软件定义卫星网络多协议流表存储压缩算法

软件定义卫星网络的多协议转发需求对星载设备中流表的规模及存储开销提出挑战。针对卫星网络资源受限的特点，该文构建了节省存储的多协议流表结构，并提出了一种二维扩域搜索算法(2D-EFS)。2D-EFS采用字段融合的方式逐级生成多级流表，能够支持流表初始化及表项更新2种场景下的存储压缩需求。仿真结果表明：在流表初始化阶段，2D-EFS算法的存储压缩效率可达86%,与全局最优值相近，高于已有单协议算法；在表项更新阶段，2D-EFS算法可取得76%的平均存储压缩效率，并具备最低的运行耗时，其综合性能优于已有单协议算法。     

面向软件定义网络的流表优化方案

针对目前软件定义网络中细粒度的流匹配机制造成的网络流表项空间开销和查询开销爆炸式增长等问题,提出了一种全新的基于布隆过滤器(Bloom Filter)的多级流表结构。该结构为混合流表结构,采用Bloom Filter多级流表结构来存储流表项,主要着眼于提高软件定义网络(SDN)交换机流表的容量和加快流表项的匹配速度;在流表项语义层面,设计并实现了控制器与SDN交换机之间的中间适配层模块来解决语义冲突问题。基于真实流量的实验结果表明,在规则占用空间上,与传统流表相比,Bloom Filter在流表越精细的情况下优化比率越高,最高可达90.7%。随着流表项规则的增加,匹配耗时优化效率提高,匹配时间最多可减少99.4%。该问题的解决可望为SDN网络的大规模实用化部署奠定数据层面的基础。     

SDN数据中心网络基于流表项转换的流表调度优化

针对基于软件定义网络(SDN)架构的数据中心网络中,SDN交换机流表资源的有限性导致的流表溢出或控制器拥塞等问题,引入空闲流表资源代价的概念描述了网络资源的利用率,并分析了空闲流表资源量与重复下发的流表项数量之间的关系,提出了一个基于流表超时机制的流表调度策略,依据流表项生存时间和匹配计数来进行静态流表项和动态流表项之间的实时转换.在Fat-tree拓扑SDN数据中心网络仿真实验中,对该机制对流表资源优化的有效性进行了验证.     

软件定义网络流表溢出脆弱性分析及防御方法

软件定义网络交换机非常有限的流表容量使其存在严重的流表溢出脆弱性问题,为此利用软件定义网络易于管理路由规则的新特性,提出一种基于装箱优化的路由聚合算法,并进一步提出了流表溢出攻击的防御方法。采用传统的基于基数树的路由聚合算法产生初步聚合后的流表项节点,将其划分为包含不同数量节点的若干个流表项规则组,并基于装箱优化问题求解得到每个流表项规则组的新转发地址,再将转发地址修改后的流表项规则进行二次聚合,从而有效减少交换机流表中的流表项数量,达到防御流表溢出攻击的效果。实验结果表明:流表聚合率达到了54.9%,优于传统的基于基数树的路由聚合算法,并使得达成流表溢出攻击的攻击数据包数增加了125.8%;该方法可显著增加流表溢出攻击的实现难度,有效缓解流表溢出脆弱性问题,提升软件定义网络对该类攻击的防御能力。     

SDN流表更新的调度与快速响应

软件定义网络(SDN)中,流表规则匹配域之间相互重叠,使得流表更新问题变得复杂。一条更新规则往往会触发多条三态内容寻址存储器(TCAM)表项移动,导致更新时间长。另外,现有SDN交换机采用的TCAM多为单端口设计,当TCAM进行流表更新时,数据包查找会被阻塞,导致数据平面的转发性能受到影响。因此,如何实现快速更新并保障数据包查找,是提高网络性能的一个重要研究问题。该文以采用TCAM查找方案的SDN交换机为硬件基础,设计并实现了流表更新系统。多个网络应用的更新经过前端整合并同时下达时,系统对规则之间的依赖关系进行高效检测,赋予延时需求高的规则高优先级,使其能得到快速响应。该更新算法不会阻塞TCAM查找,可以实现查找和更新穿插执行。实验结果表明：通过采用不同的调度策略,系统性能在更新优先策略与查找优先策略之间取得了平衡。     

软件定义网络中OpenFlow流表空间优化技术研究进展

OpenFlow是软件定义网络(SDN)南向通信标准协议,SDN控制平面为北向通信提供编程接口,通过OpenFlow向数据平面下发流表表项实现路由管理、流量调度等功能.针对OpenFlow流表空间有限性和有效性问题,从硬件、软件、软硬件结合方面对当前OpenFlow流表空间优化技术进行比较分析,归纳并阐述流表存储机制改进、基于软件的流表扩容和流表超时时间管理3种优化方案,最后总结并展望流表空间优化未来的方向.     

基于联合多维动态Bloom过滤器的SDN多属性查找结构研究

软件定义网络(SDN)作为一种新型的网络架构,可以为核心网络及应用的创新提供良好的平台.作为SDN实现的关键技术Openflow在实际的应用中仍然存在一些技术瓶颈.本文提出一种联合多维动态Bloom过滤器(CMDDBF)查找结构来替代Openflow交换机中的三态内容寻址存储器(TCAM)来实现流表的转发和处理.CMDDBF解决了TCAM空间利用率低和价格昂贵的缺点,能够有效实现多字段数据的查找和处理操作,并根据流表的规模动态调整内存空间.实验表明:CMDDBF不仅可以有效实现多字段数据的查找,而且在降低误识率方面具有很好的性能.     

TCAM存储高效的OpenFlow多级流表映射机制

基于流表的转发机制为OpenFlow提供了灵活的可编程能力,但是随着网络功能的不断膨胀,OpenFlow交换机中的流表规模呈现出不断增长的趋势,这些流表难以在交换机有限的三态内容寻址存储器(TCAM)中进行存储,成为网络发展的一个瓶颈。为了高效地利用有限的TCAM资源进行流表存储,该文提出一种OpenFlow多级流表结构及其映射算法,将单一流表映射到多级流表中进行高效存储和查找。仿真结果表明:该文所提方法比单一流表的存储方法节省17%~95%的TCAM资源。这对OpenFlow数据平面查找结构及其扩展性设计具有重要意义。     

利用域转换的三态内容寻址存储器报文分类算法

针对基于三态内容寻址存储器(TCAM)的报文分类存在范围扩张导致空间利用率较低的问题,提出了一种利用域转换的报文分类算法(DTRM).首先将规则集独立的范围预编码算法中范围规则编码所需的比特数量由2k-1替换为任意值,从而能够利用TCAM中的所有冗余位进行编码,实现新范围域的构建,然后利用范围规则的分布特征,以规则集能够表示为较少的TCAM表项为原则,设计域转换函数,将规则集原始范围域转换为新构建的范围域.报文分类时,利用域转换函数将报文头部转换为新构建范围域中的某一数值或范围,并与TCAM表项进行并行比较,最终得到分类结果.仿真结果表明,与并行报文分类算法相比,DTRM算法的范围扩张因子由1.6减少至1.21,TCAM空间利用率由63％增加至82％,同时支持规则的增量更新.     

基于三态内容寻址存储器的路由表压缩和存储技术研究

针对高性能路由器中的路由存储和快速查找问题，提出了将冗余裁减算法和掩码扩展技术相结合的方法来压缩路由表。冗余裁减算法寻找路由表中的等价路由并删除冗余表项；掩码扩展技术则利用三态内容寻址存储器(TCAM)的非连续掩码的特点，对具有相同下一跳和相同前缀长度的路由项进行归并，并利用基于前缀扩展和逻辑最小化思想的增量更新算法，实现路由表动态更新过程中路由的重新归并。实验结果表明，本方法可以将路由表条目至少减少40％。     

一种基于小波变换的分形图像编码压缩算法

有效的编码压缩算法是图像数据存储和传输的关键。本文在分析基本分形编码压缩算法（FCC）优缺点的基础上，提出了一种新的结合小波变换的分形图象编码压缩算法（DWT－FCC），该算法首先对图像进行二级小波变换分解，然后对分解后的高层子图像进行基本分形编码，并根据不同层子图像结构间的相似性，由高层分形编码构造低层子图像分形编码，实现图像的编码压缩。实验结果表明，该算法在缩短图像编码时间和提高压缩比方面，均取得了良好的效果。     

一种适于遥感图像的图像压缩算法

提出一种适于遥感图像的压缩算法,将小波分解后的系数按照零树的方法排列为树状集合,再将树状集合排列为集合树块,为提高数据压缩效率,将集合树块划分成若干比特平面,利用分辨率之间的相似性和相邻系数之间的相关性进行比特平面编码;树块之间独立进行编码,以提高系统抗误码能力．对算法进行了系统仿真,结果表明,本算法压缩效率优于SPIHT压缩算法,且编码算法更简单,系统硬件易实现．     

一种利用前缀编码高效XML查询的策略

基于关系存储的XML数据在处理路径表达式查询时要在多个表上进行计算，增加I/O时间和计算工作量。前缀编码不但保存了祖先子孙信息，可以成为更方便地比较任意两结点关系的工具，利用这个特性，提出了一个利用前缀编码高效支持XML查询的策略。     

一种路由表分布式存储转发架构及其查找算法

面向路由器FIS(Forwarding In Switch, FIS)处理机制,提出了一种基于路由表分布式存储的多级流水并行查找架构,采用多个低速的具有独立转发和交换功能的转发交换结点FSN(Forwarding and Switching Node)构成多级流水线,针对IPv6最长匹配前缀的查找需求,设计了一种基于前缀范围的二分查找算法PSB-BS(Prefix Scope Based Binary Search)：将IPv6转发表组织为分层结构,每一层对应不同长度范围的前缀信息,采用二分查找策略对子树层进行搜索,通过构建非对称二分查找树实现了转发表在FSN结点的分布式存储并能有效降低存储开销及IP查找复杂度.仿真结果表明,与目前Cisco商业路由器广泛采用的树位图算法相比,PSB-BS算法显著降低了存储及访存开销.     

数据仓库中一种基于维层次编码的位图索引方法

为了减少OLAP中的多表连接,压缩维属性连接关键字,对查询数据进行有效地分组聚集操作,来提高OLAP查询速度.利用维属性具有层次特性对维成员进行编码,生成其维层次编码,来代替维表中原关键字,实现了维表关键字的压缩.通过编码长度较小的维层次编码及其层次前缀路径,对维层次编码进行前缀匹配操作,快速检索出与查询关键字相匹配的维层次编码,求得维层次属性的查询范围,从而大大减少和简化了事实表与维表之间的多表连接,减少了I/O开销,提高了OLAP查询效率.     

一种基于XML前缀编码的路径查询

为了解决XML文档树子结点过多时前缀编码长度增加的问题,提出一种改进的XML前缀编码——IPE编码.基于IPE编码,结合倒排索引表,给出XPath路径查询算法,可以有效地提高XML文档的查询速度.     

面向部件检字的汉字表达式双链表存储设计

为实现按部件快速检索汉字,把汉字递归表示为汉字结构、字首部件和字尾部件三元组。以部件为运算对象,字型结构为运算符,将汉字描述为前缀表达式。提出汉字表达式的双链表存储模型,设计双链表生成算法及基于双链表存储的检索方法。与直接采用数组存储相比,使用双链表存储时检索的平均比较次数仅为数组存储的50％,并易于动态提升检索性能。     

一种新型的FPGA配置位流压缩算法

针对FPGA位流存储空间和下载时间日益增大的问题,提出了一种新型的位流压缩算法.该算法利用位流中存在的局部稀疏特性,对出现频次较高的少1符号进行压缩编码.本文围绕Virtex-4系列FPGA位流展开实验,分析了该算法中不同参数取值对压缩效率的影响,发现符号长度(Ls)及压缩阈值(T)合适的选值能够获得较为理想的结果.本文所提算法与另外一种实用的位流压缩算法LZSS相比压缩比减小了8%~12%.此外,本文算法相应的解压缩算法也十分简单,易于用硬件实现.     

ZigBee无线音频传输通信系统设计及仿真

基于编程语言及仿真软件SystemView分析了ZigBee语音通信系统中G.726音频压缩算法和O-QPSK调制方式的实现。首先对输入的语音数据进行音频压缩编码,利用了G.726音频压缩算法,该算法简单,语音质量高,能够在低比特率上达到网络等级的话音质量,从而在语音存储和语音传输领域得到广泛应用。对处理后的数据进行O-QPSK调制,通过SystemView对其进行仿真,从而进一步证明ZigBee技术在语音通信中的可实现性。     

DM数据库中大规模数据智能自适应压缩算法研究

DM数据库中存在大量冗余数据,需对其进行压缩处理。传统数据压缩算法大多只追求高压缩率,不能保证数据的完整性;且适用范围小。为此,提出一种新的DM数据库中大规模数据智能自适应压缩算法。给出算法涉及的相关术语,介绍了智能自适应最优消零压缩算法的压缩原理,给出位数因子、编码长度、最优位数因子、最短编码长度以及编码因子的计算过程。在不同时刻对采集的DM数据库中的数据进行排列,通过自适应最优消零压缩算法原理求出数据序列最小编码长度和对应的最优位数因子;依据最优位数因子完成对数据序列的消零计算与编码,删除时间冗余,获取压缩后数据。实验结果表明,所提算法压缩效率高,在保证压缩比的同时,能够保证压缩后数据的完整性,且适用范围广。