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.

制造企业物联网信息安全威胁分析及防护策略研究

以某制造企业物联网系统为研究对象,对数据处理层中所存在的信息安全威胁进行分析,提出深度包检测的防护策略,并进行访问控制模块设计,并将其应用在某制造企业当中,进行安全防护测试,验证结果显示深度包检测模块具有良好的数据过滤功能,能够有效提高服务器的安全性。

可编程数据平面技术综述

在软件定义网络中,可编程数据平面提供的编程能力是网络功能虚拟化的基石。可编程数据平面技术的核心是可编程能力与数据包处理性能。首先从数据平面的可编程性出发,探讨现有数据平面的数据包处理抽象。然后,分别对数据平面实施的目标平台与对应平台上的主要流表算法进行介绍,详细论述现有数据平面技术。最后,探讨了高性能数据平面技术存在的关键挑战。

一种适应乱序数据包的雷达回波平滑显示方法

针对经分布式视频处理技术处理后的信息通过网络发送到后端显示软件具有乱序、片段化以及数据疏、漏等缺点,提出一种适应乱序信息处理数据包的雷达回波平滑显示方法,可实现基于处理器組的并行乱序扇区片段数据的排列、拼接、平滑及显示处理,并经实验验证了其有效性。

多核系统的小波包并行算法及其在电力系统数据压缩中的应用

利用多核并行技术,使用Pthreads与OpenMP并行编程环境在单机双核平台上开发小波包并行算法。通过分析串行算法潜在并行性,基于Pthreads将小波包分解数据分组并分配给不同的线程,由线程并行处理;根据小波包重构对象不同,重构过程实现并行处理近似重构与细节重构。基于OpenMP适当分解循环体,得出小波包嵌套与非嵌套并行算法,并将这些算法应用于电力系统海量数据压缩。与串行小波包算法的耗时比较表明,并行算法的速度可以达到接近串行算法的2倍,显著提高了小波包在电力系统应用中的计算速度及电力系统数据压缩效率。

多引擎密码SoC并行处理技术研究与设计

为了提高密码SoC的处理性能,在分析多引擎密码SoC互连结构和密码处理引擎工作方式的基础上,提出了一种采用非总线结构互连多个密码处理引擎,通过AMBA总线连接各功能模块的多引擎密码SoC并行处理架构。进行了通信数据包的设计、数据分配机制的分析和并行运行流程的开发等多引擎密码SoC并行处理机制的研究。使用65nm CMOS工艺标准模块库进行了ASIC综合。仿真结果表明,该系统可以灵活、高效地实现不同工作模式下的多种密码算法,达到了较高程度的并行化。

一种基于蓝牙串口模块的数据处理算法

针对采用蓝牙技术以虚拟串口方式组建工业数据采集系统时,因蓝牙发送数据包的频率和长度不确定,导致以规定长度的数据包协议进行串口编程可能出现的数据丢失问题,提出了一种基于环形缓冲区的数据处理算法,并详细说明了该算法的实现过程。实践证明该算法不仅稳定高效,而且原理简单,易于实现。同时该算法还适用于其他不规则数据的处理。

线速路由器分组并行处理体系结构与性能分析

本文在分析路由器报文处理需求的基础上 ,探讨了报文多处理模块并行处理的体系结构 ,并以四个处理模块为例对分组处理时延做了定量分析和仿真。分析表明 ,当各模块处理能力总和与单处理模块结构处理能力相同时 ,多模块结构处理时延将大于单模块结构 ;当各模块处理能力总和大于单处理模块结构处理能力两倍时 ,系统处理的时延特性可得到明显改善 ,并且系统具有较好的可扩充性。

基于小波包变换与关联维的储集层检测

储集层中的油、气、水有不同的波阻抗,产生不同的反射系数,就会有不同的波形,所以通常情况下关联维会变小。但由于地震波是有一定带宽的信号,波形受这个带宽内所有频率成分的影响,因而直接进行关联维的计算往往得不到较好的效果。鉴于这种情况,提出了小波包与关联维相结合的方法,利用小波包变换适用于对信息的高低频成分做细致分解的性质,提取出反映细节的高频成分,再对分频后的结果进行关联维计算。利用该方法对塔河油区三叠系中油组进行了试算,取得了较好的效果。

CDPD技术实验系统的研制

本文介绍了CDPD系统的网络体系结构 ,围绕空中接口 ,提出了CDPD实验系统的软硬件实现方案 ,给出了我们研制的CDPD系统的试验结果 ,并对结果进行了分析。

航天器CCSDS遥测数据包处理方法研究

根据空间数据协商委员会(CCSDS)制定的标准,采用分包遥测数据格式,可利用航天器有限的遥测波道资源,合理、分时地将航天器各子系统的信息向地面传输,这就对地面遥测数据处理提出了新的、更高的要求。文中通过对CCSDS标准中分包遥测数据格式的分析,提出了解包思路和地面遥测数据处理系统的实现方法,并结合有关实战任务验证了该方法的合理性和可靠性。

网络化控制多目标无功优化的进化算法

针对网络化控制无功优化系统中节点为时间驱动的传输模式,提出一种多目标优化的改进进化算法。首先,分析网络化控制系统中节点的时间驱动和事件驱动2种传输模式,并对于时间驱动模式下数据丢包现象,建立网络化控制多目标无功优化系统的数学模型,进而引入去冗-保持处理方法。其次,给出一种基于双群体搜索机制的改进差分进化算法,通过对约束条件的可行和不可行双群体处理,解决多目标优化过程中陷入局部最优的问题,并改进变异和交叉操作以提高优化速度与性能。最后,利用IEEE 30节点系统进行仿真计算及分析。研究结果表明:该算法不仅能保证系统达到次优状态,而且收敛速度、均匀性及逼近性等方面均有较大提高。

基于网络化控制模型的改进无功优化算法

针对网络具有前向通道数据丢包的情况,提出一种基于网络化控制模型的改进无功优化算法。首先将网络化控制模型引入无功优化实时控制,实现了基于网络化控制模型的无功优化问题建模,并分析了网络数据丢包对于无功优化算法的影响;进而针对网络前向通道中数据丢包问题,提出利用历史控制量进行去冗–保持处理的改进优化方法;最后以定向变异遗传算法为例,针对IEEE 118节点系统进行了无功优化仿真分析。结果表明:当系统的网络前向通道中存在不可控输出量时,利用该方法不仅能保证系统达到近似的最优状态,而且其收敛性和求解速度都得到提高。

小波包在弹体侵彻目标试验数据分析中的应用

由于硬目标侵彻载体结构、研究对象和侵彻过程的复杂性,在试验中得到的特征量─加速度信号的频率成分很多,而且都是非平稳的随机过程,是试验过程中各种作用的综合结果。小波理论是新的信号处理技术,小波分析是一种信号的时间-频率分析方法,具有多分辨率分析的特点。本文利用小波包理论将试验数据进行了不同频段的分解,并对相应频段的信号作了相应频谱分析。结果证明,小波分析对于复杂目标识别数据是一种颇为有效的分析工具,试验数据的分析结果对工程实践具有指导意义。

基于云计算的位并行多维数据包分类系统设计

传统位并行多维数据包分类系统的数据信息占据空间过大、分类效果较差。针对上述问题,基于云计算设计一种新的位并行多维数据包分类系统,主要分为硬件设计和软件设计两部分。系统硬件包括三个模块,分别为规则管理模块、存储管理模块和中断处理模块;软件由内部分类程序、数据分类程序、数据包包头合成程序和内核数据处理程序4个主要程序组成。为检测系统的工作效果,与传统系统进行实验研究,结果表明,基于云计算的位并行多维数据包分类系统数据信息占据空间小,分类效果优于传统系统设计。

Pareto分布在TELNET客户端流量建模中的应用

针对 Internet上一个常用协议—— TELNET协议 ,并依据 Tcplib提供的经验分布曲线分析了它的客户端数据包产生的时间间隔分布及其突发序列的特性 .分析得出 ,Pareto分布在很大时间范围内能较好地描述 TELNET的客户端流量特性 .阐述了 Pareto模型和自相似模型以及 M/G/∞模型的关系 ,给出了 Pareto分布在建立自相似网络流量模型中的应用 .分析表明 ,在描述网络流量时自相似模型要比泊松模型有效和精确得多 。

多核导航及其在LTE-A中的应用

首先对TI C66系列最新引进的基于数据包结构的多核导航进行了研究,在充分理解其结构与原理的基础上,编写出多核导航的底层驱动。然后结合LTE-A中的比特流处理流程,通过多核导航的发送调度器将不同的码块同时分配到不同的核,通过包DMA完成核间数据包高速传输,从而实现多个码块的多核并行处理。最后通过对工程的多次测试,获得测试结果。测试结果分析表明,多核导航的使用得当可极大提高系统的效率。

基于WPA与WLS-SVM方法的化工过程故障诊断

化工过程存在变量多,系统复杂,非线性等特点,这使得常规的故障诊断方法具有模型难以建立、参数难以调整、收敛速度慢、多故障无法正确识别等局限性。以标准化模型TE过程为实验平台,结合模型特点以及在故障诊断中的难点,采用小波包算法(WPA)滤除过程数据噪声,恢复原始信号,数据缩放统一数据量度,最小二乘支持向量机(WLS-SVM)为模型,K聚类方法确定权值系数,交叉验证来选择模型参数,提出了一系列具体的解决方案。通过仿真实验,验证了算法的有效性,以及在过程故障诊断中的可行性,并在最后提出了一些展望。

基于CCSDS标准的卫星数据实时处理FPGA设计

根据空间数据系统咨询委员会(CCSDS)分包遥测标准,在现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)平台上实现了一套基于CCSDS数据帧格式的实时数据解帧和解包的方案,包含了帧同步、去扰、解帧、解数据源包等模块.方案充分利用FPGA并行处理的优势,解决了地面软件先接收后处理方式实时性差的问题,并实现了现IP(Intellectual property)的模块化复用.实验结果表明,在占用资源较少的情况下,有效完成了CCSDS数据的实时处理功能,为文件的可靠性传输奠定基础.

PC机与多台异构型从机主从式多机通信

讨论了PC主机与多台不同类型的从机进行多机通信的通信原理以及通信协议,解决了不同类型从机的地址识别问题.同时,在VC++下实现了主机串口通信程序设计.