万兆以太网MAC的流量控制电路设计与实现

深入研究以太网组帧、传输的方式以及流量控制的原理,结合万兆以太网介质访问控制(XGMAC)64 bit数据并行处理的特点,针对PAUSE帧响应周期长、占用硬件资源多的问题,设计了一种精简的基于PAUSE帧的流量控制电路,在ISE中逻辑综合与仿真。验证结果表明,该电路可满足万兆以太网流量控制的要求。     

以太网帧

帧是一系列标准化的数据位，是网络通信的基本单元，本对帧的基本结构，传输和控制功能进行了简要介绍，帧结构的提供一种封装来承载数据，以太网使用载波侦听多访问／冲突检测CSMA／CD规则控制帧的传输，PAUSE帧是一种MAC控制帧，用来实现PAUSE功能，在全双工以太网链路上实现流量控制。     

千兆位以太网PAUSE流量控制机制研究

文章深入分析了IEEE标准802.3x定义的应用于数据链路层的PAUSE流量控制机制,并针对千兆位以太网对PAUSE流量控制机制的缓冲区需求及对称性进行了研究。     

一种数据块关系指导的缓存替换方法

提出了一种数据块关系指导的缓存替换方法BDP(block correlations directed replacement policy).数据块关系所表示的空间局部性可以用来指导存储系统的缓存替换策略.BDP利用历史访问信息和实时访问信息,预测数据块未来的空间局部性特征,并设计数据块驻留时间的控制策略,减少现有替换算法对空间局部性预测失败带来的失效惩罚.同时给出了BDP的有效缓存模型.模拟结果显示,对大多数实际系统工作负载,BDP的失效率相对LRU算法下降11%～38%,优于现有的考虑空间局部性的替换算法.     

IEEE802.11ax基于时延敏感的上行链路自适应帧聚合传输方案

帧聚合传输技术因其高效的传输效率被广泛使用.针对密集部署环境,下一代无线局域网标准IEEE 802.11ax基于帧聚合传输技术提出多流量标识符技术,允许多种不同流量类型的数据聚合传输,提升了密集环境下帧聚合传输性能.然而,上行链路多用户随机接入机制无法保障诸如视频、语音等高吞吐率低时延的传输业务需求.因此,本文利用帧聚合多流量标识符技术,对密集部署站点流量随机到达过程建模分析,推导出帧聚合时延表达式,并提出自适应时延敏感帧聚合传输方案.该方案根据站点缓存数据包的时延约束,使用二分搜索算法动态地调整帧聚合数目来最大化网络整体吞吐率.仿真结果表明,所提方案能够有效地降低站点时延和丢包率,提升网络吞吐率.     

ICN中基于节点权重的缓存大小分配方案研究

网内缓存功能是信息中心网络ICN（Information-Centric Networking）最重要的特性之一,大大减小了信息请求的响应时间和网内流量。合理地分配每个路由器的缓存空间大小,对网络性能有较大影响,也可以节约网络成本。为了使路由器的缓存大小配置合理,首先综合考虑路由器的度数权重、紧密度、网络的中心度、请求影响度等度量指标,定义了一个新的度量指标,称为节点权重;然后,提出一种基于节点权重的缓存大小分配方案,将网络所需的容量按比例分配给路由器。仿真结果表明,与均匀分配相比,路由器的缓存空间利用率至少提升了8%,命中率至少提高了6%;与基于请求影响度的分配方案相比,路由器的缓存空间利用率至少提升3%,命中率至少提高了3%。     

基于基元重启的OpenGL和CUDA图形渲染算法探索

针对OpenGL渲染图形要多次访问缓存区的问题,提出一种OpenGL和CUDA混合编程的图形渲染算法来加速Perlin Kernel生成虚拟地形图。首先,通过OpenGL将缓存映射到CUDA内存空间,利用CUDA完成加速计算任务; 然后,为几何图形设置开始和结束的位置标志,使用基元重启对图形进行组合; 最后,对缓冲区对象进行渲染。实验结果表明,改进后的基于基元重启的混合算法在GTX 650 GPU上的平均帧速率为960fps,帧速率提高6%,算法改进后渲染方法的执行效率提高了63倍。实验证实基元重启可以提高3D处理性能。     

基于伸展树的文件数据缓存管理策略研究

针对企业内部网络存储,研究并提出了一种基于伸展树的缓存管理策略,以对网络缓存空间进行组织和管理。在内部网络存储缓存链的基础上,引入并改进了伸展树结构和操作,将改进后的伸展树作为缓存节点数据组织和管理的索引结构,分析并设计了基于伸展树的文件数据缓存管理策略。实验结果表明,基于伸展树算法的缓存管理策略提高了缓存空间利用率和用户访问数据的效率,有较好的实时性。     

基于WiFi数据帧特征的智能家居识别方法

WiFi环境下的智能家居设备识别是当前物联网安全的研究热点之一。由于WiFi环境下802.11协议具有加密的特性，使得传统明文流量识别物联网设备的特征无法适用。分析802.11协议发现不同智能家居设备的数据帧存在差异性的特点，基于此开展研究工作，选取帧长度、帧到达时间、持续时间、帧序列号等字段作为流量特征，通过改进的决策树CART算法，实现WiFi环境下智能家居设备识别。实验结果表明该方法能有效识别设备型号，识别准确率为91.3%。     

一种基于帧间信息差的改进TPSN算法

在无线传感器网络中,TPSN时间同步算法作为一种基于成对的双向同步算法,取得了良好的时间同步精度,但是同步能耗大。根据TPSN算法中传感器节点收到的数据在时间上和空间上的相关性,通过压缩数据来减少数据流量,提出了一种基于帧间信息差的改进TPSN算法。在改进TPSN算法中传感器节点首次时间同步时存储同步帧,之后的同步帧均采用与前一帧的信息差,压缩了同步帧的数据量,减少了报文开销,从而降低了同步能耗。仿真结果表明,改进TPSN算法有效地降低了时间同步的能耗,同时保持了TPSN算法的精度。     

Quarter Load Threshold (QLT) flow control for wormhole switching in mesh-based Network-on-Chip

The fact that latency increases abruptly once the on-chip network is saturated indicates that it is necessary to devise an effective flow control strategy. Through tracing the status of the network buffer space we found that the payload of the on-chip network cannot get beyond an upper bound to avoid vicious congestion. Specifically, quarter of the total network buffer space is such a threshold, which is termed Quarter Load Threshold (QLT). Based on this fact we present the Quarter Load Threshold (QLT) flow control strategy. The performance of the proposed strategy is evaluated by the open source simulator Noxim [Noxim: Network-on-Chip Simulator, http://sourceforge.net/projects/noxim, 2008]. Simulation results show that the on-chip network runs smoothly and no serious congestion is encountered any more.     

MPEG-2实时解码中的输入缓冲器控制

分析了ＭＰＥＧ２ 的时序模型,研究了理想解码器的输入缓冲器工作过程以及实际实时解码器解码开始的时刻、解码非瞬时、码流非平稳等因素对输入缓冲器的影响,指出实际解码器的输入缓冲器必须增大。在输入缓冲器容量受限制的情况下,给出了输入缓冲器控制策略。该策略已经成功地应用于作者研制的高清晰度电视功能样机中。     

以太网交换控制电路流量控制研究与实现

针对以太网交换控制电路帧丢失问题，研究了以太网交换的流量控制技术，在以太网交换控制电路设计中采用了流量控制机制，实现了基于数据缓冲策略的流量控制功能，解决了数据缓冲区可用容量不足造成的数据帧丢失问题。     

Design and Implementation of a Streaming System for MPEG-1 Videos

A new streaming application has been developed for the Internet environment. The system has client-server structure together with multithreaded architecture and pipelining. RTP protocol is used to transmit packets belonging to MPEG videos. RTCP protocol collects transmission statistics. System is adaptive in the sense that it reacts to dynamic network conditions. A feedback mechanism controls both the frame interval and frame rate depending on the frame-loss statistics and buffered video level at the client. A flow control module at the client side controls buffer underflows and overflows. Performance results of the implementation are reported and discussed. The performance of the proposed buffering strategy is compared with other proposed methods from the literature. The comparisons showed that the proposed strategy is more robust than other methods.     

Enhancing energy efficiency of RISC-V processor-based embedded graphics systems through frame buffer compression

In embedded graphics systems, the graphics processing unit (GPU) also consumes significant amount of frame buffer memory bandwidth. Frame buffer compression is widely adopted to alleviate both memory bandwidth and power consumption issues for the display controller, but rarely has it been applied to addressing GPU’s consumption. This paper proposes a real-time fixed-ratio frame buffer compression technique for RISC-V processor-based embedded graphics systems. The advantage of the proposed method is that the fixed-ratio compressed frame buffer can be directly adopted as an input texture by GPU. The proposed architecture (called an FBC coprocessor) is a hardware extension to the RISC-V microprocessor that supports frame buffer memory bandwidth reduction. The results show that the coprocessor consumes only 1% additional silicon space of the whole system, while reducing bandwidth consumption by 72.64%. A prototype system-on-a-chip indicates that the proposed FBC coprocessor can reduce GPU power consumption by up to 12.7% for an example automotive application.     

海量视频数据分布式存储性能优化方法研究

针对文件系统存储效率低、多余副本导致空间浪费以及磁盘能源损耗严重的问题,提出一种新型分布式优化存储策略(distributed optimized storage strategy,DOSS).首先,引入Bcache混合存储技术在磁盘阵列前增设固态硬盘,作为高速缓冲区对多路视频流进行临时数据组织,变多线程并发写任务为单线程顺序写入任务,规避磁盘内部碎片产生,有效提高系统写入效率.其次,提出改进的liberation码对视频数据进行压缩存储,在保证系统可靠性的同时提高磁盘空间利用率.最后,基于ioctl系统调用编写盘片转速控制函数,实现磁盘多级休眠和低延迟唤醒,减低磁盘能耗,提高使用寿命.结果表明单台存储服务器在500路4 Mbps并发视频流下存储效率提高约36％,存储空间节省约40％,系统应对12000路并发视频流时仍存在休眠磁盘约10％.     

一种基于小波视频编码器的码率控制算法

码率控制是视频编码的重要组成部分。根据小波视频编码器的特点,提出了一种基于小波视频编码器的码率控制算法,给出了I帧根据缓冲器的容量分配固定的比特数的策略;提出了基于能量的P帧的码率分配策略,实验效果验证了所提出算法的有效性。     

一种基于小波视频编码器的码率控制算法

码率控制是视频编码的重要组成部分。根据小波视频编码器的特点,提出了一种基于小波视频编码器的码率控制算法,给出了I帧根据缓冲器的容量分配固定的比特数的策略;提出了基于能量的P帧的码率分配策略,实验效果验证了所提出算法的有效性。     

Delivery of compressed videos from video servers employing cycle-based data-block retrieval discipline

The significant frame size variability exhibited in the compressed videos imposes a great challenge on network delivery. In this paper we propose an efficient flow control scheme, employed in the peer stations (i.e., servers and clients), for delivery of prestored compressed videos in a video-on-demand (VOD) system. This scheme resorts to an off-line analysis on the video frame sizes and server properties for figuring out the necessary buffer space and network bandwidth. The server platform of particular interest obeys a cycle-based data-block retrieval discipline, which is an essential technique to reduce the disk seek time for leveraging the disk throughput for supporting a large number of concurrent video accesses. Such a discipline is taken into account here to guarantee smooth delivery of variable-bit-rate videos. In run-time a server-driven control model is in use, where a server performs the primary flow control task, without relying on any feedback from clients. The scheme has been implemented in our prototype VOD system to support both unicast- and multicast communication paradigms under an RSVP-enabled network.