,多态路由系统在实现路由协议定制化及异构网络共存的同时,更好地保证了业务的服务质量,具有更高的转发速率以及可扩展性.

可重构可演进的网络功能创新平台

随着互联网的发展,新的网络体系和网络协议不断涌现。但由于传统网络设备硬件固化,限制了新型网络的试验和部署。针对此问题,提出了一种可重构可演进的网络功能创新平台,通过在软件平面对网络功能进行组合编排,完成了服务能力对业务需求的适应;然后,在硬件平面使用可配置可组合的元操作单元作为数据处理单元,实现了底层处理流程对上层功能的自适应承载;最后,结合两个应用案例分析了该平台的应用前景。

面向全可编程网络数据平面的资源优化方法

现有数据平面无法在整体上支持网络功能的创新和演进,因此面向用户可编程的新型网络数据平面技术发展迅速.针对现有可编程数据平面硬件开销过大且缺乏资源优化的问题,从解析器、匹配表、动作执行器三个方面建立了资源开销模型,并分别提出了类型域合并、匹配域偏移量合并、"域-字"拆分合并映射等资源优化方法.基于Net FPGA的仿真结果表明,与现有机制相比,所提方法减小了38%左右的资源开销.

SDN中一种基于拓扑变换的功能组合方法

现有软件定义网络(SDN)中的功能组合方法大多都在单节点内进行,均未考虑单节点交换机的功能承载力。为此,首先提出一种基于拓扑变换的功能组合方法,通过拓扑变换将功能组合分散到多个节点中进行处理。其次,将拓扑变换建模成0-1线性规划问题并提出了综合搜索算法进行求解。最后,基于Net FPGA-10G和Ryu控制器完成了所提功能组合方法的原型系统实现。实验结果表明,与现有方法相比,所提出的功能组合方法在降低流处理时延和存储开销的同时提高了组合效率。

一种基于多级流表的中间件服务链的部署方法

为了解决服务链部署中的路径循环和源地址绑定问题,首先,提出一种新的服务链部署方法,该方法利用Open Flow多级流表标识服务链及服务顺序,从而使数据分组按照需求的服务顺序正确处理;其次,提出服务链部署算法以实现服务路径到流表规则的映射;最后基于Net FPGA-10G完成了原型系统实现。仿真结果表明,该部署方法具备可行性,并降低了流表数量和时间开销。

基于可编程硬件的NFV数据包加速处理结构

针对网络功能虚拟化(Network Function Virtualization,NFV)在通用服务器中部署的处理性能受限问题,该文提出了一种基于硬件加速的虚拟网络功能(Virtual Network Function,VNF)处理结构:FARD(Function Adaptive and Resource Dividable hardware structure).通过可编程的包头解析器和动作处理器,FARD可实现任意L2/3/4层功能实例的硬件加速处理;通过动态可分割的匹配表结构,FARD支持不同功能实例间的资源动态分配和隔离.基于NetFPGA-10G的实验结果表明,对比基于纯软件实现的VNF,FARD加速结构提升了近60倍的包处理吞吐率.

支持IPv6试验和部署的新型数据平面结构研究

为了解决IPv4网络体系结构和设备难以满足IPv6网络在数据包解析、匹配、动作执行等方面的问题,提出了一种支持IPv6试验和部署的新型数据平面结构.该结构包含一种同时支持策略和功能的数据平面抽象机制以及一种应用于IPv6下一代互联网的数据平面硬件结构,支持多种创新网络体系结构在同一网络中共存,实现对新型协议的试验和验证,支持可定制的协议解析、灵活可编程的分组处理以及内部资源的动态组合,以支撑未来网络功能的试验、部署和评估.通过系统试验和分析,验证了该结构在可接受资源开销的情况下具有较高的转发性能.

基于FPGA-Jetson的智能电网硬件实时联合仿真

智能电网是一个电力网络和通信网络耦合的物理信息电力系统(CPPS,cyber-physical power system),这种双域耦合的特性使得对其实时仿真成为难点。不同于现有基于软件同步的联合仿真方法,借助了FPGA的可编程计算能力和Jetson的实时操作系统,设计了基于FPGA-Jetson平台的智能电网硬件实时联合仿真架构,在FPGA板卡内进行电力系统仿真,在Jetson平台中完成信息通信系统仿真,利用PCIe数据通道模拟双域的信息交互。通过充分发掘各个模块的计算和数据传输能力,可以实现对“电网+通信网”双域联合的实时仿真。最后,针对广域AC-DC混合输电网和微电网两个典型智能电网场景设计了相应的实时仿真模型及参数,验证了所提实时联合仿真架构的可行性和可扩展性。

平煤六矿综采工作面过落差9.5m断层实践

根据丁5-6-22240采煤工作面F8断层特点,从过断层准备工作、震动炮方案、瓦斯管理等方面进行了工作面过断层实践,为矿井过大断层积累了经验。

早寒武世西乡生物群四方塔形壳锥体类型及内部结构初探

早寒武世早期"西乡生物群"以盛产不同生长阶段四方塔形壳Quadrapyrgites及大量形态各异的微骨骼化石为特色。在数百枚Quadrapyrgites化石中发现3种不同锥体类型,并对Quadrapyrgites内部结构作初步研究。陕南西乡生物群中Quadrapyrgites化石材料的大量获得,为研究真后生动物起源演化、体型构建提供了丰富材料。