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ISSN 1000-1239 CN 11-1777/TP

当期目录

2012年 第49卷 第3期    出版日期:2012-03-15
论文
分组密码Cache攻击技术研究
赵新杰, 王 韬, 郭世泽, 刘会英,
2012, 49(3):  453-468. 
摘要 ( 665 )   HTML ( 1)   PDF (4315KB) ( 324 )  
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近年来,Cache攻击已成为微处理器上分组密码实现的最大安全威胁,相关研究是密码旁路攻击的热点问题.对分组密码Cache攻击进行了综述.阐述了Cache工作原理及Cache命中与失效旁路信息差异,分析了分组密码查表Cache访问特征及泄露信息,从攻击模型、分析方法、研究进展3个方面评述了典型的分组密码Cache攻击技术,并对Cache攻击的发展特点进行了总结,最后指出了该领域研究存在的问题,展望了未来的研究方向.
分组密码Cache攻击技术研究
赵新杰, 王 韬, 郭世泽, 刘会英,
2012, 49(3):  453-468. 
摘要 ( 245 )   HTML ( 1)   PDF (4315KB) ( 521 )  
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近年来,Cache攻击已成为微处理器上分组密码实现的最大安全威胁,相关研究是密码旁路攻击的热点问题.对分组密码Cache攻击进行了综述.阐述了Cache工作原理及Cache命中与失效旁路信息差异,分析了分组密码查表Cache访问特征及泄露信息,从攻击模型、分析方法、研究进展3个方面评述了典型的分组密码Cache攻击技术,并对Cache攻击的发展特点进行了总结,最后指出了该领域研究存在的问题,展望了未来的研究方向.
CAPTCHA技术研究综述
李秋洁 茅耀斌 王执铨
2012, 49(3):  469-480. 
摘要 ( 747 )   HTML ( 5)   PDF (2728KB) ( 427 )  
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全自动开放式人机区分图灵测试(completely automated public Turing test to tell computers and humans apart,CAPTCHA)又称为人机交互验证(human interactive proof, HIP),它能自动产生并评估一个测试,这个测试能被几乎所有人类用户通过,而现有的计算机程序不能通过.CAPTCHA提供了一种自动驱分人和机器的手段,已成为一种标准的网络安全技术成功应用于包括Google,Yahoo!以及微软在内的各大网站.CAPTCHA设计基于人工智能领域的开放性问题,按表现载体和内容不同分为文本、图像、声音3种类型,其中,基于字符识别的文本CAPTCHA已得到广泛使用;图像CAPTCHA利用计算机视觉中的难解问题,目前尚处于研究阶段;声音CAPTCHA针对视觉残障者,是对前两种视觉CAPTCHA的补充.介绍了CAPTCHA的发展和设计准则,详细阐述CAPTCHA设计和破解的研究工作及最新进展,给出典型实例,讨论其可用性和安全性,最后指出未来CAPTCHA技术的发展方向和亟待解决的问题.
基于通信特征曲线动态时间弯曲距离的IRC僵尸网络同源判别方法
金 鑫, 李润恒, 甘 亮, 李政仪,
2012, 49(3):  481-490. 
摘要 ( 488 )   HTML ( 0)   PDF (2503KB) ( 330 )  
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IRC僵尸网络(botnet)是攻击者通过IRC服务器构建命令与控制信道方式控制大量主机(bot)组成的网络.IRC僵尸网络中IRC服务器与bot连接具有很强的动态特性.相关研究采用IRC僵尸网络的服务器域名、服务器IP、控制者ID等信息度量IRC僵尸网络的相似性,再根据相似性值检测同源IRC僵尸网络,但这些信息并不能代表IRC僵尸网络的本质特征,因此误差较大.为识别使用不同IRC控制服务器的同源僵尸网络,提取僵尸网络的通信量特征曲线、通信频率特征曲线,基于通信特征曲线的动态时间弯曲距离判别同源的僵尸网络.为了减小计算量和增加判别准确率,根据通信特征曲线的特点,提取并利用曲线的峰、谷特征点;并提出改进的LB_PAA对动态时间弯曲距离的计算进行优化.实验验证了方法的有效性并计算了各类错误率.
一种基于寄存器翻转时刻随机化的抗DPA攻击技术
乐大珩 齐树波 李少青 张民选
2012, 49(3):  491-498. 
摘要 ( 342 )   HTML ( 0)   PDF (2063KB) ( 355 )  
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在密码算法电路中寄存器翻转时刻随机化对芯片抗DPA(differential power analysis)攻击能力有很大影响,因此提出了一种基于寄存器翻转时刻随机化的抗DPA攻击技术,其核心是利用不同频率时钟相位差的变化实现电路中关键寄存器翻转时刻的随机变化.针对跨时钟域的数据和控制信号,提出了需要满足的时序约束条件的计算方法,同时还分析了不同时钟频率对寄存器翻转时刻随机化程度的影响.以AES密码算法协处理器为例,实现了所提出的寄存器翻转时刻随机化技术,通过实验模拟的方法验证了理论分析的正确性.实验结果显示,在合理选择电路工作时钟频率的情况下,所提出的技术能够有效提高密码算法电路的抗DPA攻击性能.
一个群组验证的多策略门限数字签名方案
王 锋, 周由胜, 谷利泽, 杨义先,
2012, 49(3):  499-505. 
摘要 ( 502 )   HTML ( 1)   PDF (682KB) ( 388 )  
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多策略门限数字签名方案是数字签名中比较实用的一种签名方式,它能根据所签文件的安全等级选择不同的门限值群组成员集合完成签名. 目前的多策略门限数字签名方案无法解决群组验证的问题. 针对这一问题,提出了一个门限群组验证的多策略门限数字签名方案. 该方案具有多策略门限签名方案的特性,能够实现门限群组验证并能够追踪签名集合;在验证过程中,能够根据文件的安全等级选择不同门限值的群组验证成员集合来验证签名;签名群组和验证群组能够实现角色互换,从而实现双向签名. 经过安全分析,该方案是安全的、实用的.
EasiTest:多Radio异构无线传感器网络测试平台
赵 泽 刘 强 李 栋 崔 莉
2012, 49(3):  506-517. 
摘要 ( 489 )   HTML ( 0)   PDF (3595KB) ( 297 )  
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设计并实现了一种多Radio的异构无线传感器网络综合测试平台系统EasiTest,该平台采用了两种不同性能、功能的测试节点,可以支持大规模、异构传感器网络综合性能测试以及应用性研究.平台内采用了结构复杂、功能完备的多Radio的EZ271作为中高速测试节点,以及以WiFi作为测试通道的EZ521作为中低速测试节点;系统提供传感测试数据收集、数据管理、资源分配、服务器状态检查、节点状态检查与参数配置以及资源注册共享等功能模块,保障用户能够方便快捷地实现功能实验;通过友好的Web访问页面,用户能够模拟真实的网络环境对多种类,如802.15.4,802.11协议等,以及多层次,如MAC层、路由层、应用层等的网络协议研究成果进行灵活的综合实验验证,从而能够有效地提高无线传感器网络技术的研究效率.
一种移动容迟网络体系结构及其应用
周新运, 李 志, 李立群, 孙利民,
2012, 49(3):  518-528. 
摘要 ( 492 )   HTML ( 0)   PDF (3192KB) ( 277 )  
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移动容迟网络利用节点移动带来的通信机会,在非全连通的网络中提供低成本高可用性的传输服务.移动公交车组成的网络是典型的移动容迟网络,城市中公交车网络具有覆盖范围广、移动路线固定等优点,适合城市环境信息收集和分发等多种应用.结合移动容迟网络的特性,提出了层次化的移动容迟网络体系结构和3层网络架构,结合城市中公交车辆,研究并设计了若干关键技术,包括Internet快速接入机制、公平的数据收集机制、基于地理位置的数据分发机制和缓存管理与调度机制.通过真实场景下的实验和基于trace的仿真实验,验证了提出的算法和机制具有较好的性能和鲁棒性.
无线传感器网络中的分布式平面t-支撑拓扑控制算法
陈志刚, 徐鹏飞, 邓晓衡,
2012, 49(3):  529-540. 
摘要 ( 458 )   HTML ( 0)   PDF (3317KB) ( 286 )  
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在确保无线传感器网络连通的前提下,每个节点自适应地调整自己的发射功率,通过最小化节点的能耗和减少节点间的通信干扰,达到延长网络生存时间的目的.基于Voronoi划分和局部Delaunay三角剖分,提出一种新的几何结构PSLDel图(planar symmetric local Delaunay triangulation)以及其分布式构造算法,为无线传感器网络建立连通、稀疏、平面、t-支撑的底层逻辑拓扑,每个节点将依据最远的逻辑邻居调整到最小发射功率.仿真实验表明,PSLDel图在逻辑邻居、最小发射功率和通信干扰等性能方面接近集中式构造的UDel图,而且PSLDel图的网络延迟稍微优于UDel图;与分布式构造的AUDel图相比,PSLDel图的通信开销至少可以降低55%,从而有利于提高无线传感器网络的能量使用效率.
基于SDMA应用的移动Sink节点的设计与实现
张希伟, 陈贵海,
2012, 49(3):  541-549. 
摘要 ( 320 )   HTML ( 0)   PDF (3536KB) ( 325 )  
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静态无线传感器网络(所有节点均为静止)不可避免地存在能量空洞(energy hole)、冗余覆盖(overlap)和热点(hot spot)等问题.在无线传感器网络中引入节点的移动性来解决上述问题.移动节点可以完成数据收集和转发等功能,有效地减少静态节点数据传输的跳数,节约静态节点的能量,延长网络的寿命.实现了一个基于ARM7内核的移动汇点DataTruck,具有容量大、速度快等特点.在此基础上引入SDMA (space-division multiple access)技术,在移动汇点上加入智能天线,使得该节点能同时接收同一频率上多个静态节点传输的数据.实验表明基于SDMA技术的移动汇点能高效地收集数据,并减少数据延时.
针对节点失效的MANET路由抗毁研究
马 驰 李 陟 张 宏 刘凤玉
2012, 49(3):  550-557. 
摘要 ( 400 )   HTML ( 0)   PDF (2258KB) ( 303 )  
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通过分析传统信息系统的抗毁理论,提出了评价MANET网络抗毁性能的关键指标DRUA(delivery rate under attack),并基于空间概率的方法给出了该评价指标的数学模型.为了验证模型,利用NS2仿真环境对MANET反应式路由协议进行了随机打击、蓄意打击等多种毁伤方式的抗毁性实验.实验结果表明在CBR(constant bit rate) 流数较小的情况下,随机毁伤对MANET性能影响较小,甚至反而使得性能提升.但是,在CBR流数较大的情况下,随机毁伤会导致性能下降.而采用随机毁伤邻居节点的方法在CBR流数小的情况也会使得MANET性能下降.
MANET下环境感知的服务可用性量化评估模型
王文彬 孙其博 杨放春
2012, 49(3):  558-564. 
摘要 ( 524 )   HTML ( 0)   PDF (1335KB) ( 391 )  
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移动Ad hoc网络(MANET)环境下,移动节点通过向其他节点提供服务是进行资源共享与能力协同的有效方式.但是由于MANET环境的复杂性、链路的动态性和节点的异构性等特点,使得服务可用性时刻都在发生变化,且难以量化.通过对MANET环境下服务运行环境和对影响服务可用性的节点、网络环境可用性的分析,提出了一个具有环境感知能力的服务可用性量化评估模型EQAM-SA,该模型由服务请求触发,实时获取服务运行参数、量化评估指标,并采用层次分析法和多属性综合评估法对服务的可用性进行量化评估.最后通过仿真实验验证了EQAM-SA的可行性和有效性.
一种基于改进Markov模型的插值方法
杜 奕, 张 挺, 卢德唐, 李道伦,
2012, 49(3):  565-571. 
摘要 ( 464 )   HTML ( 0)   PDF (1483KB) ( 364 )  
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重建过程中常常需要使用多种插值方法来提高重建精度,并结合多来源的数据进行整合.不同尺度、不同分辨率或不同类型的数据结合可以提高空间插值结果的精度.协同序贯高斯模拟(COSGSIM)能够利用已知的主要信息(硬数据)和一些模糊的辅助信息(软数据)来预测重建.协同区域化线性模型(LMC)和最初的Markov模型(简称MM1)被COSGSIM用于融合主要信息和辅助信息.但是LMC不能解决不同变量间交叉矩阵不稳定的问题.而MM1模型只有当主要信息定义在比较大的空间尺度时,才可以实现对COSGSIM的逼近.对于上述情况,提出一种改进的Markov模型(简称MM2).MM2模型假设一个位置的辅助信息屏蔽了其他位置辅助信息对该位置主要信息的影响.实验结果表明,当主要信息定义在比辅助信息小的空间尺度时,COSGSIM方法在MM2模型下比MM1有效.
基于PSVM的主动学习肿块检测方法
王 颖 高新波 李 洁 王秀美
2012, 49(3):  572-578. 
摘要 ( 408 )   HTML ( 0)   PDF (1756KB) ( 350 )  
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肿块区域通常形态各异、差异性较大,并且与正常组织相比没有明显的区别,严重影响了肿块自动检测系统的性能.为了能够有效地提高乳腺X线图像中肿块的检测灵敏度,通过引入包含了样本间相互制约关系的具有成对约束的SVM (PSVM)算法,提出了一种基于PSVM的主动学习机制.其中,由系统根据样本的不确定性和相互之间的特征匹配距离,主动选择应该反馈给训练集的成对样本.实验结果表明,这种基于PSVM的主动学习方法,能够充分利用样本所包含的信息,使得检测方法具有更好的推广能力和检测性能.
CSMP:基于约束等距的压缩感知匹配追踪
谢志鹏, 陈松灿,
2012, 49(3):  579-588. 
摘要 ( 654 )   HTML ( 0)   PDF (1018KB) ( 368 )  
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压缩感知包括压缩采样与稀疏重构,是一种计算欠定线性方程组稀疏解的方法.大规模快速重构方法是压缩感知的研究热点.提出一种匹配追踪算法CSMP,采用迭代式框架和最佳s项逼近以逐步更新信号的支集与幅度.基于约束等距性质进行收敛分析,算法收敛的充分条件为3s阶约束等距常数小于0.23,松弛了匹配追踪重构s稀疏信号的约束等距条件,加快了收敛速度.为适用于大规模稀疏信号重构,提供了可进行随机投影测量子集与稀疏基子集选择的矩阵向量乘算子,可利用离散余弦变换与小波变换,避免了大规模矩阵的显式存储.在2\+{20}随机支集的稀疏高斯信号,512×512 Lenna图像上进行压缩采样与稀疏重构实验并与其他算法进行比较,结果表明所提算法快速稳健,适用于大规模稀疏信号重构.
传感器网络中一种支持多分辨率区域查询的数据存储方法
宁 钊, 石胜飞, 李建中, 王朝坤,
2012, 49(3):  589-597. 
摘要 ( 480 )   HTML ( 1)   PDF (1792KB) ( 355 )  
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在传感器网络中,考虑到节点的通信开销在节点总能量开销中的比重大,以及用户由粗到细分辨率的不同查询需求,有必要在传感器网络中建立支持多分辨率的数据存储机制.首先提出了一种支持多分辨率的数据压缩存储策略MDCS,节点基于MDCS在网内产生多分辨率的近似结果;其次,给出了一种基于MDCS的区域查询处理方法,根据用户给定的分辨率阈值去网内作区域查询处理,并将结果返回给用户.模拟实验表明,基于MDCS的区域查询处理方法能够高效、低能耗地支持多分辨率的区域查询操作.
基于扩展自然序树的概化关联规则增量挖掘方法
毛宇星 施伯乐
2012, 49(3):  598-606. 
摘要 ( 293 )   HTML ( 0)   PDF (2508KB) ( 313 )  
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概化关联规则挖掘作为数据挖掘领域一个重要的拓展性研究课题,首先提出了一种概化扩展自然序树(generalized extended canonical-order tree, GECT)结构及其增量挖掘算法GECT-IM.该算法对原始分类事务数据库只扫描一次,就可以将所有交易信息映射至一棵压缩格式的GECT,然后通过对更新交易数据集扫描得到更新数据集中各项集的计数,结合相关性质及运算就可以发现大部分更新后的概化频繁项集;其次,针对GECT规模较大以及GECT-IM算法仍然可能需要遍历初始GECT树的局限,在界定数据库更新和重构概念的基础上,基于一种可量化度量的准最小支持度阈值,提出了一种改进的准频繁概化扩展自然序树(pre-large generalized extended canonical-order tree, PGECT)结构及其增量挖掘算法PGECT-IM.由于有效避免了对初始GECT进行遍历的情形,从而进一步提升了概化关联规则增量挖掘效率.实验证明,提出的概化关联规则增量挖掘算法GECT-IM及其优化算法PGECT-IM,比现有增量挖掘算法具有更高的挖掘效率和更好的扩展性.
智能规划的逻辑编码方式研究
吕 帅 刘 磊 魏 唯 高冰冰
2012, 49(3):  607-619. 
摘要 ( 475 )   HTML ( 3)   PDF (1457KB) ( 425 )  
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逻辑编码方式的设计和实现是基于转换的规划方法有效处理的关键.对几种智能规划方法中的逻辑编码方式予以分析,分别介绍线性编码、基于Graphplan的编码、基于状态的编码、基于动作的编码、基于命题的编码、基于转移的编码、提升的因果编码、基于多值变元的编码、基于有向二元决策图的编码以及基于约束可满足的编码等,并结合国际规划竞赛和相关论文等的实验结论,说明上述编码方式的有效性和可行性,分析该类编码方式在其他领域的应用前景.最后,提出目前智能规划方法中逻辑编码方式研究所面临的挑战、可能的处理方法,以及与之相关的研究热点与趋势.
一种动态挥发率和启发式修正的蚁群优化算法
刘 全, 陈 浩, 张永刚, 李 娇, 张沈斌,
2012, 49(3):  620-627. 
摘要 ( 295 )   HTML ( 0)   PDF (1652KB) ( 410 )  
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群体智能的研究为分布式控制和优化提供了更好的方法, 以蚁群算法为代表的群体智能已经得到了大量的研究, 并广泛应用于组合优化领域.但是在求解组合优化问题特别是在求解规模较大的问题时, 收敛速度慢、易于停滞等现象仍然制约算法的广泛应用.为此, 提出了DEAHACO算法, 该算法提出动态挥发率机制, 用以更好地平衡求解效率和求解质量之间的矛盾, 避免算法陷入局部最优;同时, 为了加快算法的收敛速度, 对启发式信息进行了重新定义, 以指导算法快速收敛;最后, 引入了边界对称变异策略对迭代结果进行对称变异, 既提高了变异效率, 也改进了变异质量.实验表明, 该算法与其他算法相比, 其收敛速度提高了20%以上, 同时算法在其他一些经典的TSP问题上也表现出很好的性能.
结构化集成学习垃圾邮件过滤
刘伍颖, 王 挺,
2012, 49(3):  628-635. 
摘要 ( 407 )   HTML ( 1)   PDF (1355KB) ( 388 )  
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为了解决垃圾邮件过滤算法低计算复杂度与高分类准确率之间的矛盾,在多域学习框架下提出一种结构化集成学习思想,它根据文档结构组合多个基分类器的结果以追求更高分类性能.采用邮件文档的字符串特征生成多个轻量基分类器,并采用字符串-频率索引存储标注数据,使得每次更新和查询的时间开销是常数量级.根据邮件文档的多域结构特性,提出历史域分类器效力线性组合权和当前域文档分类能力线性组合权.综合考虑历史域分类器效力和当前域文档分类能力,还提出一种能够提高整体分类准确率的综合线性组合权.在TREC立即全反馈垃圾邮件过滤任务上的实验结果表明:基于综合线性组合权的结构化集成学习方法能够在较短的时间(47.24 min)内完成过滤任务,整体性能1-ROCA达到参加TREC2007评测的最优过滤器性能(0.0055).
基于带外存储虚拟化的逻辑卷高性能快照
周 炜, 谭怀亮, 易乐天, 舒继武,
2012, 49(3):  636-645. 
摘要 ( 521 )   HTML ( 0)   PDF (2260KB) ( 319 )  
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在逻辑卷级别实现快照既能屏蔽物理存储设备的异构性,又能为各种应用提供透明的数据保护支持.提出了一种基于带外存储虚拟化系统的高性能快照方法LVHPsnap,它通过可扩展的元数据组织策略,能够灵活使用多种类型的快照适应不同应用的需求;通过以Finesnap卷、Checkpoint卷两种类型快照卷构建混合快照链表和压缩快照索引数据实现了高性能快照,以高频度生成快照时系统能保持较高的性能和存储空间利用率;引入自适应快照机制,通过监控数据块修改频度,使自动生成快照的时间间隔随应用负载的变化动态调整,实现数据按需保护.基于真实工作负载和基准测试程序的实验表明,在构建混合快照链表的条件下,LVHPsnap的性能和存储空间利用率随Finesnap卷的比例增加而提高,例如当Finesnap卷与Checkpoint卷比例分别为4∶1和8∶1时,LVHPsnap的性能分别较集群虚拟化系统LVM2提高了109.45%和130.86%,存储空间使用量分别仅为LVM2系统的43.40%和31.35%.
可重构片上系统设计流程中的动态重构问题研究
陈 宇 李仁发 朱 海 袁 虎
2012, 49(3):  646-660. 
摘要 ( 301 )   HTML ( 0)   PDF (4974KB) ( 369 )  
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近年来,可重构片上系统已成为科学研究及嵌入式应用领域中应对复杂计算需求的有效技术解决方案.针对目前缺少一个从系统级设计到应用实现,统一、综合规划动态重构问题的系统设计流程,以及动态重构过程对系统设计人员不透明等问题,在系统设计层给出了一种过程级软硬件统一编程模型.在此框架内,设计人员通过调用已根据应用特性进行优化的软硬件协同函数,即可利用高级语言完成系统功能描述;在细节设计层提出了基于单位面积加速比的软硬件任务调度算法,实时管理动态可重构资源;在应用实现层,以可重构专用图形加速卡为原型系统,论述动态可重构系统实现中的关键技术.实验及测试结果验证了通过将动态重构问题置于整个系统设计流程中予以考虑,能够达到提升系统开发效率之目的.
虚拟机快速全系统在线迁移
张 翔, 霍志刚, 马 捷, 孟 丹,
2012, 49(3):  661-668. 
摘要 ( 578 )   HTML ( 2)   PDF (2058KB) ( 331 )  
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虚拟机全系统在线迁移对于广域网或者没有共享存储的局域网中的虚拟化平台非常重要.然而,全系统映像一般在几十吉字节(gigabyte, GB)量级,迁移这些数据需占用大量I/O带宽且时间开销很大.快速全系统在线迁移方法具有如下特点:文件系统感知的磁盘同步,利用文件系统的磁盘块分配位图,只拷贝实际使用的磁盘块,显著减少了第1阶段同步的磁盘映像数据量;异或压缩,利用映像数据的自相似性,快速有效地减少了迁移最后两个阶段拷贝的数据量;流水迁移,流水化迁移各个阶段,使得读写映像、压缩解压映像、网络收发各阶段充分并行.实验表明,与传统压缩迁移相比,快速迁移可以减少50%的迁移时间,最好情况和平均情况下,能分别降低21.68%和14.48%的停机时间.在网络带宽受限或虚拟机负载过重等极限条件下,快速迁移同样有效.
一种高速延时无关同异步转换接口电路
彭 瑶, 杨银堂, 朱樟明, 周 端,
2012, 49(3):  669-678. 
摘要 ( 520 )   HTML ( 0)   PDF (3605KB) ( 289 )  
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针对传统片上系统设计同步时钟引起的功耗大、IP核可重用性差等缺点,提出一种可用于多核片上系统和片上网络的快速延时无关同异步转换接口电路.接口由采用门限门的环形FIFO实现,移除了同步时钟,实现了数据从同步时钟模块到异步模块的高速传输,支持多种数据传输协议并保证数据在传输中延时无关.基于0.18μm标准CMOS工艺的Spice模型,对3级环形FIFO所构成的传输接口电路进行了仿真,传输接口的延时为613ps,每响应一个传输请求的平均能耗为3.05pJreq,可满足多核片上系统和片上网络芯片速度高、功耗低、鲁棒性强和重用性好的设计要求.