基于排队网络的流水线模拟器任务缓存新分析模型

流水线软件模拟器是嵌入式微处理器软件仿真系统的关键技术,提出对嵌入式微处理器流水线仿真系统的排队网络建模与缓存大小分析方法.对SPARC-V8流水线模拟器建立M/M/1/N型排队网络模型,分析指令到达及服务阻塞机制.为了解决模型计算中的阻塞问题,在排队网络模型中增加"保持节点",得到扩展的等价排队网络模型.采用近似计算迭代算法,得到系统性能评价指标,并建立排队网络节点性能关系曲线,确定各功能模块的任务缓存大小.根据得出的任务缓存计算值设置流水线软件模拟器实际缓存大小,实验表明模型计算数据与实际运行数据基本一致.该评价方法对嵌入式微处理器流水线仿真系统的建模与性能分析具有重要的指导意义.     

基于排队网络的异步非线性流水线性能分析

异步电路设计方法是现在集成电路研究的热点,得到越来越多的研究人员的关注。在异步电路设计过程中对异步流水线进行性能分析对异步电路的设计过程有着重要的指导意义,但现阶段缺乏有效的方法对异步流水线(尤其是复杂的非线性流水线)进行性能分析。而排队网络是一种能直观地对异步流水线进行建模的数学工具,但排队网络(尤其是复杂的非线性排队网络)的分析求解十分困难。本文提出了一种采用带Fork和Join的阻塞排队网络对异步流水线进行建模,采用其排队网络模型的平均周期作为异步电路的性能评价指标,并通过将其转化为等价的随机标记图对其平均周期进行分析,并给出了其平均周期的上限和下限。     

MIPS指令集的流水线CPU模型机设计

对MIPS指令集的流水线CPU进行了研究，提出了一种基于MIPS的流水线处理器模型机设计方案。方案设计的数据通路可以逐条添加指令，更贴近于教学实践，采用五级流水线架构，共实现52条指令，包含乘法及除法指令，对于每个流水段中的教学应用方法进行了分析。针对流水线数据与指令的相关问题，设计了专用的异常处理模块。模型机在EDA平台上进行了测试，测试结果表明，该方案符合设计要求。     

基于LBS及网络编码的HWMP路由协议

在对混合无线Mesh路由协议(hybrid wireless Mesh protocol,HWMP)深入研究的基础上,针对目前HWMP协议中两个节点之间存在最短路径也要通过根节点进行数据转发的问题,以及当先验式生成树建立后网络中存在多个核心节点,在这些核心节点上会有多个数据流通过的特点,提出在原来HWMP协议的基础上加入本地链接库(local association base,LBS)及流间网络编码的改进方案。仿真结果表明,改进的HWMP协议降低了数据包的端到端时延,提高了网络吞吐量和数据包投递率。     

基于分布式信任管理的时延容忍网络数据转发方案

为解决时延容忍网络中恶意或自私节点严重影响网络性能的问题,提出一种基于分布式信任管理的时延容忍网络数据转发方案。通过计算节点信任值先滤除网络中的恶意节点,再执行数据转发行为。根据节点的转发行为以及它们的能量消耗信息计算出直接信任;邻居节点推荐的信息融合间接信任和推荐信誉计算出推荐信任;融合直接信任和推荐信任得到节点总体信任,并利用信任记录窗口对节点信任值进行更新。仿真结果表明:所提方案能有效消除时延容忍网络路由的不正当行为,在数据包传递率、开销和时延等性能上均优于RBTM方案、CWS方案和SPRAY方案。     

能量捕获无线传感器网络中低时延的可靠数据传递

在能量捕获无线传感器网络(EH-WSN)中,采用网络编码(NC)技术可有效提高数据传递的可靠性。已有的研究成果大多采用固定的数据速率(DR)和固定的最大重传次数(MNR),传输时延较高。为了降低传输时延,结合EH-WSN中节点的能量捕获特性和相邻节点之间的无线链路质量,提出一种优化数据速率和最大重传次数的低时延数据传递方案。通过对节点的能量捕获过程和能量消耗进行建模,给出了节点的剩余能量公式;对相邻节点之间的无线链路质量进行建模,推导出节点发送数据包的成功收包率和每个数据包的期望传输次数,进而推导出传输路径上每一跳的传输时延公式;基于优化方程,在节点满足链路收包率条件和剩余能量条件的前提下,对其数据速率和最大重传次数进行优化配置,使得每一跳的传输时延最小。实验结果表明,与采用固定数据速率和固定最大重传次数的数据传递方案相比,所提出的方案具有最小的端到端传输时延。     

多路并行传输中数据调度算法的优化

针对异构无线网络环境中,基于流控制传输协议（SCTP）的多路并行传输协议（CMT-SCTP）存在接收缓存阻塞和路径负载失衡等问题,提出一种改进的轮询数据调度算法。该算法根据每条路径上的发送队列信息和拥塞状况对网络状况进行估计,并按照各路径上的网络状况分配相应的传输任务量,缩短数据包在接收端缓冲区的平均排队时延,减少接收端乱序数据包的数量。仿真结果表明,改进的轮询数据调度算法能有效提升CMT-SCTP在异构无线网络环境中的传输效率,有效缓解接收缓存的阻塞,且对不同的网络场景具有很好的适应性。     

一种改进的移动节点快速切换算法研究与仿真

基于MPLS的移动IPv6网络中每次移动节点发生切换时都需要重建标签交换路径,影响了切换时延和造成了数据丢包.需要重用部分路径使切换时延、信令流量和数据丢包达到最少,提出了一种交叉路由器算法,通过对标签信息库的修改,增加了移动节点地址和时间计数器两个字段,移动节点每次发生切换注册时通过查找修改后的标签信息库中移动节点地址的方法来确认交叉路由器.理论分析显示随着跳数的增加,时延性能越明显,仿真结果证明移动节点在信息注册时信令流量减少了20%.该方案实现了部分路径重用,改善了网络服务质量.     

无线传感器网络中基于地理位置路由算法的研究和改进

分析了无线传感器网络中地理位置路由协议GEAR的特性,针对该协议在数据传输过程中的能耗问题本文提出了一种改进方案,通过改变节点的状态以及对节点采集的数据进行数据融合,避免了无谓的能量损失。通过NS2仿真工具进行验证,改进后的GEAR算法的平均能量消耗降低了百分之十左右。     

城市交通过饱和状态下干线信号的多目标仿真优化研究

针对城市交通过饱和状态下的干线信号优化问题,分析了交通控制目标对车辆排队的影响,提出以绿信比、相序、相位差和周期为优化参数,以车辆平均时延、系统平均排队-车道长度比和系统通行能力为优化目标的交通信号仿真优化模型。构建了优化模型的实施框架,该框架采用自主构建的微观交通仿真环境来获取信号方案评价指标,改进多目标优化算法NSGAII中的重复个体问题,完成对干线各交叉口信号配时方案的同时优化。最后,利用采集的交通数据对由3个交叉口组成的干线进行实例验证,验证结果表明,在过饱和状态下,所提出的信号优化方法不仅可以有效控制车辆排队长度,均衡车辆分布,同时在系统通行能力、车均时延方面表现更佳。     

QoS enhancements and performance analysis for delay sensitive applications

This paper presents a comprehensive system modeling and analysis approach for both predicting queuing delay and controlling average queuing delay of a single buffer to a required value in a multiple traffic source network environment. This approach could effectively enhance the QoS performance of delay sensitive applications. A discrete-time analytical model that approximates the multi-source arrival process with a binomial distribution has been developed to analyze the relationship between the queuing threshold and average queuing delay. A control strategy with dynamic queue thresholds based on the analytical result is then used to control the average queuing delay to a required value within the buffer. Packet dropping is treated as implicit congestion feedback to the arrival process for rate adjustment. The feasibility of the system has been validated by comparing theoretical analysis with a diverse set of simulation results. Following from the simulation results, a set of statistical analyses has been performed to evaluate the efficiency and accuracy of the proposed scheme. In addition, a user-friendly graphical user interface has been developed to allow user-configuration of the simulation process and display simulation results.     

A queuing model for CPU functional unit and issue queue configuration

In a superscalar processor, instructions of various types flow through an execution pipeline, traversing hardware resources which are mostly shared among many different instruction types. A notable exception to shared pipeline resources is the collection of functional units, the hardware that performs specific computations. In a trade-off of cost versus performance, a pipeline designer must decide how many of each type of functional unit to place in a processor’s pipeline. In this paper, we model a superscalar processor’s issue queue and functional units as a novel queuing network. We treat the issue queue as a finite-sized waiting area and the functional units as servers. In addition to common queuing problems, customers of the network share the queue but wait for specific servers to become ready (e.g., addition instructions wait for adders). Furthermore, the customers in this queue are not necessary ready for service, since instructions may be waiting for operands. In this paper we model a novel queuing network that provides a solution to the expected queue length of each type of instruction. This network and its solution can also be generalized to other problems, notably other resource-allocation issues that arise in superscalar pipelines.     

排队网络在制造系统中的应用及其三维仿真实现

首先讨论了排队网络建模仿真工具的功能需求，提出了基于有向图的排队网络仿真建模机制，以及将面向对象与离散事件结合起来的仿真方法，根据排队网络的理论，结合图形建模方法和动画仿真技术的发展，研究了排队网络法的3D仿真实现，开发了一个面向制造系统和基于3D仿真的排队网络分析工具。     

超并行MIMD流水线式多机系统

超并行处理机系统有两个需要解决的瓶颈问题:1.多级互连网络的传输延迟;2.吞吐量.本文提出解决这两个瓶颈问题的新方案——由多级互连网络和存贮器组成的主存贮器充分利用流水线方式,以多股指令流流水线方式执行.就可以从根本上消除主存贮器的传输延迟,并配合使用高速缓冲存贮器消除吞吐量瓶颈.最后给出简要的模拟性能评价结果.     

一种图形加速器和着色器的体系结构

为了适应智能手机和网本机对于图形加速器的需求,提出一种二维图形加速器和三维像素着色器的体系结构.该体系结构包括自主设计的VLIW指令集和可重组的数据驱动流水线.针对通常将图像帧划分成多个块,且每块由一个微引擎处理的方法可能造成微引擎的负载不均衡的问题,采用按扫描行分配的并行存储和处理结构,其中每个扫描行的处理任务按照需要动态地分配给微引擎.为了评估和实现该体系结构,建立了性能仿真平台、系统仿真平台和RTL仿真平台,并用C++语言编写性能仿真平台评估了该体系结构对性能的影响.模拟实验结果表明,新颖的存储/任务映射方法可以充分地利用处理器资源,降低存储访问的冲突,有利于改善并行处理的可扩展性.文中还讨论了自主设计的图形产生器、图像变换器和VLIW微引擎的结构以及相关的图形硬件加速算法.     

一种自相似网络可靠性分析模型

利用ON/OFF模型产生自相似流量,提出了一种基于排队延迟的自相似网络可靠性分析模型。将节点和到达信息流视为G/M/1/B排队模型,利用大偏差理论得到节点平均排队延迟时间,进而得到网络各种工作状态下全网平均排队延迟时间。再利用延迟阀值得到各种工作状态下的网络可靠性,进一步得到全网可靠性。通过模拟计算,得到了给定拓扑结构网络的可靠性与自相似程度、ON/OFF源数量以及节点缓存大小之间的关系。     

排队论在ATM网络传输中的应用

将排队论应用于ATM网络传输系统中,针对ATM网络传输过程中的IP块时延的抖动问题,提出了一种新型的缓冲区策略,并且通过仿真,计算出了该策略下缓冲区的最优值.最后结果表明,这种缓冲区策略能够有效降低由于抖动而产生的数据丢失率,在网络状态欠佳的情况下,也能够保证数据的正常传输.对于ATM网络传输系统的缓冲区方案设计及其参数确定具有较大的理论意义和很强的实用价值.     

多用户视频流分布式最小失真调度算法

为了提高视频流数据的传输质量,减小视频流数据的失真率,从而提高网络中视频流数据的利用效率,提出了一种多用户视频流分布式最小失真调度方案.该方案采用相加模型来捕捉总的视频失真,建立起视频流失真模型,并通过M/G/1排队模型来进一步建模,得到视频流失真与视频流传输的延迟分布相关性函数,通过优化网络拥塞来进行系统的延迟约束,从而减小视频流失真率;通过同时考虑路由和速率分配问题来得到路由拥塞的最小化最优解,最大限度地减少网络的传输延迟.实验数据结果及对比分析表明,该方案在减小视频流失真比率、缩短视频流传输的延迟时间和控制网络丢包率上均取得了较好的效果.     

Dynamic control of service rates in queuing networks

A method for dynamic control of service rates in closed exponential queuing networks is proposed. The performance of queuing networks with the service-rate control is analyzed, and the main steady-state network characteristics are computed using an analytic approximation. A simple example of a queuing network with controlled service rates is considered as an illustration. The efficiency of the service-rate control is confirmed by Monte Carlo simulations, which, as a by-product, also show acceptable accuracy of our analytical approximations.