一种可配置双向链路的片上网络容错偏转路由器

随着CMOS工艺进入纳米时代,工艺尺寸的不断缩小增加了集成电路对瞬态故障与永久故障的敏感性.在片上网络中提供容错支持对于提高单芯片多处理器片上数据传输的可靠性至关重要.为了处理片上网络中的瞬态故障与永久故障链路,提出一种可配置双向链路的容错偏转路由器BiFTDR.相邻BiFTDR路由器之间采用一对可配置方向的双向链路互连,根据链路的故障状态和路由器的到达包信息对双向链路的方向进行动态配置,在单向链路故障的情况下不需要绕道路由即可实现容错,并且不需要路由表从而降低了路由器的硬件实现开销.模拟结果表明,在合成通信模式下,网络中包含5条和15条永久故障链路的情况下,BiFTDR路由器的包平均延迟比一种基于强化学习的容错偏转路由器分别少10%和19%;在真实应用运行踪迹通信模式下,与无故障网络的包平均延迟相比,BiFTDR路由器的性能损失不到1%.对于瞬态故障,即使在高故障率下BiFTDR路由器的性能下降程度也较小.在65 nm工艺下对BiFTDR路由器进行综合,能达到500 MHz的时钟频率,并且具有较小的面积和功耗开销.     

片上网络带宽资源QoS调度算法

提出一种片上网络带宽资源QoS调度算法。通过分布式地动态调整有保障服务(GS)连接在每个路由器中的优先级,解决共享同一物理链路的不同GS连接之间的传输冲突问题,从而保障时延、带宽和时延抖动等QoS。通过给尽力而为服务(BE)通道分配动态优先级和监控GS流量2种方法的应用,有效提高了BE数据流的服务质量及链路利用率。     

PLS流量工程故障恢复路径算法

提出一种适合MPLS保护切换和再路由--备份路径预有效恢复机制的备份路径优化算法.该算法引入故障说明,针对指定的保护对象计算恢复路径,同时,对链路的带宽进行分割,在链路可用带宽中指定备份路径可用带宽.通过算法优化,备份路径可以充分利用工作路径上的资源,降低带宽资源消耗,在保证网络提供连续服务能力的同时,提高网络资源的利用率,优化网络的运行性能.     

一种动态带宽资源预留分配链路接入控制算法

传统的基于带宽请求的固定资源预留链路接入控制算法（BRLAC）不能适应网络状态和业务需求的变化,针对该类算法接入成功率和系统带宽利用率不高的问题,基于概率分析了系统预留带宽的大小,并提出一种动态带宽资源预留分配链路接入控制算法（DBRRA）,该算法通过判断业务流优先级允许动态地从其他业务流调整预留带宽。仿真实验证明,DBRRA算法有较高的接入成功率、系统带宽利用率和较好的时延特性。     

EIGRP中DUAL算法路由查询优化的研究

EIGRP是一个高级距离矢量路由协议,支持中到大型网络,属于基于传闻协议在一组网络运行EIGRP中路由器之间路由更新机制,是依靠扩散更新DUAL算法进行触发路由更新。但是,这种算法在某些网络结构中,会出现发送大量查询路由报文、浪费网络设备CUP和内存资源、消耗大量网络链路带宽等问题。文章提出了两种方法来减少扩散更新DUAL算法中查询路由,对今后网络运行EIGPR动态选择路由协议,提供了一些参考价值。     

面向SDN数据中心网络最大概率路径流量调度算法

随着数据中心网络规模的迅速增长,网络带宽利用率低下导致的网络拥塞问题日益突出,通过负载均衡提高数据中心网络链路带宽利用率和吞吐量成为了研究热点.如何结合流量特征、链路状态和应用需求进行流量的合理调度,是实现网络链路负载均衡的关键.针对数据中心突发性强、带宽占用率高的大象流调度问题,提出一种面向SDN数据中心网络最大概率路径流量调度算法,算法首先计算出满足待调度流带宽需求所有路径,然后计算流带宽与路径最小链路带宽之间的带宽比,结合所有路径的带宽比为每一条路径计算路径概率,最后利用概率机制选择路径.算法不仅考虑了流带宽需求和链路带宽使用情况,而且全局地考虑了流调度和链路带宽碎片问题.实验结果表明,最大概率路径调度算法能够有效地缓解网络拥塞,提高带宽利用率和吞吐量,减少网络延迟,从而提高数据中心的整体网络性能和服务质量.     

一种基于流量预测的资源动态管理算法

分析了基于有效带宽理论(effectivebandwidththeory)的静态资源分配方案的弊端。在此基础上,提出了一种基于流量预测的资源动态管理算法,并且把资源动态管理算法具体应用到QoS的区分服务(DifferentiatedService)体系中,算法在区分服务网络的边缘路由器上实现。最后,在ns 2的仿真环境下对两种算法进行了比较,试验结果证明无论在丢包率还是链路利用率上,资源动态管理算法都比静态资源分配方案有明显的优势。     

一种基于MPLS流量工程的动态路由算法

MPLS流量工程的问题最终可以归结为数据流传输的路径确定问题,即显式路径的确立问题.通过对XUE算法的分析,提出了一种新的基于链路和路径的动态路由算法-LPK.依据网络链路平均利用率的取值范围对网络进行裁剪,在选路由时优先选择轻度占用的链路,避开重度占用的链路;从路径的角度出发,计算每条路径中的各链路带宽利用率相对于网络中链路带宽利用率均值的方差.用C++语言完成了该算法的实现,同时验证了该算法较SPF算法及XUE算法的有效性.     

多重链路时延优化动态可用带宽分配算法

为了优化多重链路多业务环境下的时延,首先分析了带宽分配及链路中数据传输时延计算方法,提出一种时延优化的动态可用带宽分配算法(DODBA)。该算法基于不同优先级业务的时延比较实现了剩余可用带宽的重新分配。仿真实验证明了DODBA的有效性,能控制各链路不同业务的时延,并提高了系统带宽资源的利用率。DODBA可用于解决大型宽带网络接入控制中的实际问题。     

电力通信网络中高效的OSPF流量负载均衡协议

针对基于开放式最短路径优先（OSPF）协议的电力通信网络中的流量负载不均衡问题,提出两级优化的OSPF（TSO-OSPF）算法,分别对OSPF区域内和区域间进行流量均衡。算法采用带宽利用率和时延作为链路权重,根据路由器的进出总流量,将流量过大的分支分解到多个路由器,实现最大流最小化,从而解决电力通信网区域内部和边界路由器的流量不均衡问题。仿真实验表明：与OSPF算法相比,TSO-OSPF算法有效均衡了网络的流量,并且降低了10%左右的丢包率。     

基于负载均衡的无线虚拟网络映射算法

针对网络僵化的问题,目前多采用网络虚拟化（NV）方法进行解决,其关键技术是虚拟网络映射（VNE）。为解决无线VNE过程中功率和带宽资源使用不均衡的问题,基于负载均衡原理提出一种联合资源分级的无线VNE算法。首先,采用新的节点资源排序方式,其中将节点功率和平均链路带宽作为排序依据;其次,对资源进行分级,以动态调整虚拟网络请求对功率和带宽资源的需求;最后,改进功率和带宽资源的单位成本,并以最小化成本为目标函数选择资源分配方案。与原有的无线VNE算法WVNE-JBP相比,所提算法的总体接受率提高了11.7个百分点,平均功率利用率提高了4.4个百分点,平均带宽利用率提高了1.6个百分点。实验结果表明,所提算法能有效提高虚拟网络接受率和资源利用率。     

基于滑模控制的显式控制协议带宽补偿算法

在动态网络中,显式控制协议(XCP)带宽设置不当会使链路利用率大幅下降。针对该问题,提出一种基于滑模控制的XCP带宽补偿算法FC-XCP,通过设计合理的控制器,使输出带宽与链路带宽相匹配、网络系统更稳定。仿真结果表明,与PII-XCP算法相比,FC-XCP能明显提高动态网络的带宽利用率。     

LEDBAT协议优先级反转抑制的启发式动态阈值算法

近年来,随着通信技术和网络传输能力的大幅度提升,应用需求呈现多元化的增长态势(视频会议、在线游戏等交互式应用要求低时延、低抖动,而软件更新等应用则要求高吞吐).为满足时延不敏感的数据传输并保证高效的瓶颈带宽利用率,低优先级拥塞控制算法(如LEDBAT(low extra delay background transport))受到广泛关注.该类算法能在链路空闲时占用未被使用的带宽,而在链路负载较高时释放占用的带宽以保证时延敏感数据的传输.然而,当中间路由器部署主动队列管理算法时,低优先级拥塞控制算法存在优先级反转问题,即链路高负载时无法释放占用的带宽,使其退化为普通拥塞控制算法.为解决该问题,针对LEDBAT中的固定时延阈值造成的优先级反转,提出启发式的动态阈值调整算法,其在运行时动态搜索最优的动态时延阈值,确保LEDBAT与主动队列管理算法共存时仍能保持低优先级特性,同时不降低链路的利用率.为验证算法的有效性,在网络模拟NS2中建立了不同网络场景并对算法进行大量的评估.实验结果表明：与已有低优先拥塞控制算法相比,新算法能够有效解决优先级反转的问题,同时保证链路的带宽利用率.     

面向高可靠片上网络通信的可重构路由算法

为了满足系统芯片对通信带宽的要求,片上网络正逐渐取代总线成为当前多核及众核系统的主流互连方案,然而由于芯片特征尺寸的不断减小,芯片内发生故障的概率显著增加.为了提供可靠的片上通信,提出一种低成本的可重构路由算法.该算法基于无共享边界的矩形故障模型,按照故障区与网络边界的相对位置对故障区进行分类;针对不同类型的故障区定义了具体的路由器状态更新策略;重构后的片上网络可以容忍任意数目、任意分布的路由器以及链路故障.与当前容错设计方案不同,文中算法不需要增加虚拟通道来保证网络的无死锁特性,因此具有低成本、高可靠的特性.仿真实验结果表明,文中算法适用于处理器与缓存,或缓存与缓存之间的片上通信.     

基于往返时延梯度的多路径拥塞控制算法

为更好利用有限的网络带宽资源，提高带宽利用率，提出一种利用往返时延梯度精确感知带宽变化的多路径拥塞控制算法。根据往返时延的大小反馈网络拥塞程度，将拥塞程度量化为时延梯度作为拥塞窗口的控制参数；为保证链路公平，利用往返时延估计链路带宽，经迭代分配带宽，给出公平的资源分配方法。在NS-3上进行仿真，其结果表明，多路径流的吞吐量较单路径流明显提高，保证了链路分配的公平，动态环境下的响应时间较同类算法有所减小。该算法进一步提高了网络带宽的利用率。     

一种动态分配虚拟输出队列结构的片上路由器

传统虚通道流控技术的片上路由器通过增加虚通道缓解排头阻塞引起的链路吞吐率下降以及网络拥塞的同时,面临缓冲区低利用率、仲裁开销较大等问题.而动态虚通道流控的片上路由器虽可通过动态管理缓冲单元,提高缓冲区利用率与链路吞吐率,但却不可避免流控与仲裁逻辑复杂度与开销的快速增长.为了提高链路吞吐率与缓冲区利用率,获得较好的性能与开销折中,提出一种动态分配虚拟输出队列结构的片上路由器DAVOQ,该结构通过快速链表动态组织虚拟输出队列,同时使用超前路由机制以简化仲裁逻辑,优化流水线.模拟与综合的结果表明,相比传统虚通道路由器,DAVOQ路由器改善报文传输延迟与吞吐率的同时,在0.13μm CMOS工艺下,节省了15.1%的标准单元面积与12.9%的漏电流功耗;而相比动态虚通道路由器,DAVOQ路由器能够以较小的吞吐率损失获得可观的延迟改善,同时节约15.6%的标准单元面积与20.5%的漏电流功耗.     

面向片上网络缓冲资源争用的路由器设计

针对片上网络典型路由器的缓冲资源利用率不高、大容量缓存设计受限等问题,在不增加缓存和虚通道的情况下,提出一种新的面向片上网络缓冲资源争用的路由器设计方案。在该路由器中,当某个输入端繁忙发生资源争用情况时,将阻塞数据包分配到其他拥有空闲缓存资源的输入端口,解决缓冲资源的争用问题,从而提高网络整体性能。SystemC仿真结果表明,相对于基本路由器,该路由器在热点模式和均衡模式下均具有较高的网络饱和率和吞吐量,尤其在热点模式下提高了约11.4%的饱和率。FPGA实现结果表明,该路由器的面积开销较小,能较好满足片上网络的应用需求。     

基于业务类型的网络切片可靠性映射算法

网络切片是5G网络的基础架构技术,为在多个切片共享同一底层网络资源的同时保证切片的可靠性,提出一种区分业务类型的网络切片可靠性映射算法,解决底层网络链路故障、网络切片可靠性与资源利用率相互矛盾的问题。通过区分切片承载业务类型,对高可靠低时延切片请求的链路提前构建备份路径,并采用基于最大生成树链路的备份资源共享保护方法,对高带宽切片请求则采用基于链路可靠性的重映射算法恢复故障链路。仿真结果验证了该算法的有效性,与SVNE1+1和DPS-VNRA算法相比,其在切片成功运行率、长期收益开销比、物理链路利用率和故障恢复率方面均具有优势。     

基于效用函数的无源光网络动态带宽分配算法

为解决无源光网络由于传播距离较远而导致传播时延较长、信道利用率较低的问题，提出一种基于效用函数的无源光网络动态带宽分配算法。在无源光网络上行数据传输方向上，凭借光线路终端规律性地轮询各光分配网，获取上行带宽的请求信息。在无源光网络下行数据传输方向上，光线路终端把光网络的下行业务分组装入帧，并以广播的形式进行数据传输，结合此特点，利用带宽分配与微观经济学之间的相似度。以传输功率和传输信号增益，建立基于效用函数的分配问题优化模型，并通过路由器矩阵及其逆矩阵对该问题模型进行求解，得出各链路的最优传输速率，实现无源光网络动态带宽分配。实验结果表明，所提算法的信道利用率较高且时延抖动较低，能够有效提升网络动态实时性。     

自适应的显式控制算法

针对XCP的α参数在网络中流的个数变化明显以及链路带宽相差比较大的网络环境中影响带宽利用率提高的问题,提出一种自适应的XCP改进算法——AXCP。该算法基于平均队列变化率来判断网络的稳定状态,并依此调整参数α。实验表明该算法能有效提高带宽利用率。