基于NetFPGA的VCP网络的设计与实现

可变结构拥塞控制协议(VCP)是一种可适应于高带宽时延乘积网络的显式拥塞控制协议,它仅用两个ECN比特位标记网络拥塞的反馈信息,达到较高的带宽利用率和公平性。但目前针对VCP协议的研究大部分都是基于离散事件仿真验证,本文设计并搭建一种VCP真实网络验证环境。基于Linux协议栈设计VCP网络端系统,基于NetFPGA平台设计VCP网络中间节点,形成完整的VCP网络架构。构建典型的VCP网络实验拓扑,与TCP/DT相比,VCP在实际网络中可达到较好的性能。     

高速网络拥塞控制协议VCP的研究

互联网正在逐步进入一种高带宽延时积的高速网络时代.当网络的带宽或者时延增大时,TCP协议的性能严重下降,最显著的就是网络瓶颈处带宽利用率很低.在高速拥塞控制方面比较理想的XCP协议却存在部署方面的问题.变结构拥塞控制协议(VCP)可有效地解决上述问题.VCP协议联合使用ECN机制的两个二进制来编码拥塞信息.根据来自接收端的拥塞信息,VCP协议的发送端选择控制算法来响应拥塞信号.仿真实验表明VCP协议与TCP协议、XCP协议相比不仅具有较高的链路利用率,并且对现有的协议改动非常小,有利于逐步地实施.     

基于带宽预测的VCP拥塞控制改进算法

反馈信息不足导致VCP无法根据网络拥塞程度进行相应窗口调整,在网络突发业务流情况下存在慢收敛问题.针对高带宽延时网络特性,本文提出一种基于带宽预测的VCP拥塞控制改进算法VCP-BE.该算法结合端到端可用带宽预测和2位显式拥塞反馈信息提高拥塞反馈精度,为源端拥塞窗口调节提供更精细的拥塞控制信息.仿真结果表明,VCP-BE能够有效适应高带宽时延网络环境,具有比VCP及MLCP更快的公平收敛速度.     

XCP协议的仿真分析

对XCP协议的结构和执行算法进行了详细分析,并对协议做了相应仿真.仿真结果表明,在高带宽时延乘积网络中,XCP协议能更好地保持效率、公平性和稳定性.     

高带宽时延乘积网络中的TCP性能仿真分析

在高带宽时延乘积网络中,现有TCP协议由于其使用的拥塞控制机制使得数据流长时间以低速率发送数据,不能有效利用网络带宽,造成带宽利用率随着带宽的增大而下降。对高带宽时延乘积网络中TCP的性能进行仿真,结果表明在该网络环境中使用TCP传输数据不能有效利用网络带宽。最后详细分析拥塞控制机制造成TCP使用带宽利用率低的原因。     

基于XCP协议的拥塞控制算法研究

本文首先对TCP协议存在的问题进行了阐述,随着每一流的带宽时延乘积的增长,在不考虑排队方案的条件下,TCP协议变得不稳定和效率低下。然后对XCP协议的结构和执行算法进行详细分析,分析结果表明在高带宽时延乘积网络中,XCP协议能更好的保持效率、公平性和稳定性。     

变结构拥塞控制协议VCP研究

当网络的带宽或者时延增大时,TCP协议的性能严重下降,最显著的就是网络瓶颈处带宽利用率很低。Xia提出的变结构拥塞控制协议（VCP）可有效地解决上述问题。在VCP协议中,每个路由器每隔200毫秒的计算一个“负载因子”以反映网络的拥塞程度,并将其编码放入每个经过数据包的两位ECN位中。源主机根据数据包中的负载因子,执行不同的拥塞控制算法,分别提高带宽利用率和公平性。与其他的显式拥塞控制协议相比,VCP仅使用了很少的（两位）比特数,但是仍获得了较好的性能。     

XCP协议的稳定性分析及其仿真

随着每一流的带宽时延乘积的增长,在不考虑排队方案的条件下,TCP协议变得不稳定和效率低下。XCP协议扩展了ECN显式拥塞指示机制,它通过在拥塞头携带控制信息极大地改善了因特网的拥塞控制。路由器能通知发送端瓶颈链路的拥塞程度而不是网络是否拥塞,发送端就可以根据网络的状态相应地增加和减少它的发送窗口。同时对XCP协议的稳定性进行分析,并对协议做了相应的仿真。仿真结果表明,在高带宽时延乘积网络中,XCP协议能更好地保持效率、公平性和稳定性。     

具有显式反馈的拥塞控制系统研究进展

近年来越来越多的高带宽光纤网络和长时延的卫星网络融入到Internet中来。研究发现,传统TCP协议的拥塞控制机制随着网络带宽和延迟的增大而趋于不稳定。研究这种高带宽时延乘积网络环境下的拥塞控制机制成为热点研究课题,其中一个重要趋势就是采用显式反馈方法。本文讨论了基于IP网络中的显式反馈机制,包括传统ECN、各种类ECN机制以及新的拥塞控制协议;分析了各种机制的特点,总结了现有研究的问题并指出了几个值得继续研究的要点。     

基于NetFPGA的网络数据流量采集器

为解决基于软件的流量采集方法无法在高速网络环境下准确测量的问题,提出了一种基于NetFPGA的网络数据流量采集器,以达到实时在线的流量统计和采集功能。该系统采用模块化的架构设计,通过硬件实现功能的方式提高网络测量精度。实验结果表明,该系统能准确统计出网络中93%以上流量。     

VCP拥塞控制协议加权公平性研究

随着卫星网、千兆以太网、光纤网等高带宽时延乘积（Bandwidth-Delay Product,BDP）网络大量接入Internet,传统的、适用于低速网络的TCP拥塞控制协议的各种版本均存在着明显的缺陷。VCP协议是一种易于实现的、适用于高BDP网络的拥塞控制协议。给出了VCP协议对具有不同权限的用户实现加权公平性的一种方法,包括数学模型的建立、加权公平性的参数选择以及仿真实验等问题。     

VCP拥塞控制协议公平性收敛的动态分析

VCP协议是一种新型的、易于实现的拥塞控制协议,适用于高带宽时延乘积网络的拥塞控制。系统地分析了VCP协议公平性收敛的动态问题,包括公平性收敛的动态模型的建立、公平性收敛的动态分析等。动态分析为VCP协议中一些参数的选择提供了新的依据。     

基于机器学习和NetFPGA的智能高速入侵防御系统

当前网络安全面临着日益多样化的威胁和挑战。入侵防御系统作为一种新兴的、能够动态监视并及时阻断异常网络传输行为的网络安全设备,成为目前主要的研究方向。目前主流的入侵防御系统主要通过人工预设的入侵规则集合对网络流进行匹配来发现、处理入侵,这种方法效率低下、维护困难,且存在严重的处理速度与成本的矛盾。针对上述问题,文章提出了结合基于硬件的网络数据流高速捕获过滤、经典机器学习技术以及当前人工智能领域前沿的深度学习自编码技术的入侵检测新思路,实现了基于NetFPGA的智能、高速的网络入侵防御系统,并在测试中取得了优于其他同一成本水平入侵检测系统的结果。     

A new power profiling method and power scaling mechanism for energy-aware NetFPGA gigabit router

Today the ICT industry accounts for 2–4% of the worldwide carbon emissions that are estimated to double in a business-as-usual scenario by 2020. A remarkable part of the large energy volume consumed in the Internet today is due to the over-provisioning of network resources such as routers, switches and links to meet the stringent requirements on reliability. Therefore, performance and energy issues are important factors in designing gigabit routers for future networks. However, the design and prototyping of energy-efficient routers is challenging because of multiple reasons, such as the lack of power measurements from live networks and a good understanding of how the energy consumption varies under different traffic loads and switch/router configuration settings. Moreover, the exact energy saving level gained by adopting different energy-efficient techniques in different hardware prototypes is often poorly known. In this article, we first propose a measurement framework that is able to quantify and profile the detailed energy consumption of sub-components in the NetFPGA OpenFlow switch. We then propose a new power-scaling algorithm that can adapt the operational clock frequencies as well as the corresponding energy consumption of the FPGA core and the Ethernet ports to the actual traffic load. We propose a new energy profiling method, which allows studying the detailed power performance of network devices. Results show that our energy efficient solution obtains higher level of energy efficiency compared to some existing approaches as the upper and lower bounds of power consumption of the NetFPGA Openflow switch are proved to be 30% lower than ones of the commercial HP Enterprise switch. Moreover, the new switch architecture can save up to 97% of dynamic power consumption of the FPGA chip at lowest frequency mode.     

基于VCP的DSP维特比译码器的设计与实现

介绍了TI的TMS320C6416 DSP片上Viterbi译码协处理器(VCP)的结构与原理.给出了一种使用链式EDMA结构和"乒乓"缓冲技术提高VCP译码过程并行性的方法.设计出基于MATLAB的Link for CCS模块的MATLAB-DSP联合仿真平台.对VCP性能进行测试.实验结果表明,VCP提高了系统误码性能,在译码速度上优于软件译码.     

快速自适应调频机制及其在NetFPGA上的实现

降低网络设备能耗已经成为当前研究的热点.文中,作者设计了一种能够实时适应流量变化的动态自适应频率调整方法FASS,它能根据处理模块的负载,实时地调整模块的工作频率,从而有效降低模块的能耗.同时,作者通过修改NetFPGA的参考路由器设计,将FASS添加到数据包处理模块中来验证FASS的性能.马尔可夫模型分析结果和实际实验的测试结果表明,在仅增加可容忍的延迟的情况下,FASS在多种不同的负载情况下,都能有效地降低模块功耗.另外,作者的工作说明FASS可以应用于实际的物理设备中以实现节能.     

基于ARM的网络远程闭环控制机理研究与实现

针对网络远程控制的研究大部分还只是停留在开环控制或工业专用网络的问题,本文提出了一种基于Internet的远程闭环控制方案,根据该方案设计并实现了一个基于Internet的ARM网络远程控制器和本地控制器,在实验室搭建了网络远程闭环控制物理模拟实验平台,并在该平台上,针对大惯性水位控制对象和网络传输延时的不确定性问题,设计了一种基于在线信息排队的网络延时补偿方法,该方法克服了网络拥塞与不确定性延时对系统的影响,进行了网络远程闭环实时控制实验,得到了较好的控制效果。     

Real-time detection of changes in network with OpenFlow based on NetFPGA implementation

Sketch-based algorithms are extensively applied in a wide range of networking applications. This work develops the compact implementation of a system for detecting changes in traffic in real time with OpenFlow on a NetFPGA 1G (4 × 1G) platform. The system can monitor network traffic at a line rate of up to 4 Gbps with the required detection accuracy needed with limited memory on-board. The system utilizes a one-pass method to determine when the flow exceeds a predefined threshold. Based on the flow IDs identified, actions are issued immediately to switches to respond properly according to the OpenFlow protocol.