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基于FPGA的TCAM实现方法综述
1
作者 黄逍颖 郭志川 《网络新媒体技术》 2023年第1期1-11,共11页
近年来,FPGA由于其可编程和高性能的特性在高速网络中被大量使用,而在包处理中被广泛用于数据包分类等应用中的TCAM并没有内置于FPGA中。因此如何使用FPGA中的逻辑资源和存储资源来构建TCAM成为了研究热点。本文对主流的基于FPGA的TCAM... 近年来,FPGA由于其可编程和高性能的特性在高速网络中被大量使用,而在包处理中被广泛用于数据包分类等应用中的TCAM并没有内置于FPGA中。因此如何使用FPGA中的逻辑资源和存储资源来构建TCAM成为了研究热点。本文对主流的基于FPGA的TCAM实现方案进行了介绍和比较,包括基于块存储器(BRAM)的方案,基于分布式存储器(DRAM)的方案和基于触发器的方案。最后,对这些方案各自的优缺点和适用场景进行了总结。 展开更多
关键词 现场可编程逻辑门阵列 高速网络 三态内容寻址存储器 块存储器 分布式存储器
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一种支持TCAM规则更新与压缩方法 被引量:4
2
作者 蔡立军 李杜 +1 位作者 池鹏 李睿 《湖南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第8期94-100,共7页
提出了一种TCAM空间划分和规则压缩相结合的方法,使得OpenFlow网络在支持实时更新的同时能采用小容量的TCAM芯片来存储网络中的规则.所提方法将TCAM芯片空间划分为实时更新区和压缩存储区,实时更新区处在TCAM芯片的前部,用于存放中央控... 提出了一种TCAM空间划分和规则压缩相结合的方法,使得OpenFlow网络在支持实时更新的同时能采用小容量的TCAM芯片来存储网络中的规则.所提方法将TCAM芯片空间划分为实时更新区和压缩存储区,实时更新区处在TCAM芯片的前部,用于存放中央控制器发送过来的实时更新规则.后台服务器以一定的时间周期将TCAM芯片中的实时更新区的规则以及压缩存储区中的规则进行压缩,并将压缩后的规则存入TCAM的压缩区,保持实时更新区具有空间接收实时更新规则.分析了区间划分的比率问题,并利用ClassBench工具产生原始规则集进行了仿真实验,实验结果验证了本文方法的有效性. 展开更多
关键词 网络协议 OpenFlow tcam 规则压缩 实时更新 空间划分
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多单元散列表与TCAM结合的OpenFlow流表查找方法 被引量:7
3
作者 李春强 董永强 吴国新 《通信学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第10期128-140,共13页
在Open Flow网络中,交换机通过标准化的接口接受基于流的规则,执行基于流的报文处理。流表的查找是Open Flow交换机的核心功能,TCAM以其优异的性能广泛用于Open Flow流表的查找,然而基于TCAM的Open Flow流表查找具有较高的成本与能耗。... 在Open Flow网络中,交换机通过标准化的接口接受基于流的规则,执行基于流的报文处理。流表的查找是Open Flow交换机的核心功能,TCAM以其优异的性能广泛用于Open Flow流表的查找,然而基于TCAM的Open Flow流表查找具有较高的成本与能耗。为了降低流表查找的成本与能耗,提出了多单元散列表与TCAM结合的Open Flow流表存储与查找的方法。通过理论分析与仿真测试,给出了查找结构成本优化后的散列表、TCAM的容量配置;在该配置下,Hash-TCAM流表查找结构比单纯使用TCAM的方案节约90%以上的成本,有效降低了能耗,同时保持了相近的查找性能。 展开更多
关键词 OpenFlow 三态内容寻址存储器 散列表 流表
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基于TCAM的二维前缀报文分类算法 被引量:2
4
作者 王志恒 李晓勇 白英彩 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第1期9-13,共5页
报文分类已成为保障网络应用的服务质量及安全性的重要手段,而二维的前缀报文分类则是其中最为常用的.通过对规则冲突的分析,提出了一个基于三态内容可寻址存储器(TCAM)的二维前缀报文分类算法,该算法借助TCAM的并行查找能力,在一个指... 报文分类已成为保障网络应用的服务质量及安全性的重要手段,而二维的前缀报文分类则是其中最为常用的.通过对规则冲突的分析,提出了一个基于三态内容可寻址存储器(TCAM)的二维前缀报文分类算法,该算法借助TCAM的并行查找能力,在一个指令周期内找到前缀的最长匹配,采用内存映像及相关数据结构消除了规则之间的冲突,实现了快速的二维前缀分类查找.与其他二维分类算法相比,该算法具有最小的查找时间复杂度和较小的内存空间复杂度. 展开更多
关键词 三态内容可寻址存储器 报文分类算法 二维前缀报文分类
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基于TCAM的高效浮动关键词匹配算法 被引量:3
5
作者 李鲲鹏 兰巨龙 《计算机工程》 CAS CSCD 2012年第4期269-271,274,共4页
针对传统浮动关键词匹配算法功耗高和速率低的问题,提出一种基于三态内容寻址寄存器(TCAM)的高效匹配算法。该算法应用关键词分类数据结构,将关键词存储在不同的TCAM模块中,并只将疑似关键词送入TCAM中查找匹配,从而减少每次访问TCAM查... 针对传统浮动关键词匹配算法功耗高和速率低的问题,提出一种基于三态内容寻址寄存器(TCAM)的高效匹配算法。该算法应用关键词分类数据结构,将关键词存储在不同的TCAM模块中,并只将疑似关键词送入TCAM中查找匹配,从而减少每次访问TCAM查找的表项数目,提高一个查询周期内待匹配报文的移动速度。仿真结果表明,与传统算法相比,该算法功耗较低、匹配速度较快。 展开更多
关键词 浮动关键词 三态内容寻址寄存器 关键词分类数据结构 分配器
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一种基于包围盒的存储高效SDN规则缓存算法
6
作者 张波 黄昆 汪漪 《计算机技术与发展》 2024年第7期55-61,共7页
软件定义网络(Software Defined Networking,SDN)是一种革命性的网络架构,主要思想是将控制平面与数据平面分离,并且还拥有开放可编程特性。其对数据包转发以及网络资源管理方面有着极高的要求。三态内容寻址存储器(Ternary Content Add... 软件定义网络(Software Defined Networking,SDN)是一种革命性的网络架构,主要思想是将控制平面与数据平面分离,并且还拥有开放可编程特性。其对数据包转发以及网络资源管理方面有着极高的要求。三态内容寻址存储器(Ternary Content Addressable Memory,TCAM)因其快速规则匹配能力通常作为规则的缓存应用于SDN交换机中。规则缓存将大部分流量引导到高性能的硬件路径上,可以显著提升网络性能。然而,规则之间存在的依赖关系使得缓存的利用率变低。因此,合理的规则缓存算法对本就稀有的TCAM资源来说十分重要。聚焦规则间的依赖关系,该文提出了CacheBand规则缓存算法。该算法利用包围盒思想,通过对规则及当前流量的分析,智能产生绷带规则,切断了规则间的依赖关系。实验证明,在不同数据包速率下,与同类算法相比,CacheBand可减少约68%的缓存条目,显著降低了流表压力,为数据转发提供了可靠的缓存方案。 展开更多
关键词 软件定义网络 三态内容寻址存储器 规则依赖 规则缓存 包围盒
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IMPROVEMENT OF TCAM-BASED PACKET CLASSIFICATION ALGORITHM
7
作者 Xu Zhen Zhang Jun Rui Liyang Sun Jun 《Journal of Electronics(China)》 2008年第2期239-245,共7页
The feature of Ternary Content Addressable Memories(TCAMs) makes them particularly attractive for IP address lookup and packet classification applications in a router system. However,the limitations of TCAMs impede th... The feature of Ternary Content Addressable Memories(TCAMs) makes them particularly attractive for IP address lookup and packet classification applications in a router system. However,the limitations of TCAMs impede their utilization. In this paper,the solutions for decreasing the power consumption and avoiding entry expansion in range matching are addressed. Experimental results demonstrate that the proposed techniques can make some big improvements on the performance of TCAMs in IP address lookup and packet classification. 展开更多
关键词 Packet classification address lookup ternary content addressable memory (tcam Energy-efficient design
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一种基于Bloom-filter表项压缩的TCAM业务识别算法 被引量:3
8
作者 陈正虎 兰巨龙 +1 位作者 黄万伟 李玉峰 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2011年第9期2212-2218,共7页
在三态内容寻址存储器(Ternary Content Addressable Memory,TCAM)表项宽度和存储容量约束下,该文提出一种基于匹配表项压缩的BF-TCAM算法,采用Bloom-Filter(BF)对匹配关键字进行单字节编码压缩关键字长度,解决了匹配吞吐率低和存储空... 在三态内容寻址存储器(Ternary Content Addressable Memory,TCAM)表项宽度和存储容量约束下,该文提出一种基于匹配表项压缩的BF-TCAM算法,采用Bloom-Filter(BF)对匹配关键字进行单字节编码压缩关键字长度,解决了匹配吞吐率低和存储空间不足问题。针对BF在表项压缩过程带来的冲突率上升问题,引入向量存储空间策略,利用向量存储空间实现多个哈希函数映射,相对于比特向量策略,有利于降低匹配冲突率。测试实验表明,相对于传统的TCAM匹配算法,BF-TCAM算法不但提高了匹配吞吐率和存储空间利用率,同时可有效降低BF压缩产生的冲突率。 展开更多
关键词 三态内容寻址存储器(tcam) Bloom滤波器(BF) 模式匹配
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SDN交换机转发规则TCAM存储优化综述 被引量:6
9
作者 陈志鹏 徐明伟 杨芫 《计算机学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第7期1341-1362,共22页
软件定义网络(SDN)将传统网络的控制平面和数据平面解耦,通过控制平面的控制器灵活地对网络进行管理,目前应用最广泛的控制协议是OpenFlow.三态内容寻址存储器(TCAM)查找速度快、支持三态掩码存储,在SDN网络中应用广泛.但TCAM成本高、... 软件定义网络(SDN)将传统网络的控制平面和数据平面解耦,通过控制平面的控制器灵活地对网络进行管理,目前应用最广泛的控制协议是OpenFlow.三态内容寻址存储器(TCAM)查找速度快、支持三态掩码存储,在SDN网络中应用广泛.但TCAM成本高、功耗大,并且在存储含有范围字段匹配域的规则时候存在范围膨胀问题,因此交换机中可存储的转发规则数量,尤其是匹配域的数量和类型都比较多的OpenFlow规则数目非常有限,这成为约束SDN网络大规模扩展和应用的瓶颈.研究机构从不同角度提出了针对SDN中交换机转发规则的TCAM存储优化方案.本文从转发规则存储架构优化、本地交换机转发规则压缩、全局转发规则动态优化以及控制器参与的网络转发规则管理四个角度总结了相关研究工作,并提出了适合未来SDN网络的转发规则存储的综合优化方案. 展开更多
关键词 软件定义网络(SDN) 三态内容寻址存储器(tcam) 转发规则存储优化
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基于决策树映射的低功耗TCAM包分类方案 被引量:3
10
作者 李文军 刘馨蔚 +2 位作者 邢凯轩 乐文霞 李挥 《计算机应用研究》 CSCD 北大核心 2021年第1期237-240,255,共5页
为了实现网络流的线速转发,高性能交换机普遍采用三态内容寻址存储器(TCAM)来构建其包分类引擎。针对TCAM功耗高的问题,近年来出现了许多低功耗索引方案,实现了TCAM存储块的选择性激活以降低功耗,但这些索引方案普遍采用自底向上的局部... 为了实现网络流的线速转发,高性能交换机普遍采用三态内容寻址存储器(TCAM)来构建其包分类引擎。针对TCAM功耗高的问题,近年来出现了许多低功耗索引方案,实现了TCAM存储块的选择性激活以降低功耗,但这些索引方案普遍采用自底向上的局部优化算法来构建,无法有效实现流表规则的均匀划分,严重影响了TCAM的存储效率及功耗降低效果。提出并实现了一种基于决策树映射的TCAM低功耗索引方案,在极大降低功耗的同时提升了TCAM的存储效率。利用规则普遍存在的小域特征,将原始规则集划分为若干个规则子集,然后针对各个子集的特征域,采用自顶向下的方式分别构建平衡决策树,最后通过对各个决策树进行贪心遍历,从而得到TCAM索引列表。实验表明,针对规模为十万条的规则集,算法在仅使用额外1.3%存储空间开销的同时实现了98.2%的功耗降低。 展开更多
关键词 软件定义网络 OpenFlow 包分类 三态内容寻址存储器 低功耗
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基于TCAM报文分类的范围编码方案 被引量:2
11
作者 梁仲斌 兰巨龙 夏斌 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2010年第8期117-119,共3页
针对现有范围编码方案三态内容寻址存储器(TCAM)利用率不高及更新性能差问题,提出一种混合范围编码方案(Hybrid-RES),根据扩展系数和出现频率,采用纵向或横向扩展编码策略对范围字段进行编码。纵向扩展编码策略利用格雷码的对称映射特... 针对现有范围编码方案三态内容寻址存储器(TCAM)利用率不高及更新性能差问题,提出一种混合范围编码方案(Hybrid-RES),根据扩展系数和出现频率,采用纵向或横向扩展编码策略对范围字段进行编码。纵向扩展编码策略利用格雷码的对称映射特征设计一种格雷范围编码算法,对纵向扩展出TCAM表项数目较多的范围字段采用横向扩展编码策略。理论分析和实验结果表明,Hybrid-RES可以较大地提高TCAM利用率,同时获得较好的更新性能。 展开更多
关键词 三态内容寻址存储器 范围匹配 格雷码 比特向量映射
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基于FPGA+TCAM架构的网络分流系统的设计与实现 被引量:2
12
作者 鲁佳琪 黄芝平 +2 位作者 刘纯武 刘德胜 陈实 《微型机与应用》 2016年第15期65-68,71,共5页
网络流量分类技术为网络服务提供有力保障,在网络行为分析和网络监管方面发挥重要作用。设计并实现了一种基于FPGA+TCAM架构的网络分流系统,接入高速网络信号,恢复数据流信息,并对其进行分流管理。解决了传统网络分流系统接入速率不高,... 网络流量分类技术为网络服务提供有力保障,在网络行为分析和网络监管方面发挥重要作用。设计并实现了一种基于FPGA+TCAM架构的网络分流系统,接入高速网络信号,恢复数据流信息,并对其进行分流管理。解决了传统网络分流系统接入速率不高,分流效果差的问题。最后对系统平台进行了测试,测试结果表明,该系统具备在高速网络环境下数据流实时分流处理的能力。 展开更多
关键词 网络流量 分流 三态内容可寻址寄存器 现场可编程门阵列
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FAST UPDATE ALGORITHM FOR TCAM-BASED ROUTING LOOKUPS 被引量:1
13
作者 王志恒 叶强 白英彩 《Journal of Shanghai Jiaotong university(Science)》 EI 2002年第1期8-14,共7页
Routing technology has been forced to evolve towards higher capacity and per port packet processing speed. The ability to achieve high forwarding speed is due to either software or hardware technology. TCAM (Ternary C... Routing technology has been forced to evolve towards higher capacity and per port packet processing speed. The ability to achieve high forwarding speed is due to either software or hardware technology. TCAM (Ternary Content Addressable Memory) provides a performance advantage over other software or hardware search algorithms, often resulting in an order of magnitude reduction of search time. But slow updates may affect the performance of TCAM based routing lookup. So the key is to design a table management algorithm, which supports high speed updates in TCAMs. This paper presented three table management algorithms, and then compared their performance. Finally, the optimal one after comparing was given. 展开更多
关键词 routing LOOKUP ternary content addressable memory TABLE management ALGORITHM
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一种基于TCAM的有效包分类方法
14
作者 杨迪 《计算机工程》 CAS CSCD 2012年第21期283-285,289,共4页
基于三态内容可寻址内存(TCAM)的包分类方法不能有效解决区间膨胀的问题。为此,提出一种有效包分类方法。对包分类规则集中各个域的不同区间进行分组,利用Shadow Encoding方法对同一分组中的所有区间进行重新编码,依据重新编码的区间结... 基于三态内容可寻址内存(TCAM)的包分类方法不能有效解决区间膨胀的问题。为此,提出一种有效包分类方法。对包分类规则集中各个域的不同区间进行分组,利用Shadow Encoding方法对同一分组中的所有区间进行重新编码,依据重新编码的区间结果改写原始规则集。实验结果表明,该方法可以平均压缩75.90%的TCAM存储空间。 展开更多
关键词 包分类 三态内容可寻址内存 区间膨胀 区间分组 区间编码 流水线匹配
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一种TCAM策略路由融合表项维护管理算法
15
作者 杨赞 王建新 +1 位作者 杨林 马琳茹 《计算机应用研究》 CSCD 北大核心 2011年第10期3894-3896,3899,共4页
基于单次TCAM匹配完成策略路由查找的功能需求,针对尽量缩短TCAM离线更新时间的约束条件,设计了一种高效的TCAM表项融合及维护管理方案及算法,确保了系统功能的实现。测试表明应用效果较好。
关键词 三态内容可寻址存储器 策略路由 表项 维护管理
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低功耗与非型TCAM的原理介绍与时序研究
16
作者 杨元秋 辛晓宁 袁敦伍 《微处理机》 2009年第5期35-38,共4页
基于TCAM(三元内容寻址存储器)的硬件路由查找支持最长前缀匹配,可保存任意长度的关键字表项,实现快速路由查找和分组转发。如何降低功耗和协调各组分间大量的时序关系成为TCAM发展的瓶颈。介绍了"与非"型TCAM的工作原理和组... 基于TCAM(三元内容寻址存储器)的硬件路由查找支持最长前缀匹配,可保存任意长度的关键字表项,实现快速路由查找和分组转发。如何降低功耗和协调各组分间大量的时序关系成为TCAM发展的瓶颈。介绍了"与非"型TCAM的工作原理和组成电路,并提出"哑单元行"的新思想模拟实际充放电时间,从而解决时序控制问题。 展开更多
关键词 三元内容寻址存储器 低功耗 时序控制
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ARRANGING MULTICAST FORWARDING TABLE IN CLASS SEQUENCE IN TERNARY-CAM FOR LINE-SPEED LOOKUP
17
作者 Li Yufeng Qiu Han +1 位作者 Lan Julong Wang Binqiang 《Journal of Electronics(China)》 2009年第2期214-221,共8页
PIM-SM(Protocol Independent Multicast-Sparse Mode) is a main multicast routing pro-tocol in the IPv6(Internet Protocol version 6).It can use either a shared tree or a shortest path tree to deliver data packets,consequ... PIM-SM(Protocol Independent Multicast-Sparse Mode) is a main multicast routing pro-tocol in the IPv6(Internet Protocol version 6).It can use either a shared tree or a shortest path tree to deliver data packets,consequently the multicast IP lookup engine requires,in some cases,two searches to get a correct lookup result according to its multicast forwarding rule,and it may result in a new requirement of doubling the lookup speed of the lookup engine.The ordinary method to satisfy this requirement in TCAM(Ternary Content Addressable Memory) based lookup engines is to exploit parallelism among multiple TCAMs.However,traditional parallel methods always induce more re-sources and higher design difficulty.We propose in this paper a novel approach to solve this problem.By arranging multicast forwarding table in class sequence in TCAM and making full use of the intrinsic characteristic of the TCAM,our approach can get the right lookup result with just one search and a single TCAM,while keeping the hardware of lookup engine unchanged.Experimental results have shown that the approach make it possible to satisfy forwarding IPv6 multicast packets at the full link rate of 20 Gb/s with just one TCAM with the current TCAM chip. 展开更多
关键词 IPv6(Internet Protocol version 6) Multicast lookup Forwarding table tcamternary content addressable memory
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A Wire-speed Routing Lookup Algorithm Based on TCAM
18
作者 李小勇 王志恒 +1 位作者 白英彩 刘刚 《Journal of Donghua University(English Edition)》 EI CAS 2004年第4期52-57,共6页
An internal structure of Ternary Content Addressable Memory (TCAM) is designed and a Sorting Prefix Block (SPB) algorithm is presented, which is a wire-speed routing lookup algorithm based on TCAM. SPB algorithm makes... An internal structure of Ternary Content Addressable Memory (TCAM) is designed and a Sorting Prefix Block (SPB) algorithm is presented, which is a wire-speed routing lookup algorithm based on TCAM. SPB algorithm makes use of the parallelism of TCAM adequately, and improves the utilization of TCAM by optimum partitions. With the aid of effective management algorithm and memory image, SPB separates critical searching from assistant searching, and improves the searching effect. One performance test indicates that this algorithm can work with different TCAM to meet the requirement of wire-speed routing lookup. 展开更多
关键词 ternary content addressable memory (tcam) routing lookup algorithm wire-speed routing.
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A TCAM-based Two-dimensional Prefix Packet Classification Algorithm
19
作者 王志恒 刘刚 白英彩 《Journal of Donghua University(English Edition)》 EI CAS 2004年第1期39-45,共7页
Packet classification (PC) has become the main method to support the quality of service and security of network application. And two-dimeusioual prefix packet classification (PPC) is the popular one. This paper analyz... Packet classification (PC) has become the main method to support the quality of service and security of network application. And two-dimeusioual prefix packet classification (PPC) is the popular one. This paper analyzes the problem of ruler conflict, and then presents a TCAM-based two-dimensional PPC algorithm. This algorithm makes use of the parallelism of TCAM to lookup the longest prefix in one instruction cycle. Then it uses a memory image and associated data structures to eliminate the conflicts between rulers, and performs a fast two-dimeusional PPC. Compared with other algorithms, this algorithm has the least time complexity and less space complexity. 展开更多
关键词 ternary content addressable memory (tcam ) packet classification algorithm twodimensional prefix packet classification
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一种基于超立方体的TCAM多字段范围规则编码
20
作者 王云霄 赵丽娜 +3 位作者 马琳 李宁 刘子雁 张婕 《计算机科学》 CSCD 北大核心 2021年第S02期490-494,共5页
随着互联网的发展与普及,网络的规模、带宽和网络数据包传输速度都在以指数级增长。日益高速增长的网络用户给互联网基础设施带来的压力也是与日俱,作为链路带宽性能提升的关键一环,报文分类处理速度的提升对发展高速网络环境下的各种... 随着互联网的发展与普及,网络的规模、带宽和网络数据包传输速度都在以指数级增长。日益高速增长的网络用户给互联网基础设施带来的压力也是与日俱,作为链路带宽性能提升的关键一环,报文分类处理速度的提升对发展高速网络环境下的各种应用服务起到了关键作用。当前报文分类算法存在吞吐率不足、内存利用率不高、功耗高,以及更新性能不够的问题。在报文分类上,传统TCAM无法进行高效的范围规则集存储,基于此问题利用超立方体的对称性与正则性,设计了一种基于超立方体的TCAM多字段范围规则编码技术。通过仿真实验对比,其编码效率是现在流行的其他TCAM编码方案的2倍,极大地增加了TCAM在报文分类时的空间利用率。 展开更多
关键词 TP超立方体 报文分类算法 三态内容寻址器 静态随机存取存储器 范围编码
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