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ISSN 1000-1239 CN 11-1777/TP

当期目录

2011年 第48卷 第12期    出版日期:2011-12-15
论文
P2P信任模型中基于模糊逻辑的共谋团体识别方法
苗光胜, 冯登国, 苏璞睿,
2011, 48(12):  2187-2200. 
摘要 ( 448 )   HTML ( 1)   PDF (1687KB) ( 481 )  
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共谋团体已成为P2P信任模型所面临的首要威胁,但是现有信任模型普遍缺乏针对共谋团体的有效识别和防范机制,使信任模型的安全性受到严重威胁.在充分考虑节点评分模糊性和共谋行为特征的基础上提出了一种基于模糊逻辑的共谋团体识别方法,该方法通过对信任模型中节点的评分行为进行分析,将语言变量、模糊逻辑引入到共谋团体识别过程中,能够更加有效地识别节点之间的共谋行为.实验表明,FDC模型在增强信任模型可靠性方面效果显著.
分布式环境下可信使用控制实施方案
胡 浩, 冯登国, 秦 宇, 于爱民,
2011, 48(12):  2201-2211. 
摘要 ( 383 )   HTML ( 1)   PDF (1698KB) ( 508 )  
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当前分布式环境下,数据分发后产生了多种新的安全需求,传统的访问控制模型早已无法满足实际需要.因此,基于新型的使用控制模型UCON和可信计算技术,针对分布式环境下的信息安全需求,构建了一种通用的、可协商的可信使用控制架构TUC(trusted usage control).该架构利用硬件信任根TPM实施使用控制,引入策略和密钥协商机制,保证数据分发、传输、存储和使用控制过程中的机密性、完整性、可控性.此外,通过使用控制策略与分发数据的绑定,TUC的使用控制实施不会局限于特定的应用环境,增强了方案的通用性.针对原型系统的性能测试表明,TUC的表现达到了预期,为分布式环境下的访问控制实施提供了可行的解决方案.
一种伪流水线型椭圆曲线双标量乘法的FPGA实现与验证
王 旭 张 岩 权进国
2011, 48(12):  2212-2218. 
摘要 ( 375 )   HTML ( 1)   PDF (1013KB) ( 431 )  
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一些重要的椭圆曲线密码算法需要计算两个输入无关的椭圆曲线标量乘法,以缩短这些算法的计算时间为目的,提出了一种伪流水线型椭圆曲线双标量乘法VLSI体系结构.并对该结构在GF(2163)上对进行FPGA实现与验证.针对此结构还设计了一种字长为w的伪流水线型字串行GF(2m)乘法器.结果显示,该系统可以在较高的时钟频率下使用约4[m/w](m-1)个时钟周期数完成输入无关的双椭圆曲线标量乘法计算.和近期其他文献的结果比较,这种VLSI结构计算双椭圆曲线标量乘法使用时钟周期数最少,性能最高.
基于可信计算的策略标签保护架构
刘孜文, 冯登国, 于爱民,
2011, 48(12):  2219-2226. 
摘要 ( 423 )   HTML ( 0)   PDF (928KB) ( 571 )  
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策略和标签是访问控制技术中的核心内容,决定了一个访问控制系统的实施内容.现今的大部分安全系统对策略的保护较为严格,但对标签的保护却缺乏一个完善、系统的保护方案,这导致即使策略本身是安全的、完备的,恶意者仍然可以通过篡改用作策略实施判断的标签来危害系统,系统安全仍然无法保证.为此提出了一个保护架构,着重保护系统中的安全标签.它通过使用加密文件系统、完整性度量等机制扩展可信计算芯片的控制范围,将标签置于可信计算的保护范围内,从而防止标签遭受篡改,确保其安全性.最后给出其基于Linux操作系统的原型实现.
基于封装结构随机化的程序保护方法
陈 平 邢 骁 辛 知 王 逸 茅 兵 谢 立
2011, 48(12):  2227-2234. 
摘要 ( 402 )   HTML ( 0)   PDF (1293KB) ( 596 )  
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随机化方法作为保护程序免受攻击的一项技术,已经得到广泛的应用.但现有的随机化方法存在两个问题:其一,粒度较粗,不能阻止发生在函数、结构体、类内部的攻击;其二,绝大多数攻击是通过外部输入篡改关键对象,而现有随机化方法对这种攻击特点关注不够.基于此,一种增强的随机化安全结构被提出:通过对封装结构(函数、结构体以及类)内部的结构重新排列而达到随机化的细粒度;同时,分析抽取出与外部输入相关的数组,并在这些数组之间插入“哨兵”,防止其产生溢出.这种随机化方法不仅将随机化技术应用到函数、结构体、类内部,而且抓住了攻击的特点,对关键的与输入相关的数组对象进行保护,使程序免受控制流和非控制流攻击,从而增强了现有的随机化技术.
P2P网络环境下基于信誉的分布式抗攻击信任管理模型
胡建理, 周 斌, 吴泉源, 李小华,
2011, 48(12):  2235-2241. 
摘要 ( 452 )   HTML ( 0)   PDF (914KB) ( 861 )  
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针对现有的信任模型不能很好地处理P2P网络环境中存在的不诚实推荐、协同作弊与复杂的策略性欺骗等问题,提出了一种基于信誉的分布式P2P信任管理模型(RATrust),以量化和评估节点的可信程度.在信任模型中使用时间区间标示出经验和推荐的时间特性,使用节点信任度、近期信任与长期信任来精细描述节点的最终信任水平,通过引入信任偏差值与信任滥用值来更精确地刻画节点的各种信任度量.仿真实验表明,与已有的信任模型相比,RATrust具有更好的动态适应能力,能够有效处理动态恶意节点策略性的行为改变和不诚实反馈对系统的攻击.
BAR-BGP:基于备份通告和恢复转发的可靠域间路由
胡乔林 孙一品 苏金树
2011, 48(12):  2242-2252. 
摘要 ( 382 )   HTML ( 0)   PDF (2593KB) ( 402 )  
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Internet逐渐成为通信基础设施,而BGP协议通过触发缓慢的反应式收敛过程应对网络拓扑和策略的变化,大量测量表明收敛过程中瞬时不可达以及环路造成很高的报文丢失率,难以支持延迟、中断敏感的应用.BAR-BGP采用了将预获取备份地址与反应式动态计算路径结合的方法以应对瞬时失效带来的转发中断.通告备份AS以较低的开销获得瞬时失效后可将报文封装转发到可行中继节点;在收敛过程中使用“失效根源”信息消除环路;并当无备份AS可用时,采用恢复转发模式进一步降低转发中断.通过使用Internet-like拓扑模拟实验证明了BAR-BGP有效避免收敛过程的瞬时失效与转发中断,增强网络可靠性.
一种基于机器学习的P2P网络流量识别方法
李致远, 王汝传,
2011, 48(12):  2253-2260. 
摘要 ( 706 )   HTML ( 3)   PDF (1581KB) ( 1588 )  
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对等(P2P)覆盖网络作为一种典型的分布式系统日益受到人们的重视.P2P应用遍及文件共享、流媒体、即时通信等多个领域,P2P应用所产生的流量占据了互联网流量的60%以上.为了更好地管理和控制P2P流量,有必要对P2P流量识别模型进行深入的研究.提出一种基于小波支持向量机的机器学习模型(ML-WSVM)来识别已知和未知的P2P流量,ML-WSVM是通过满足小波框架和Mercer定理的小波基函数替换支持向量机核函数的方法,实现小波与支持向量机的结合.该模型充分利用了小波的多尺度特性与支持向量机在分类方面的优势.然后,提出基于损失函数的串行最小化算法来优化求解ML-WSVM的最优分类面.最后,理论分析和实验结果表明该方法大大提高了对P2P网络流量的识别精度和识别效率,尤其是对加密报文的识别.
基于移动基站和路由策略WSN寿命的算法
曲家庆, 张 曙, 郭文卓,
2011, 48(12):  2261-2267. 
摘要 ( 376 )   HTML ( 0)   PDF (894KB) ( 477 )  
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针对无线传感器网络的特点,提出了一种基于移动基站和路由策略优化无线传感器网络寿命的方法.首先给出场景中传感器传输相同信息能耗最小的最佳基站位置,进一步分析了不同基站位置对传感器节点能耗的影响,证明网络中传感器节点传输相同信息的总能耗越小则网络寿命越大.为降低移动基站计算的复杂度以提高采集信息的实时性,应用拉格朗日对偶分解和牛顿法简化均衡节点能量过程中的线性规划问题.当场景中有节点因能量耗尽而无法向基站继续传输信息时,根据场景中的拓扑结构自适应调整基站位置以减少节点的能耗,然后采用简化的线性规划最大最小节点寿命,以提高基站收集信息的有效性.理论分析和仿真研究表明:应用拉格朗日-牛顿法简化线性规划问题能够在保证算法快速收敛的同时大幅度地降低计算量.提出的移动基站策略能够大幅度的延长网络寿命,从而实现增加基站接收信息的数量和提高节点能量使用效率的目的.
多核平台共享内存操作系统性能瓶颈分析及解决
袁清波, 赵健博, 陈明宇, 孙凝晖,
2011, 48(12):  2268-2276. 
摘要 ( 806 )   HTML ( 0)   PDF (1449KB) ( 477 )  
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共享内存操作系统使用精心设计的锁来保护各种共享数据,对这些数据的访问需要首先获得对应的锁,当内核中同时有多个流程(系统调用、内核线程或中断处理程序等)试图获得同一个锁时会产生竞争,相关流程越多竞争就越激烈.随着系统中处理单元数目的增长,这些流程的数量也在不断增加,此时,对锁的竞争会影响系统的整体性能,甚至成为瓶颈.另一方面,操作系统与应用程序在同一处理器核上交替运行,因为硬件cache容量有限,导致操作系统的代码和数据经常替换掉应用程序的代码和数据.当应用程序重新被调度运行时,需从更慢速的cache,甚至从内存中读取这些代码和数据,从而降低了性能.通过在一台16核AMD节点上的相关测试,以上问题得到了量化验证,并针对这些问题提出了一种异构操作系统模型.在此模型下,应用程序和操作系统分别运行在不同的处理器核上,实验显示这种模式可以有效降低对锁的竞争和对cache的污染.
一种基于CPN的运行时监控服务交互行为的方法
朱 俊, 郭长国, 吴泉源,
2011, 48(12):  2277-2289. 
摘要 ( 457 )   HTML ( 0)   PDF (3139KB) ( 380 )  
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BPEL对Web服务组合的描述特性使得它很难表达和分析服务组合中的交互行为属性.这些行为属性需要遵循一定的交互协议.然而良定义的交互协议还是容易受到侵犯,这将导致服务组合进程产生状态不一致的问题.为了解决这类实际交互行为与其服务组合描述之间的不一致性问题,提出了一种由BPEL描述自动构造运行时监控器的方法.首先提出了一种基于有色Petri网(CPN)的形式化表示模型以及服务组合规约到模型的映射方法,用于精确表达从BPEL流程描述中提取的服务交互行为规约.然后,描述了由CPN形式化表示模型生成运行时监控器的方法.该运行时监控器能够捕获所有进出服务组合进程的交互消息,并且检测是否存在违背交互协议的行为.
静态检测中断驱动程序的数据竞争
霍 玮 于洪涛 冯晓兵 张兆庆
2011, 48(12):  2290-2299. 
摘要 ( 506 )   HTML ( 0)   PDF (1277KB) ( 537 )  
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直接运行于微控制器上的中断驱动程序中可能存在一种重要的程序错误:数据竞争.然而当前主流的数据竞争静态检测技术因其服务于多线程模型程序而不适用.设计简明、易用的中断特征描述语言可以使得竞争检测具有平台无关性;同时,提出了一个流敏感的、上下文敏感的、考虑中断驱动程序原子性、易变性和部分随机性的数据竞争检测算法.该算法具有高效、精确的特点.实验表明,其检测时间与代码规模基本呈线性关系,分析17850行代码仅用时3.6s;同时,相比于基于锁集技术的典型数据竞争检测方法,其准确率平均是后者的2.13倍.
一种面向体系结构的自适应软件构件分派模型及算法
陈洪龙, 李仁发, 李 蕊, Edwin Sha,
2011, 48(12):  2300-2307. 
摘要 ( 340 )   HTML ( 0)   PDF (1035KB) ( 440 )  
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自适应演化软件是近年来软件工程领域的研究热点,而以体系结构为中心的自适应演化尤其受到重视.针对当前演化中对非功能性约束关注的不足,着重对面向体系结构的自适应演化框架中构件的分派优化问题进行研究.首先详细描述了基于体系结构模型的构件分派问题,并建立能够满足嵌入式软件构造机制中非功能性约束的分派模型,接着证明该分派问题为NP完全问题,最后提出一种启发式分派算法找出近似最优解,实验表明,与贪婪和整线性规划算法相比,该算法具有多目标均衡的优势;而与整线性规划算法相比,虽然不能保证找到最优解,但具有较大的计算时间优势.
软件能耗优化技术研究进展
赵 霞, 郭 耀, 陈向群,
2011, 48(12):  2308-2316. 
摘要 ( 539 )   HTML ( 0)   PDF (1043KB) ( 415 )  
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为了设计高性能低能耗的系统,需要从硬件设计和软件设计两个方面进行考虑,以取得性能和能耗的最佳权衡.研究利用软件技术降低系统能耗的问题,主要探讨系统开发阶段的低能耗软件优化与评估技术.优化技术包括指令级优化、算法级优化与软件体系结构优化3类,阐述在各类优化技术研究中面临的问题和当前的研究工作进展;深入讨论了低能耗软件优化的关键支撑技术——软件能耗估算,指出并分析面向处理器和面向全系统的软件能耗估算面临的主要问题和研究进展;最后展望进一步研究的主要问题和发展趋势.
动态描述逻辑推理的并行计算技术
王竹晓, 胡 宏, 陈立民, 史忠植,
2011, 48(12):  2317-2325. 
摘要 ( 516 )   HTML ( 0)   PDF (1856KB) ( 468 )  
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在设计用于处理大规模本体和数据的推理引擎时,推理引擎的可扩展性是一个需要研究的重要问题.动态描述逻辑要在真实环境中获得成功应用,需要在推理中采用并行计算技术.提出了两种方法将并行计算技术应用于动态描述逻辑推理.方法1是设计分布式动态描述逻辑框架.分布式动态描述逻辑由若干独立的动态描述逻辑所组成,这些动态描述逻辑两两之间通过桥规则联系起来.提出了基于Tableau的分布式推理算法,从而为分布式动态描述逻辑提供了全局推理能力,并且该算法可以将大的推理任务分解为若干子任务,而这些子任务可以被不同的推理主体并行处理.方法2是并行化动态描述逻辑的Tableau算法的不确定分支.不确定分支的并行计算使得推理任务可以在若干独立机器上同时执行.最后,介绍了推理引擎的原型实现并评估了其性能.实验结果表明提出的两种方法取得了明显的推理加速效果.
不平衡多分类问题的连续AdaBoost算法研究
付忠良
2011, 48(12):  2326-2333. 
摘要 ( 1082 )   HTML ( 0)   PDF (846KB) ( 688 )  
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现有AdaBoost系列算法一般没有考虑类的先验分布.针对该问题,基于最小化训练错误率,通过把符号函数表示的训练错误率的极值问题转变成一种指数函数的极值问题,提出了不平衡分类问题连续 AdaBoost算法,给出了该算法的近似误差估计.基于同样的方法,对二分类问题连续AdaBoost算法的合理性给出了一种全新的解释和证明,并推广到多分类问题,得到了多分类问题连续AdaBoost算法,其具有与二分类连续AdaBoost算法完全类似的算法流程.经分析该算法与Bayes统计推断方法等价,并且其训练错误率随着训练的分类器个数增加而减小.理论分析和基于UCI数据集的实验结果表明了不平衡多分类算法的有效性.在连续AdaBoost算法中,不平衡分类问题常被转换成平衡分类问题来处理,但当先验分布极度不平衡时,使用提出的不平衡分类问题连续AdaBoost算法比一般连续AdaBoost算法有更好效果.
一种在DL-Lite中计算本体最小不可满足保持子集的算法
周丽平, 黄厚宽, 漆桂林, 瞿有利, 季 秋,
2011, 48(12):  2334-2342. 
摘要 ( 641 )   HTML ( 0)   PDF (883KB) ( 435 )  
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在本体工程中,寻找不可满足概念或角色的本体最小不可满足保持子集是一个重要的研究课题,因为它可以提供一些有用的信息用于处理本体的不一致任务,比如分析本体、调试本体、修改本体等.现有的方法主要面向推理复杂度很高的高表达能力描述逻辑(DL).针对低复杂度描述逻辑DL-Lite,通过分析DL-Lite中不可满足概念或角色所具有的特点,提出了一种有效地计算DL-Lite本体中不可满足概念或角色的本体最小不可满足保持子集的算法.最后将算法与当前最有代表性的算法进行了比较,结果表明所提出的算法对于DL-Lite本体来说是有效的.
SHP-VI: 一种基于最短哈密顿通路的POMDP值迭代算法
冯 奇 周雪忠 黄厚宽 张小平
2011, 48(12):  2343-2351. 
摘要 ( 587 )   HTML ( 0)   PDF (1783KB) ( 412 )  
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基于试探(trial-based)的值迭代算法是求解部分可观察Markov决策过程(partially observable Markov decision process,POMDP)模型的一类有效算法,其中FSVI算法是目前最快的算法之一.然而对于较大规模的POMDP问题,FSVI计算MDP值函数的时间是不容忽视的.提出一种基于最短哈密顿通路(shortest Hamiltonian path)的值迭代算法(shortest Hamiltonian path-based value iteration,SHP-VI).该方法用求解最短哈密顿通路问题的蚁群算法计算一条最优信念状态轨迹,然后在这些信念状态上反向更新值函数.通过与FSVI算法的实验比较,结果表明SHP-VI算法很大程度地提高了基于试探的算法计算信念状态轨迹的效率.
一种基于启发式奖赏函数的分层强化学习方法
刘 全 闫其粹 伏玉琛 胡道京 龚声蓉
2011, 48(12):  2352-2358. 
摘要 ( 528 )   HTML ( 1)   PDF (847KB) ( 578 )  
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针对强化学习在应用中经常出现的“维数灾”问题,即状态空间的大小随着特征数量的增加而发生指数级的增长,以及收敛速度过慢的问题,提出了一种基于启发式奖赏函数的分层强化学习方法.该方法不仅能够大幅度减少环境状态空间,还能加快学习的收敛速度.将此算法应用到俄罗斯方块的仿真平台中,通过对实验中的参数进行设置及对算法性能进行分析,结果表明:采用启发式奖赏函数的分层强化学习方法能在一定程度上解决“维数灾”问题,并具有很好的收敛速度.
基于多特征融合的分块采样粒子滤波算法在人体姿态跟踪中的应用
刘晨光 刘家锋 黄剑华 唐降龙
2011, 48(12):  2359-2368. 
摘要 ( 462 )   HTML ( 0)   PDF (3130KB) ( 405 )  
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针对单目视频中无标记点的人体姿态跟踪问题,在分块采样粒子滤波算法框架下使用颜色(color)、边缘(edge)和运动(motion)特征相融合构造粒子权值度量函数,并根据肢体间的遮挡情况自适应地选择不同模板和图像特征来进行计算,增加了跟踪过程的鲁棒性,而且成功解决了人体运动中发生的多种形式的自遮挡问题.另外,该方法还提出了一种带约束的2维人体模型,并在此模型基础上使用一种改进的BP算法进行权值的传播,使得在一个关节点上能够同时应用多个人体约束.实验中所用测试视频(室内和室外拍摄)包含复杂背景和运动,实验结果表明该方法具有较强的鲁棒性和较高的跟踪精度.
基于兴趣视图子集的流立方体计算方法
侯东风 张维明 刘青宝 邓 苏
2011, 48(12):  2369-2378. 
摘要 ( 275 )   HTML ( 0)   PDF (1434KB) ( 436 )  
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流立方体计算是流式数据多维分析的重要基础,然而流式数据的动态性、无限性、突发性等特征使其面临巨大的挑战.在实际应用中,用户的兴趣通常集中在部分视图上,基于这个特点提出了一种基于兴趣视图子集的计算方法,依据用户历史查询信息确定兴趣视图子集与兴趣路径,同时定义了Stream-Tree结构用于在主存中物化存储兴趣视图子集所包含的数据单元,在运行过程中依据多层次时间窗口约束不断更新和维护Stream-Tree中存储的数据单元,而对于稀疏数据单元仅保留高层次的聚集值.实验和分析表明,该方法能够在有限的主存空间中维持流立方体当前窗口内的数据单元,同时能够支持快速更新维护存储结构和响应用户查询.
空间数据库平面线段快速最近邻查询算法
刘润涛, 郝忠孝,
2011, 48(12):  2379-2384. 
摘要 ( 509 )   HTML ( 0)   PDF (909KB) ( 577 )  
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给出了线段按其MBR进行排序的定义.以提高线段数据库最近邻查询效率为目标,以此为基础提出了一种线段数据的索引结构——SI-树,规定SI-树中的中间节点的所有孩子节点按其几何位置满足某种序的关系,从而使得在中间节点中进行最近邻查询时可以进行快速定位.给出了新的最近邻查询剪枝规则.利用这些规则在进行相应的查询时减少了许多不必要的计算,对节点有效地进行筛选和过滤,加快了查询的速度.实验表明:给出的最近邻查询算法与现有的同类查询算法相比查询效率有较大的提高.
融合形态特征的最大熵蒙古文词性标注模型
张贯虹, 斯·劳格劳, 乌达巴拉,
2011, 48(12):  2385-2390. 
摘要 ( 461 )   HTML ( 0)   PDF (701KB) ( 385 )  
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最大熵模型以其能够较好地包容各种约束信息及与自然语言模型相适应等优点在词性标注研究中取得了良好的效果.因此,将其作为基本框架,提出了一种融合语言特征的最大熵蒙古文词性标注模型.首先,根据蒙古文构词特点及统计分析结果,定义并选取特征模板,利用训练语料提取了大量的候选特征集合,针对错误或者无效的特征通过设置一些规则筛选特征.然后,训练最大熵概率模型参数.实验结果表明,融合蒙古文形态特征的最大熵模型可以较好地标注蒙古文.
应用对称编码的测试数据压缩解压方法
梁华国, 蒋翠云, 罗 强,
2011, 48(12):  2391-2399. 
摘要 ( 324 )   HTML ( 0)   PDF (1199KB) ( 398 )  
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随着超大规模集成电路制造技术的快速发展,单个芯片上已能够集成的晶体管数目越来越多.由于各种知识产权芯核集成到一个芯片上,这样给集成电路测试带来了巨大的挑战,测试数据压缩技术能够有效降低对昂贵的ATE性能要求.提出一种对称编码方法,能有效地提高测试数据压缩率,降低测试成本.传统的编码技术采用对0游程或1游程进行编码,但由于ATPG工具生成的测试集中存在大量的无关位(X位),因此以前编码方法未能有效利用测试集的特征.该方法采用对称计算游程的方法,它同时对提出的4类对称性游程编码,且能减短对应码字长度,有效提高压缩率.实验结果和理论分析表明该方案能较以往方法能取得很好的压缩效果,且能适应多样编码对象,硬件结构简单易行.
面向片上网络路由器漏流功耗优化的自适应缓冲管理策略
齐树波 李晋文 乐大珩 赵天磊 张民选
2011, 48(12):  2400-2409. 
摘要 ( 436 )   HTML ( 0)   PDF (3654KB) ( 330 )  
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随着单芯片上集成处理器数量的增加,片上网络逐渐成为多核处理器中非常有前景的互连结构.互连网络成为片上多处理器功耗的重要消耗部件之一.而输入缓冲器是路由器漏流功耗的最大消耗单元,采用门控电源是降低其漏流功耗的有效手段.自适应缓冲管理策略能够根据网络中通信量,自适应地关闭/打开缓冲的一部分,从而降低路由器漏流功耗.而为了减小对网络延迟的影响,该策略中采用的提前唤醒技术能够隐藏缓冲的唤醒延迟.在网络注入率较低情况下,两项缓冲不关闭策略下的网络延迟几乎不受唤醒延迟影响.模拟结果显示,在4×4的二维 Mesh中,即使网络注入率为0.7,漏流功耗的节约率依然可以高达46%;网络注入率小于0.4时,两项缓冲不关闭策略下的网络延迟最大仅仅增加了3.8%.