基于Linux的网络直播平台设计与实现

不同带宽用户对流媒体直播服务器的音频/视频质量有不同需求,为此,设计并实现一个基于Linux平台的网络直播平台。该平台采用MPEG4IP编码库的方法实现MPEG4软编码,利用实时传输协议传输数据的方法实现客户端直播请求,通过调用简单媒体接口库的方法实现视频在Linux平台的显示播放。实验结果证明,该网络直播平台传输效果较好,并且其稳定性和负载均衡性均达到设计要求。     

HPNI:一种新型的机群系统网络接口

文中介绍了一种新型的高性能网络接口（ＨＰＮＩ）的设计与实现,ＨＰＮＩ网络接口通过一个表直接出硬件对通信缓冲区进行维护,可以直接将消息数据从应用空间输入／输出到网络,从而支持真正意义上的０考贝通信协议,通过提供用户层网络访问接口,重叠通信与计算等手段,该接口取得了很高的通信性能,其中测量的应用程序之间１６字节消息的传递延迟不到３μｓ,最大持续通信带宽可达４０ＭＢ／ｓ。     

集群局域网内高性能通信协议的研究

集群已经成为了主流的并行计算平台,但集群计算系统的性能受限于互连通信的开销、延时和带宽。随着技术的不断改进,通信瓶颈从原来通信路径上的带宽转移到通信处理的软件开销。为了充分发挥硬件通信性能,作者提出、研究、设计和实现了局域网内高性能通信协议。该协议的突出特点是充分利用了集群局域网的高速高可靠特点,简化协议处理开销,达到通信的高效性;提出了数据合并的思想,能将大量的小消息合并成大消息传输,能充分提高传输性能。经测试,该协议的性能比传统TCP/IP协议有较大改进。     

RTEMS下Firewire协议栈的设计与实现

目前RTEMS操作系统缺乏对火线的支持。针对Linux和RTEMS在中断机制、定时器机制、延迟过程调用机制等方面的较大差异,提出一种高效的解决方案,实现Linux新火线协议栈到RTEMS的移植。在管理等时传输缓冲区时,结合等时传输的特点,修改环形队列的入队算法,解决可能的缓冲区满的问题。结果表明,实现的火线协议栈已达到对火线协议基本功能支持的目标。     

基于μC/OS-Ⅱ的嵌入式IEEE1394通信的实现

目前,μC/OS-Ⅱ操作系统缺乏对IEEE1394高速接口的支持;介绍了基于ARM处理器S3C2410A和IEEE1394集成控制器TSB43AA82A的嵌入式IEEE1394通信的软硬件设计与实现。针对Linux和μC/OS-Ⅱ在中断机制、定时器机制、延迟过程调用机制等方面的较大差异,提出一种高效的解决方案;基于μC/OS-Ⅱ操作系统,移植了嵌入式μCLinux的IEEE1394协议栈,开发了1394设备驱动程序;基于串口所进行的通信应用测试表明,IEEE1394通信正常,30ms内实现一个180bytes载荷的异步事务的传输,达到了功能要求。     

基于DM3730和W5300的嵌入式视频流传输系统的设计与实现

针对传输视频流业务的应用需求,设计并实现了以达芬奇技术系列芯片DM3730处理器和以太网处理芯片W5300为组成核心的嵌入式视频传输系统。深入分析了基于W5300的以太网卡驱动程序设计方法,分别实现了W5300彝定／硬件协议栈在Linux环境下的移植,并通过实验以FTP传输方式测试了视频流业务的传输性能。实测表明该系统达到了2．6Mbps的传输速率,可以满足传输视频流业务的性能要求。     

UM-BUS总线测试系统中PCIe的设计与实现

UM-BUS总线单通道理论带宽可达200 Mb/s,采用16通道并发传输时,理论带宽可达400 MB/s,其测试系统需要在数据采集终端与PC之间建立不低于此带宽的通信通道。PCIe1.1采用4通道传输时理论带宽可达1 GB/s,满足了UM-BUS总线测试系统的传输带宽需求,由此设计实现了UM-BUS总线测试系统的PCIe1.1 x4链路通道的应用方案,给出了基于FPGA的PCIe总线的BMD传输方案。测试结果表明,该方案实际传输速度可达550 MB/s,满足UM-BUS总线测试系统的带宽需求。     

G4通信效率增一倍

采用Linux操作系统(Linux OS)的嵌入式系统开发商现在可以充分利用AltiVec技术来提升他们的网络与通信设备的性能。摩托罗拉公司已经开始提供免费下载的AltiVec技术源代码库,以支持Linux OS中经常使用的功能。该代码库可帮助Linux OS开发商提升他们基于     

基于RTP协议的MPEG-4的视频传输系统应用研究

在仔细分析研究了RTP/RTCP实时传输协议的基础上,提出了MPEG-4视频流格式在其上用以提高重传效率的组包算法,并实现了反馈拥塞控制,通过RTCP的RR (接收方报告)包反馈信息和吞吐量公式来计算近似带宽,以起始帧量化参数start_qp为视频编码的调节参数,由近似带宽来控制视频编码的参数调整,达到控制输出码率的目的,该设计与实现方案目前已用于基于嵌入式Linux平台的视频监控中,完全能够满足该视频监控对于多路视频实时传输的通信需求.     

基于流媒体技术的广播音频实时监测系统

该监测系统采用了基于Linux开发平台,以海康威视音频采集卡进行数据采集,并对采集的数据进行声音／调制解调器插卡（AMR）压缩和MP3压缩,进而减小网络传输过程中的数据带宽,实现教据在调制解调器和宽带模式下的传输,保证用户监测终端可以收测到清晰流畅的实时音频。在采集端和用户监测终端之间的通信采用实时流传输协议（RTSP）进行通信。     

集群计算环境下高性能通信库HPCL的设计与实现

论述了一个高性能通信库系统-HPCL的研究与实现．HPCL的技术特点包括支持多路通道、允许多个进程同时通信、支持可靠的消息传递、支持通道上下文切换、允许一个通道被多个进程按照分时的方式来使用、支持多点传送，具有低延迟，高吞吐量等．这些特点的实现技术包括改进的ACK／NACK流控制算法，基于快速Ethernet网络接口的及时发送（Immediate Sending）技术，中断回收（Interrupt Reaping）技术．使用典型Benchmark对HPCL和TCP／IP的通信性能、应用性能进行对比表明，HPCL达到了理想的吞吐率和时间延迟．     

高性能计算机系统接口通信机制的研究

高性能并行计算机技术是当今关键技术之一,由清华大学计算机系设计的高性能网络并行超级计算系统THNPSC－1在设计接口时,通过一个表对通信缓冲区进行维护,这样可以直接将数据从应用空间输入／输出到网络,从而支持真正意义上的0拷贝通信协议。通过提供用户层网络访问接口,通信与计算重叠等手段,该接口取得了很高的通信性能。其中实际测量的应用程序之间16字节信息的传递延迟不到7us,最大持续通信带宽可达30MBytes/s。     

基于SMP结点的多重通信协议研究与实现

针对设计CLUMPS上的机群通信协议方面的问题进行了深入的研究,给出了一个基于SMP结点的机群系统的多重通信协议结构及其协议模型、协议通信策略实现。最后对节点内部多重协议通信和传统的TCP／IP协议通信进行了比较,并给出了实验数据。多重通信协议系统能够充分地利用SMP结点的特性,对于不同互连结构的计算单元间采用不同的通信模式,从而有效地提高系统通信硬件的利用率,提高系统的总体性能。     

Employing transport layer multi-railing in cluster networks

Building clusters from commodity off-the-shelf parts is a well-established technique for building inexpensive medium- to large-size computing clusters. Many commodity mid-range motherboards come with multiple Gigabit Ethernet interfaces, and the low cost per port for Gigabit Ethernet makes switches inexpensive as well. Our objective in this work is to take advantage of multiple inexpensive Gigabit network cards and Ethernet switches to enhance the communication and reliability performance of a cluster. Unlike previous approaches that take advantage of multiple network connections for multi-railing, we consider CMT (Concurrent Multipath Transfer) that extends SCTP (Stream Control Transmission Protocol), a transport protocol developed by the IETF, to make use of the multiple paths that exist between two hosts. In this work, we explore the applicability of CMT in the transport layer of the network stack to high-performance computing environments. We develop SCTP-based MPI (Message Passing Interface) middleware for MPICH2 and Open MPI, and evaluate the reliability and communication performance of the system. Using Open MPI with support for message striping over multiple paths at the middleware level, we compare the differences in supporting multi-railing in the middleware versus at the transport layer.     

网络控制系统分布式带宽分配策略研究

交换式以太网应用于控制领域所面临的主要问题之一是如何以尽量小的代价来实现其支持典型的工业通信的目的。结合控制网络的通信特点,提出了一套基于时隙的分布式带宽分配策略。介绍了基于交换式以太网的网络控制系统中通信任务和带宽资源的模型、调度策略中信息传输的控制方法和调度算法。通过实验分析和比较,该策略在满足了各通信任务实时需求的同时,解决了当前的分布式调度策略中存在的诸如不能灵活应对通信任务频繁变化、任务调度率和带宽利用率低等问题。     

Microbenchmark performance comparison of high-speed cluster interconnects

Today's distributed and high-performance applications require high computational power and high communication performance. Recently, the computational power of commodity PCs has doubled about every 18 months. At the same time, network interconnects that provide very low latency and very high bandwidth are also emerging. This is a promising trend in building high-performance computing environments by clustering - combining the computational power of commodity PCs with the communication performance of high-speed network interconnects. There are several network interconnects that provide low latency and high bandwidth. Traditionally, researchers have used simple microbenchmarks, such as latency and bandwidth tests, to characterize a network interconnects communication performance. Later, they proposed more sophisticated models such as LogP. However, these tests and models focus on general parallel computing systems and do not address many features present in these emerging commercial interconnects. Another way to evaluate different network interconnects is to use real-world applications. However, real applications usually run on top of a middleware layer such as the message passing interface (MPI). Our results show that to gain more insight into the performance characteristics of these interconnects, it is important to go beyond simple tests such as those for latency and bandwidth. In future, we plan to expand our microbenchmark suite to include more tests and more interconnects.     

PROFIBUS-DP现场总线协议优化

针对工业企业对传榆控制协议高速和高可靠性的需求,提出了一种利用以太网通信技术对PROFIBUS.DP总线协议进行优化的方案,通过定义物理层、数据链路层协议及创建EDDL的功能实现DP以太网.新构造的DP以太网通信协议可以支持比原协议更高的通信带宽,而且还能兼容基于PROFIBUS-DP上层协议的各种进程.通过对比分析基于DP以太网协议和PROFIBUS-DP协议的通信网络的报文循环时间和报文编码效率可知,该协议解决了PROFIBUS-DP协议支持的通信速率较低的问题,实现了对该协议的优化.     

机群系统中的高效全交换算法

全交换在并行计算领域中有着大量而重要的应用,例如FFT和矩阵运算等.本文在由以太网交换机分层级联而成的机群系统上,提出了高性能的全交换算法DCE和算法MCCE.这两个算法充分利用了网络中瓶颈链路的带宽,达到了通信量的理论下限,并且运用多种策略来避免通信过程中的网络冲突,从而提高了机群的通信性能.实验结果表明,本文所述的算法在消息长度较长时,明显优于MPICH和LAM/MPI中实现的MPI-Alltoall算法.最后,该算法简单规范,易于实现.     

COTS Switch工业以太网实时调度算法

针对基于商用现成组件技术（Commercial Off-The-Shelf,COTS）的交换式以太网不能满足工业数据通信的实时性要求问题,给出了改进的FTT（Flexible Time-Triggered communication paradigm）网络调度模型,提出了新的周期性实时消息链路可调度性优化判定方法,在此基础上设计了一种基于EDF（Earliest Deadline First）的实时调度算法。算法通过对网络消息流量进行有效控制防止交换机缓冲区溢出,同时充分发挥网络在同一时间存在多个并行传输链路的优势,提高了网络实时性。仿真实验表明该算法在提高网络的聚合带宽、减小消息的平均等待延时和丢失率方面均有明显的优势。     

基于以太网的硬实时通信技术ARTC

1 引言随着控制、计算机、通信和网络技术的发展及分布式硬实时系统应用需求(如指挥控制系统、工业过程控制等)的快速增长,实时网络的性能、带宽日益受到各应用实体的关注。例如在工业控制中,大量的智能设备经底层网络相互通信,实现现场设备的功能自治和系统的集中管理。但由于传统的实时网络存在带宽较窄、价格昂贵、传输距离短以及开放性等问题,已不能满足现代分布式硬实时系统发展的需要。