一种基于进程代数的路由器性能评价算法

性能评价是路由器设计中的一个重要环节，目前有多种方法，提出了一种基于进程代数的形式化方法，它能在系统进行正确性验证的同时得到系统的性能参数．首先定义了描述路由器模型的进程代数方法，然后介绍了建立路由器模型的方法，并给出了一个简单的例子，最后给出了计算路由器两个性能指标吞吐率和延时的算法．     

一种多级无缓存高阶路由器的设计与实现

随着高性能网络规模的增加,高阶路由器结构设计成为高性能计算研究的重点和热点。使用高阶路由器,网络能实现更低的报文传输延迟、网络功耗和网络构建成本,同时高阶路由器的应用还可以提高网络可靠性。高性能路由器的阶数不断提高,仅靠扩展单级crossbar交换结构的阶数使路由器内部的连线资源急速增长,交叉开关的实现代价将不可接受,这就需要为高阶路由器设计新型的交换结构。近十年来,出现了以YARC为代表的经典结构化设计以及"network within a network"等新型设计方法,未来的研究重点是解决高阶路由器结构设计中遇到的缓存、仲裁和扩展性等各种问题。鉴于此,实现了一种多级无缓存高阶路由器,这种高阶路由器内部是一个多级Clos网络,每一级有相应的仲裁模块对请求进行调度,数据包缓存在输入/输出端口实现,除去这些缓冲区单元,该网络是无缓存的。最后通过BookSim模拟器进行了大量的性能测试,所设计的路由器能够正常工作,性能良好。     

基于FGN和FLN的网络通信量模型FGLN

为了捕获大规模网络通信量的动力学行为特征,该文提出了一种基于分数高斯噪声和分数利维噪声的网络通信量新模型,给出了该模型参数的估计方法和通信量生成算法。仿真实验和对比分析表明,与其它经典通信量模型相比,新模型具有更好的性能,能够较好地捕获实际网络通信量的动力学行为特征,包括自相似性和冲激性。     

URED:一种基于用户的缓存管理算法

宽带接入是当前热点问题,用户的流量管理是其实现的一个重要方面。根据宽带接入的需要,在分析现有缓存管理算法的基础上,提出了URED基于用户的缓存管理算法,这种算法采用虚拟用户队列和实际业务队列管理分组,将用户流状态引入到分组丢弃概率计算中,在用户区分的粒度上提供了用户流的管理并保证了业务流服务质量。通过分析和仿真,证明了URED算法的性能,比现有缓存管理算法更适合于接入路由器的要求。     

基于Pareto分布的IP骨干节点输入通信量模型

输入通信量的行为特性对于IP骨干网节点的性能和设计有重要的影响.本文从IP骨干网络节点输入通信量角度出发,提出了一个基于Pareto和指数分布的混合通信量模型,其中数据包到达间隔为Pareto分布,包大小为指数分布.该模型克服了传统网络通信量模型中没有显式考虑数据包大小的缺点,从数据包级对网络通信量进行了精确的描述,从而能够更好地进行路由器结构设计和性能分析.仿真实验验证了我们模型的有效性.     

路由器缓存大小设置策略的研究综述

首先介绍了路由器缓存大小设置问题的研究进展,重点讨论了基于TCP协议模型的5种典型的缓存设置方法,通过分析和比较得出基于不同的假设前提的缓存设置方法适应于不同的网络环境;并进一步研究了影响缓存需求的几个主要因素,着重分析了各种TCP协议、队列管理机制与路由器缓存大小设置策略的相互影响,并指出在"-3前复杂时变网络特征下需要采用根据网络状态动态调节阅值的缓存设置方法.     

基于片上网络的低偏转率微缓存路由器

片上网络通常使用输入输出缓存或交叉开关缓存存储微片以提高路由器性能,导致大量消耗片上资源并显著增加功耗。无缓存路由器被提出用于解决该问题,但存在低效率的偏转,不适用于中、高负载的网络。为此,设计一种基于方向向量路由策略的低偏转率微缓存路由器。采用一个旁路寄存器和一个回环寄存器的设计,通过二分图最大匹配调度算法优化微片路由。在Xilinx Vivado上的仿真结果表明,该路由器的性能与RIDER路由器相当,但寄存器使用减少55%,并且在高负载网络中性能优于CHIPPER,Min BD和RIDER路由器。     

高阶路由器结构研究综述

随着高性能网络规模的增加,高阶路由器结构设计成为高性能计算中研究的重点和热点。使用高阶路由器,网络能实现更低的报文传输延迟、网络构建成本和网络功耗,同时高阶路由器的应用还可以提高网络可靠性。过去十年是高阶路由器发展最快的时期,对近年高阶路由器的研究进行了综述,并对未来发展趋势进行了预测,主要介绍了以YARC为代表的经典结构化设计以及"network within a network"等近年来涌现的新型设计方法。未来的研究重点是解决高阶路由器结构设计中遇到的缓存和仲裁等各种问题,并利用光互连等技术设计性能更好的结构。     

路由器缓存需求

综述了路由器缓存的作用.基于随机服务理论,分析了长相关流量模型和短相关流量模型输入路由器系统时的各种缓存分析结论,着重论述了基于TCP协议模型的各种最新缓存需求研究成果,包括经验法则、小缓存法则、基于丢包率的缓存法则和极小缓存法则.总结了以往缓存研究的不足,并提出了下一步的研究方向.     

基于优化缓存模型的IPQAM频点管理方法研究

针对已有基于缓存策略的IPQAM（边缘调制器）频点管理方法中响应速率有待进一步提高、响应时延较大等问题, 提出了一种基于优化缓存模型的IPQAM频点管理方法。该优化缓存模型的设计充分考虑了IPQAM频点资源、频点端口资源, 以及资源所在服务组之间的关联关系, 模型中只加载资源的部分属性, 以降低对系统内存的消耗。基于该优化缓存模型, 设计并实现了一种IPQAM频点分配、回收方法, 该方法充分利用该优化缓存模型的结构优势, 能够快速完成目标资源的定位, 具备较优的平均时间复杂度。仿真实验表明, 与同类方法相比, 该方法能够以更低的响应时延(0. 02~0. 04 ms)提供更高的响应速率(最高16 000次/s), 在管理资源数量方面, 具备很好的系统可伸缩性。     

Fractional alpha stable network traffic model and its application in QoS routing

It is not a simple and trivial work to set up an appropriate network traffic model. A fractional Alpha model is proposed in this paper and two proofs based on flow and session level, respectively, are given. Based on this model, the lower bound for the residual of the queueing distribution is deduced. Comparing the residual distribution function (RDF) based on our model with it based on other models, we find our formula matches the real RDF better. Based on this formula, we can predict the need for forwarding performance. Then a novel QoS routing algorithm based on this prediction is proposed. Last we demonstrate a simple example to denote how our algorithm can effectively improve the utility of bandwidth and amount of traffic and guarantee QoS.     

GARCH非线性时间序列模型的网络流量预测

网络流量预测在拥塞控制、网络管理与诊断、路由器设计等领域都具有重要意义。根据当今网络流量的特点,传统的ARMA模型在描述网络流量数据特性时有一定的局限性,从而影响网络流量预测的精度。针对这个问题,研究了使用广义自回归条件异方差模型(GARCH)对网络流量数据进行建模的方法,通过仿真实验表明,该模型可以较好地描述网络流量数据的异方差性,同时其预测精度较之传统的ARMA模型的预测精度也得到了大幅提升。     

自相似业务网络性能分析

最近10多年的大量研究结果表明,网络业务具有普遍的自相似特性.自相似特性对网络的性能分析和设计具有广泛的影响.自相似业务的性能分析问题是一个没有很好解决的问题.提出了自相似业务环境下的分形界到达过程,研究了基于分形界到达过程的自相似业务漏桶参数的优化方法,给出了时延约束条件下漏桶速率和桶深的计算公式.最后研究了网络演算在确保服务性能分析中的建模方法,推导出了基于网络演算的端到端时延界、队列长度界和有效带宽的计算公式.通过具体的应用实例,验证了分析结果的正确性和有效性.     

Performance analysis of a QoS capable cluster interconnect

The growing use of clusters in diverse applications, many of which have real-time constraints, requires quality-of-service (QoS) support from the underlying cluster interconnect. All prior studies on QoS-aware cluster routers/networks have used simulation for performance evaluation. In this paper, we present an analytical model for a wormhole-switched router with QoS provisioning. In particular, the model captures message blocking due to wormhole switching in a pipelined router, and bandwidth sharing due to a rate-based scheduling mechanism, called VirtualClock. Then we extend the model to a hypercube-style cluster network. Average message latency for different traffic classes and deadline missing probability for real-time applications are computed using the model.

We evaluate a 16-port router and hypercubes of different dimensions with a mixed workload of real-time and best-effort (BE) traffic. Comparison with the simulation results shows that the single router and the network models are quite accurate in providing the performance estimates, and thus can be used as efficient design tools.     

基于数据流模型的NetFlow流数据安全检测分析系统

本文设计了一个基于数据流模型的Netflow流数据安全监测分析系统,其应用背景是在骨干网络路由器上的大规模数据流处理。基于对Netflow原始流信息中的源/目的IP地址、源/目的端口、TCP/UDP/ICMP协议等进行SUM、CONUT、Top-K三种聚集计算,对骨干网络中的流数据根据相关需求进行监测骨干网络中的网络安全事件,进一步对未知蠕虫病毒具有检测和预警的功能。SUM、COUNT、Top-K三个底层通用算法基于数据流模型,体现出了它的实时性、持续性及其高性能。     

端口故障粒度划分的虚通道动态分配式容错路由器设计

高可靠性是高性能片上网络路由器发展的重要方面,针对目前虚通道动态分配式路由器端口易发生故障的问题,提出了一种基于端口故障粒度划分的容错路由器设计。首先,结合虚通道动态分配方式的特殊性以及故障发生特性,建立了一种粒度划分的端口故障与拥塞预测模型;然后在此模型的基础上结合实时故障检测方法设计相关容错电路,增加邻端口共享模块,设计容错读写指针控制逻辑电路;最后依据设计的电路提出容错与拥塞缓解方案。实验结果表明,在各种端口故障模式下,该路由器均能保持较好的容错特性,性能衰减较小,并且具有较好的性能提升与面积开销比。     

MediaWorm: a QoS capable router architecture for clusters

With the increasing use of clusters in real-time applications, it has become essential to design high-performance networks with quality-of-service (QoS) guarantees. We explore the feasibility of providing QoS in wormhole switched routers, which are widely used in designing scalable, high-performance cluster interconnects. In particular, we are interested in supporting multimedia video streams with CBR and VBR traffic, in addition to the conventional best-effort traffic. The proposed MediaWorm router uses a rate-based bandwidth allocation mechanism, called Fine-Grained VirtualClock (FGVC), to schedule network resources for different traffic classes. Our simulation results on an 8-port router indicate that it is possible to provide jitter-free delivery to VBR/CBR traffic up to an input load of 70-80 percent of link bandwidth and the presence of best-effort traffic has no adverse effect on real-time traffic. Although the MediaWorm router shows a slightly lower performance than a pipelined circuit switched (PCS) router, commercial success of wormhole switching, coupled with simpler and cheaper design, makes it an attractive alternative. Simulation of a (2/spl times/2) fat-mesh using this router shows performance comparable to that of a single switch and suggests that clusters designed with appropriate bandwidth balance between links can provide required performance for different types of traffic.     

绿色路由器的低功耗FIS转发机制及其能耗分析

随着互联网的发展,现有路由器体系结构在性能、复杂性和节能等方面存在许多难以克服的问题,如何实现高效节能的转发机制是绿色高性能路由器设计面临的重大挑战.基于边交换边转发思想提出一种边转发边交换(forwarding in switching, FIS)机制,通过模糊转发流水交换减少了路由器转发和交换阶段的存储需求和访存次数.该机制复用多个低速节点构成多级流水线结构,通过低成本执行部件的规模化运行提高交换性能和IP查找速率,可降低报文查表交换的硬件实现复杂度.建立了先转发后交换(forwarding before switching, FBS)机制和FIS机制的能耗模型,使用不同模型模拟内部缓存、输入输出端口等具有不同结构的节点,仿真实验证明FIS机制比现有的FBS机制减少约12.5%的能耗.提出的分析模型适用于可扩展和绿色节能路由器的设计.