具有范围选择的传感网络再编程协议算法研究

已有的传感网络再编程协议大多假定网络中所有节点是同类的,运行同一版本的应用程序,而实际网络节点是异类的。提出了一种新的具有范围选择的再编程协议,该协议变传统的ADV-REQ-DATA三次握手该协议为路由形成、代码传送、请求丢失包三个阶段协议,有效地降低了参与代码转发的中间节点数;中间转发节点通过获取一跳范围内希望接收更新代码数据的节点序列,采取单播或组播方式有针对性传送更新代码,而不是泛洪式的广播,减少了REQ确认信息包,并能统计出参与代码更新的同类节点数和参与代码转发的异类中间节点数。性能分析与模拟实验表明:该协议在平均延时、能量消耗等方面优于传统的Aqueduct。

基于可编程协议无关报文处理的分布式拒绝服务攻击检测

传统软件定义网络(SDN)中的分布式拒绝服务(DDoS)攻击检测方法需要控制平面与数据平面进行频繁通信,这会导致显著的开销和延迟,而目前可编程数据平面由于语法无法实现复杂检测算法,难以保证较高检测效率。针对上述问题,提出了一种基于可编程协议无关报文处理(P4)可编程数据平面的DDoS攻击检测方法。首先,利用基于P4改进的信息熵进行初检,判断是否有可疑流量发生;然后再利用P4提取特征只需微秒级时长的优势,提取可疑流量的六元组特征导入数据标准化—深度神经网络(data standardization-deep neural network,DS-DNN)复检模块,判断其是否为DDoS攻击流量;最后,模拟真实环境对该方法的各项评估指标进行测试。实验结果表明,该方法能够较好地检测SDN环境下的DDoS攻击,在保证较高检测率与准确率的同时,有效降低了误报率,并将检测时长缩短至毫秒级别。

一种能量有效的基于虚拟骨干网的WSN范围选择再编程协议

提出了一种能量有效的具有范围选择的网络再编程协议。该协议首先根据要更新的应用程序、节点的剩余能量、有效度数和节点间的链路质量,选出合适的核心节点,创建虚拟骨干网。然后分两个阶段实现数据传输。在第一阶段软件影像由Sink节点通过流水线的方式,先传输给核心节点;在第二阶段由核心节点并行传输到需要的普通节点。有效地减少了参与再编程的节点数,节省了能量,实现了范围选择。另外,引进协调的睡眠机制,进一步降低节点的能量消耗。性能分析与仿真实验表明:与协议ThreeStages和Aqueduct相比,本协议节省了大约5.6%～24.8%的平均延时和5.1%～27.7%的能量消耗。

基于最小节点度的WSNs传输功率控制重编程协议

为了降低节点能耗,提高能量的利用率,提出了一种高效节能的基于最小节点度的传输功率控制(MND—TPC)重编程协议。该协议首先根据每个节点的剩余能量、最大的传输功率、节点度和链路质量来进行网络的初始化,然后分2个阶段完成数据传输。第一阶段通过节点密度、节点度和M度节点的百分比等产生传输范围的调整模型来构建高效的优化网络;第二阶段通过对节点之间发送功率和剩余能量的比较来筛选发送节点,以保证网络负载的均匀分布,有效地实现了高效节能,从而提高整个网络的生存周期。理论分析与实验结果表明:与多跳网络编程(MNP)协议在不同发送功率下相比,平均能量消耗至少降低35.48%。

基于速龙码的WSNs传输功率控制重编程协议

为了降低节点能耗,提高能量的利用率,提出了一种高效节能的基于速龙码(RC)的传输功率控制(RC-TPC)重编程协议。该协议分两个阶段完成数据传输,第一阶段各个节点更新自己的位置信息,形成最优化的拓扑结构。进入第二阶段后,根据优化的拓扑结构通过调整发送节点的传输功率和中继节点的累计选择次数,Sink节点选择适当的中继节点,使中继节点的传输功率和RC的开销达到最优化。此外,RC的编码方式使传输数据包发生的错误概率更小,减少了重编程过程中的冗余以保证网络负载的均匀分布,有效地实现了高效节能,从而提高整个网络的生存周期。理论分析与实验结果表明:与MNP协议和ATPC协议相比,RC-TPC协议用于传输的平均能量消耗降低17.2%。

FastRMT:一种面向微体系结构创新的高速数据平面可编程系统

网络数据平面可编程(Data Plane Programmability)给网络转发设备的数据平面赋予强大的可编程性,在不更换设备的情况下,可以动态部署新型机制与服务,例如路由转发核心机制、网络安全控制功能、网内计算加速服务等.由此,数据平面可编程成为业界和学术界高度关注的新兴技术,并已在主流云服务提供商投入应用.可重构匹配表架构(Reconfigurable Match Table Architecture,RMT)由于出色的处理性能和采用P4语言灵活编程的特性,成为数据平面可编程的热点研究方向.然而,受困于RMT架构复杂的体系结构设计、芯片闭源的服务机制以及门槛较高的FPGA设计开发,使得RMT研究人员难以通过FPGA,对RMT创新设计以及100 Gbps以上真实性能场景进行敏捷验证.本文提出并实现了一种数据平面可编程系统FastRMT,首次开源了FPGA级的系统实现.FastRMT支持RMT架构可编程协议解析、自定义规则匹配、超长指令字的并发动作执行引擎等核心功能,支持P4语言对系统进行编程.FastRMT具备松耦合与模块化的特点,研究人员可以替换模块或者对系统进行动态重构,从而实现新型机制或体系结构的敏捷开发与验证.本工作包含交换机原型与网卡原型两种版本,支持主流FPGA芯片,系统可完成100 Gbps的报文线速处理能力,1500 B报文处理延迟仅为1.22μs,体现了FastRMT作为基础框架对微体系结构创新和生产线级别验证的优势和可行性.

基于VB和三菱编程口协议的PLC工控系统通信设计

通过分析目前被广泛应用的PC机+触摸屏+PLC的监控系统的串行通讯设计,提出了一种基于VB6.0和三菱编程口协议的串行通讯的实现方案。该方案不需外加三菱的专用通信板,实现了简单硬件连接下的快速稳定的串行通讯,而且不需对PLC的D8120进行设置,简化了PLC程序;在三菱通讯口协议下应用VB6.0编写的串行通讯程序适应于FX全系列PLC,使PC机可直接对PLC的软设备进行读/写、强制置/复操作,在实际应用中无论通讯的准确性和稳定性均达到工控系统要求。

探讨开源软件在网络协议编程中的教学应用

提出利用开源软件来解决网络协议编程教学中存在的编程技术复杂、编程能力要求高等问题。利用开源软件屏蔽协议编程中复杂的底层技术,学生可以自主进行网络协议程序编写,降低协议编程的门槛,有助于学生加深对网络原理的理解,同时提升学生的编程实践水平。

物联网工程“Zigbee协议与编程”教学改革探讨

针对物联网技术发展的要求,学校在全面考虑学生、企业、高校三方面的前提下,从课程设置、教学方法、专业素养等方面对高校物联网专业的"Zigbee协议与编程"课程进行教学改革,倡导"项目驱动式"的教学模式,以工程应用为目标,将理论知识融合于实践,以便有效提高学生的理论知识和专业技能,使其在未来就业中具备较好的竞争力。

一种可编程多协议接口芯片设计与实现

基于0.18 μm BCD工艺,设计了一款可编程多协议串行接口芯片。该芯片采用数字和模拟混合信号芯片设计技术,实现了可编程协议选择、4通道收发器、三态控制、单电源、高速传输、ESD、电荷泵等功能。测试结果表明:可支持RS-232、RS-422、RS-485等多种协议,ESD满足抗±15 kV人体静电能力,RS-232传输速率不低于120 kbyte/s,RS-422传输速率不低于10 Mbyte/s。已经通过设计、仿真、流片、封装、测试、验证,成功应用于多型产品中。

讲练结合+翻转课堂教改实践与反思——以TCP/IP协议与网络编程课程教学为例

针对TCP/IP协议与网络编程课程涉及计算机网络知识和JAVA编程,知识内容广泛、晦涩难懂,学生接受速度慢等特点,采用一种讲练结合+翻转课堂的教学模式,该教学模式根据不同课程内容的特点和难易程度使用不同的教学方法。实践证明,这种教学模式不仅能提高学生的学习积极性和听课效率,而且能提高学生的沟通交流能力和实践能力。

基于P4的可编程数据平面研究及其应用

可编程协议无关报文处理(Programming Protocol-Independent Packet Processors,P4)使网络管理员能够定制交换机的数据包转发行为,提升了数据平面的可编程能力与报文处理的灵活性,从而很容易实现新功能、支持新协议,减少了开发周期与开发成本,为解决当前网络体系结构中长期存在的挑战以及设计新型数据平面功能提供了一种新的解决方案.并且,将一些原本由中间件实现的网络功能、端服务器实现的应用卸载到可编程数据平面上,还能获得可观的性能收益,提升网络与应用的整体表现.本文首先概述了可编程数据平面的发展历史与P4的研究背景.接着,本文介绍了P4语言及其架构,包括P4语言的设计目标、P4抽象转发模型、工作流程、P4语法要素.然后,本文总结了目前P4语言在语法、功能、标准规范等方面存在的问题,并将P4语言与其他数据平面编程语言进行了简要对比.之后,本文介绍了基于P4的可编程数据平面的最新研究进展,包括对异构平台的兼容、编译器的设计和优化、开发工具的设计和实现等方面.此外,本文从负载均衡、网络测量、网络安全等方面展现了学术界与工业界基于P4与可编程数据平面作出的应用成果.紧接着,本文探讨了满足什么条件的网络功能与终端应用才应该被卸载到数据平面上执行,为读者今后的研究提供参考.最后,本文探讨了未来P4研究工作的趋势与亟待解决的若干问题.

一种抗网络侦察的网络指纹在线混淆机制

网络指纹探测是实施网络攻击之前的重要情报获取工作。但作为一种主动对抗指纹探测行为的典型方法,现有的网络指纹混淆技术仍存在部署复杂性高、对端系统不透明,以及对网络性能影响大等问题。为此,基于可编程数据平面技术,提出了一种抗网络指纹探测的分组在线混淆机制P4FO。P4FO利用可编程交换机的灵活分组处理能力,以端系统透明的方式在线混淆网络指纹信息。在分析探测流响应速率特征的基础上,实现了“识别—重构”相结合的网络指纹两阶段混淆方案,支持融主动探测流识别、虚假指纹定制,以及在线指纹混淆等能力为一体,并能够缓解高速网络环境中可编程交换机的资源约束。基于真实网络流量数据集的实验表明,P4FO在对抗网络指纹探测能力方面优于当前主流方法,为网络设备指纹保护提供了一种更为高效的解决途径。

一种可编程Slice的FC路由访问控制设计与实现

针对传统的航空电子环境下的光纤通道(Fibre Channel-Avionics Environment,FC-AE)交换网络路由访问控制灵活性不足的问题,设计了一种可编程协议处理单元(slice)进行FC的协议解析、匹配与处理,从而实现FC网络路由访问控制。该设计可根据用户需求对自定义的报文域段进行规则检查,并根据用户定义的访问策略进行报文的输出控制。相比于传统配置ZONE(物理端口分区)或者虚拟端口分区(Virtual SAN,VSAN)的路由访问控制策略,该设计可以将可选的配置域段范围带宽增加10倍,具有更高的安全性和灵活性。

基于DSP的V.34协议Modem的实现

V.34数据传输协议由国际电信联盟提出,采用了壳状映射、超星座图及四维网格编码等关键技术,可以在远距离数据传输时支持高达33.6kbps的数据传输速率。本文提出一种基于数字信号处理器(DSP)的V.34协议调制解调器(Modem)的实现方案,从硬件平台和软件协议编程分别作了阐述,并对其实时性作了分析。

计算机与PLC组成的通信网络

阐述了计算机与三菱FX2N-PLC构成的控制网络及其编程原理。

基于P4的主动网络遥测机制

随着以可编程协议无关报文处理语言(P4,programming protocol-independent packet processors)为主要编程语言的可编程数据平面的兴起,给网络遥测领域带来了新的发展机遇。带内网络遥测(INT, In-band network telemetry)就是其中一种具有代表性的能够探测到设备级遥测数据的被动遥测技术。然而INT的探测范围受到探测点部署位置的限制,难以获取全局网络视图。同时将遥测指令和数据封装到正常数据分组所带来较高的探测开销以及部署和运维的复杂性导致可扩展性不好。为此,提出了一种基于P4的能够覆盖全网且可扩展性强的主动网络遥测平台Net Vision。

基于流分类的数据中心网络负载均衡机制

为充分利用数据中心网络的多路径带宽,现有研究多采用基于链路感知的负载均衡算法,在动态获取全局链路拥塞信息后选取最优路径对流量进行转发.然而这些研究未考虑数据中心网络流量大小分布不均匀的特性,难以在选路成本和转发效率上取得平衡.为此,设计一种基于流分类的数据中心网络负载均衡机制(ULFC,Utilization-aware Load balancing based on Flow Classification),在实现拥塞感知的基础上进行流量特征分析,采用不同的策略为大、小流分配路径,实现网络流量特征与选路方法优势的最佳匹配.实验结果表明,相比于现有方案,ULFC的平均流处理效率提高了1.3倍至1.6倍,路由成本降低了50%以上.

基于ZigBee与PLC的圈舍环境监控系统设计与实现

针对养猪场圈舍通风降温设备改造要求,采用CC2530设计制作——ZigBee网络,实时监控环境数据,并在ZStack下实现CC2530与Fx2N PLC的编程口通信协议通信,自动控制风机喷淋设备,取得了预期监控效果。

P4交换机在天地一体化网络中的应用

卫星通信网络基于TCP/IP架构接入互联网是构建天地一体化网络的前提。由于卫星通信网络路由设备具有硬件升级困难及通信容量、设备功率受限等特点,提高组网和维护难度。随着软件定义网络及P4等技术不断发展并深入应用,采用数据面编程技术能够较好地解决上述问题。分析基于软件定义网络及P4等技术在现有网络的解决方案,并在此基础上提出一种卫星通信网络接入天地一体化网络的数据面编程策略,通过变长地址设计提升卫星网组网效率,在BMv2模拟环境进行验证,证明了基于P4在卫星网实现高效传输的可行性。