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。     

面向片上网络容错偏转路由器设计与优化

随着集成电路工艺进入纳米时代,可靠性已成为片上网络设计的一个关键因素。本文设计实现了一种基于增强学习的片上网络容错偏转路由器,该路由器在发送包的同时采用增强学习的方法对路由表进行重配置以实现容错路由。为了提高性能,我们对路由器进行了流水线优化设计,采用2级流水线实现。在TSMC65nm工艺下综合结果表明,2级流水线路由器频率提升了近一倍达到750MHz,而面积开销仅增加了22%。在合成通信模式下的模拟结果表明,2级流水线容错偏转路由器的平均网络延迟优于无流水线路由器。     

容错矩阵分解与线性方程组求解

利用实数码可以实现容错线性信号处理系统,这样的系统可以纠正输出数据中存在的随机错误,其中这些错误是由系统中的瞬时故障引起的.矩阵分解是一种有用的线性运算.本文讨论了矩阵的容错LU分解问题,并根据算法容错思想给出了一个有效的矩阵LU分解过程,该过程最多可纠t个随机错误,其中t为某一给定较小常数.基于上述过程,我们提出了一个线性方程组的快速容错求解方案,对应的硬件开销和时间开销分别为O(k)和O(k2),而已知的TMR技术的硬件开销和RESO技术的时间开销分别为O(k2)和O(k3),其中k为线性方程组的阶.所以,与已知方案相比,本文所提方法对于实际应用具有更重要的应用价值.     

应用于片上网络的容错机制

本文提出了一整套容错机制来解决片上网络通信中遇到的故障.对于暂时性故障,使用端对端的硬件重传机制;时于永久性故障,使用软硬件结合的方法进行故障的检测、诊断和修复.仿真显示,该容错机制能够比较全面的对故障进行处理.本论文还对提出的容错路由器和容错网络接口进行了硬件设计,在0.13 μm工艺下,两个通信组件的面积仅0.12 mm2和0.46 mm2,相对于没有容错功能的路由器和网络接口,面积仅增加0.145 mm2.     

一种适用于2D Mesh片上网络的可重构容错路由算法

适用于2D Mesh片上网络的可重构容错路由算法,在芯片某些区域由于制造缺陷、使用老化等原因拓扑结构变得不再规整的时候,可以对网络节点重新进行配置,从而保证健康节点间的正常通信.基于SystemC的平台仿真表明该算法相对于传统算法可以获得更佳的网络性能.该算法是免于死锁的,同时对其可重构机制也给出了详细的论述.它还具有良好的扩展性,当系统规模增大的时候每个路由器的硬件开销保持恒定,而其容错能力也得到了增强.     

片上网络中低延时可扩展的路由器结构设计

为了满足片上网络中路由器能同时支持多个IP核的要求,并同时具有较好的延时性能,设计了一种分布式路由和仲裁的路由器结构。其中的仲裁模块根据当前路由器各输入端口的请求状态和下一路由器相应输入端口缓冲器的状态进行仲裁,此仲裁方法提高了数据包传输的成功率,从而降低了传输延时,使路由器具有良好的延时性能,同时仿真结果表明:该路由器在面积开销方面具有良好的可扩展性。     

一种无虚通道NoC负载均衡容错路由算法

随着芯片复杂度的不断增大,设计一个高效的片上网络容错路由算法面临着巨大的挑战。由于芯片面积开销的限制,拥有低面积开销的无虚通道片上网络路由器受到学术界的广泛关注。但目前对无虚通道片上网络容错路由算法的研究却停留在容错性能上,而忽略了容错路由算法的路由路径过于单一所造成的负载不均、数据包平均延迟较大等问题。文章在借鉴已有的奇偶转向容错路由算法的基础上,对算法的故障模型和故障绕行策略进行优化,并在算法中融入负载均衡策略,以形成新的容错算法缓解上述问题。在9x9的2D mesh网络中对新提出的算法和参考算法的仿真结果表明：与参考算法相比,新算法在降低数据延迟和吞吐量方面有着明显的优势,在最优情况下能减少8.92%数据延迟和增加10.46%的吞吐量。     

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65nm工艺下对BiFTDR路由器进行综合,能达到500MHz的时钟频率,并且具有较小的面积和功耗开销.     

用于片上网络的网络接口设计

提出一种用于由双通道路由器组成的片上网络系统的网络接口。该网络接口符合AMBA总线协议,能根据IP核的通信请求,自动选取通信方式,向IP核隐藏通信细节,充分利用双通道路由器中控制包通道与数据包通道分离的特点,方便系统编程。使用SMIC0．13gm工艺综合后,该网络接151的面积仅为0．3mm^2。     

利用冗余核的MPSoC故障检测方法

在处理器可靠性研究中,为在容错机制部署与容错开销之间达到较好的平衡,提出一个利用冗余核进行检测代码计算任务的多处理器片上系统(MPSoC)故障检测方法。该方法利用多核系统天然的冗余特性,将用于进行故障检测的冗余代码中的大部分计算任务转移到冗余核中进行,检测软件控制流的正确性和数据的一致性,实现MPSoC的故障检测。所提方法无需添加额外硬件,通过指令级的冗余进行故障检测,可满足系统可靠性需求,同时又能减少面积开销,在性能方面和花销上做到有效的权衡。在一个MPSoC上对所提方法进行验证实验,通过故障注入,运行多个基准程序进行有效性验证,并将所提方法与几种具有代表性的软件检测硬件故障方法故障检测能力、面积、内存以及性能花销等方面进行比较,实验结果证明所提方法有效且能够在性能和花销之间取得较好的权衡。     

基于逻辑密钥树的无线传感网络密钥管理方案

针对层次型无线传感网络（HSN）中的安全通信问题，提出了一种基于逻辑密钥树（LKH++）的组密钥管理方案——W-LKH++。针对无线传感器节点的低配置特点，首先，对LKH++树的组密钥初始化计算方法进行修改，降低传感器节点的计算消耗；其次，对LKH++的组密钥持有方式进行改进，减少传感节点的存储消耗；最后，提出适用于簇头节点的动态密钥更新方法，在降低通信消耗的基础上增强簇头节点的抗捕获能力，提高无线通信网络的安全性。性能分析和仿真实验结果表明，W-LKH++在保证低计算、存储和通信消耗的基础上，进一步提高了网络安全性。     

基于卷积神经网络的单图像去雾模型硬件重构加速方法

针对基于卷积神经网络（CNN）的单图像去雾模型在移动/嵌入式端部署难,不易用做实时视频去雾的问题,提出一种基于Zynq片上系统（SoC）的去雾模型硬件重构加速方法。首先,提出量化-反量化算法,对两个代表去雾模型进行量化;其次,基于视频流存储器架构和软硬件协同、流水线等技术以及高级综合（HLS）工具,对量化后的去雾模型硬件重构并生成具有高性能扩展总线接口（AXI4）的硬件IP核。实验结果表明,在保证去雾效果的前提下,可以实现模型参数从float32到int5(5 bit)的量化,从而节省约84.4%的存储空间;所生成硬件IP核的最高像素时钟频率为182 Mpixel/s,能够实现1080P@60 frame/s的视频去雾;单帧640×480的雾图去雾仅需2.4 ms,而片上功耗仅为2.25 W。这种生成带有标准总线接口的硬件IP核也便于跨平台移植和部署,从而可以扩大这类去雾模型的应用范围。     

片上网络中面向报文有序传输的自适应路由算法研究

与确定性路由算法相比,自适应路由算法可以提高片上网络的通信性能,但是报文可能会无序到达。在目的节点对报文排序将会导致严重的面积和计算开销,甚至可能会抵消采用自适应路由算法带来的性能增益。为此,本文首先提出一种部分自适应路由算法,以满足报文的有序到达。然后,描述了对本文算法提供支持的路由器硬件结构。最后,在二维片上网络下对本文算法及确定性和自适应路由算法进行了性能评估和比较。与XY算法相比,本文算法显著降低了报文延时,提升了饱和点。同时讨论了对路由器面积和功耗影响。虽然路由器的功耗有所上升,但是由于报文交付性能提升,因此每个flit的能耗增长可忽略不计。     

基于WSN的农网配电台区远程监控系统设计

针对当前农村电网安全性差、控制与通信技术落后、管理水平低的现状,设计一种基于ZigBee无线传感器网络(WSN)与精简 TCP/IP协议(ZLIP)的农网配电台区远程监控系统。给出传感器节点、ZigBee路由节点、协调器节点、通信前置机及后台监控系统的软硬件实现方法。运行效果表明,该系统能有效地提升农村电网的自动化水平,保证农村电网供电的可靠性、安全性和经济性。     

两段式虚拟网络功能硬件加速资源部署机制

设计硬件加速机制,解决软件定义网络/网络功能虚拟化（SDN/NFV）架构中虚拟网络功能（VNF）的性能受限问题,成为当前的研究热点。在引入VNF硬件加速资源后,如何实现对加速资源的统一管理和部署,是亟待解决的问题。为此,首先提出了基于服务器端加速卡和OpenFlow交换机的VNF加速资源的统一管理架构;在此基础上,对加速资源部署问题进行建模,通过分析VNF加速资源对服务链映射的影响,提出了VNF加速资源部署策略的评价指标;最后,设计了两段式的加速资源部署算法求解该问题。实验结果表明,与只考虑节点单一属性的部署算法（SARD）和均匀部署算法（UARD）相比,所提机制能够优化部署加速资源,加速资源承载的流量和加速资源的利用率分别提升41.4%和14.5%。     

高速网络PPP协议的实现及其安全机制的研究

研究了PPP协议在高速SDH／SONET光纤网络上的实现技术,并将其应用到高速路由器的工程实践中,实现的PPP协议软件向下和底层硬件驱动程序接口处理收到的PPP报文;向上和网络层协议IP,IPX接口将IP／IPX报文送交IP／IPX协议处理,形成发送网络层报文的控制机制。还研究了PPP协议的安全问题,包括协议的加密和认证机制,确保报文转发过程中的高速和安全性。     

一种物联网环境下的分布式异常流量检测方案

物联网终端设备数量的急剧增加带来了诸多安全隐患,如何高效地进行异常流量检测成为物联网安全研究中的一项重要任务。现有检测方法存在计算开销大的问题,且不能显式地捕捉流量数据中的关系和结构,难以应对新型网络攻击。考虑网络结构和节点设备之间的复杂通信模式,提出一种基于图神经网络的分布式异常流量检测方案。结合物联网环境对卷积神经网络进行改进,识别节点之间的复杂关系,同时在物联网设备、转发器和雾节点上设计并部署分布式检测单元,通过分布式检测架构实现本地化的异常流量检测,从而降低检测延迟和时间开销。在此基础上,引入注意力模块强化对关键特征的提取,增强模型的可解释性,进一步提高检测精度。在公开数据集CTU-13上的实验结果表明,该方案准确率和AUC值达到99.93%和0.99,只需9.26 s即可完成检测,且带宽消耗仅为845 kb/s。     

移动P2P网络双向匿名通信机制设计

无线链路不稳定和恶意节点不合作等因素会影响移动P2P网络匿名机制的实现。为解决该问题,通过改进移动P2P网络结构,提出一种可以随网络状况自适应变化的NCS-Crowds匿名算法,综合运用假名映射和掩饰流等匿名技术,设计系统架构演进架构下的双向匿名通信机制。理论分析和仿真结果证明,该机制能够根据网络状况在转发成功率和开销代价之间取得较好的折中,实现双向匿名通信。     

一种高斯-马尔科夫模型下的车辆位置管理策略

在车载自组网VANET中,节点的高移动性使得网络的拓扑结构频繁变化。随着节点数目的增加,网络的开销迅速增大,直接影响到网络的可扩展性。为此,将位置管理的策略引入VANET网络中,以达到减少网络开销的目的。在高斯-马尔科夫移动模型的基础下,提出了一种新的位置管理策略,实现车辆在低开销下的可靠通信。通过仿真比较,验证其在性能上具有更好的可扩展性。