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2种低延迟服务的通用优化技术

清华大学学报（自然科学版） 2024年第8期64卷 1306-1318页

作者：郭雅宁徐明伟清华大学网络科学与网络空间研究院北京100084 中关村国家实验室北京100097

近年来,各种低延迟服务吸引了越来越多的用户关注,部署规模不断扩大。为提升低延迟服务性能,工业界和学术界提出多种优化方案并部署在网络传输路径的不同位置,其中部署在端侧的各种低延迟拥塞控制算法和部署在网络侧的主动队列管理算法... 详细信息

近年来,各种低延迟服务吸引了越来越多的用户关注,部署规模不断扩大。为提升低延迟服务性能,工业界和学术界提出多种优化方案并部署在网络传输路径的不同位置,其中部署在端侧的各种低延迟拥塞控制算法和部署在网络侧的主动队列管理算法应用较广泛,这2种算法的设计目标都是尽量避免数据包排队,减少端到端延迟,但是由于这2种算法是独立的,存在潜在的不适配问题,影响应用的性能表现。因此,有关这2种算法的协同优化也成为一个研究方向,基于机器学习的通用算法和端网联合优化是最具代表性的方案。该文总结了低延迟拥塞控制算法和主动队列管理算法的设计思路、组合使用时的性能测试结果以及协同优化的问题,认为跨层联合优化是解决现有不适配问题并进一步提高应用性能的可行思路,建议低延迟服务性能优化的研究应重视通用性和实际部署性。

关键词：拥塞控制算法主动队列管理低延迟服务跨层联合优化机器学习性能优化

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轻量级链式验证的网络传输层安全性增强方法

软件学报 2024年第5期35卷 2503-2521页

作者：冯学伟徐恪李琦杨宇翔朱敏付松涛清华大学计算机科学与技术系北京100084 北京信息科学与技术国家研究中心(清华大学) 北京100084 清华大学网络科学与网络空间研究院北京100084 中关村实验室北京100081

传输层是网络协议栈的关键组成部分,负责为不同主机间的应用程序提供端到端的服务.已有的传输层协议如TCP等为用户提供了基本的差错控制和确认应答等安全保护机制,在一定程度上保证了不同主机间应用程序收发报文的一致性.但现有的传输... 详细信息

传输层是网络协议栈的关键组成部分,负责为不同主机间的应用程序提供端到端的服务.已有的传输层协议如TCP等为用户提供了基本的差错控制和确认应答等安全保护机制,在一定程度上保证了不同主机间应用程序收发报文的一致性.但现有的传输层安全保护机制存在严重的缺陷,如TCP报文的序列号容易被猜测推理,报文校验和的计算依赖于有漏洞的补码求和算法等.这导致现有的传输层安全机制并不能保证报文的完整性和安全性,从而允许一个远程的攻击者伪造出一个报文,注入到目标网络流中,对目标网络流形成污染或攻击.针对传输层的攻击发生在网络协议栈的基础层次,可以旁路掉上层应用的安全保护机制,对网络基础设施造成严重的危害.深入研究近年来针对网络协议栈的各种攻击和相关安全漏洞,提出一种基于轻量级链式验证的传输层安全性增强方法LightCTL.所提方法基于哈希验证的方式,使TCP连接双方能够对传输层报文形成彼此可验证的共识,避免攻击者或中间人窃取和伪造敏感信息,从而解决网络协议栈面临的典型安全威胁,包括基于序列号推理的TCP连接重置攻击、TCP劫持攻击、SYN洪泛攻击、中间人攻击、报文重放攻击等.LightCTL不需要修改中间网络设备如路由器等的协议栈,只需对终端协议栈中的校验和相关部分进行修改,因此方法易于部署,同时显著提升了网络系统的安全性.

关键词：计算机网络网络传输层链式验证恶意报文注入

基于基模图的码率兼容广义稀疏随机码及空天通信应用

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电子学报 2024年第4期52卷 1132-1143页

作者：章磊陈钊殷柳国清华大学电子工程系北京100084 清华大学北京信息科学与技术国家研究中心北京100084

空天通信信道时变性强且包含复杂干扰,而经典信道编码以高斯信道为假设设计,其直接应用将带来通信资源效率低、灵活性差、传输可靠性难以保障等问题.本文针对这一问题提出了一种基于基模图的广义稀疏随机编码构造及实现方法,通过在基于... 详细信息

空天通信信道时变性强且包含复杂干扰,而经典信道编码以高斯信道为假设设计,其直接应用将带来通信资源效率低、灵活性差、传输可靠性难以保障等问题.本文针对这一问题提出了一种基于基模图的广义稀疏随机编码构造及实现方法,通过在基于基模图随机编码架构上引入高维代数约束,提升了在极低码率下的编码纠错性能;进一步通过动态调整高维约束阶次和维数实现码率兼容,支持对信道非高斯特征以及传输业务需求的适配.测试结果表明,该编码可实现码率范围1/40~1可变、信息位长度104~20000 bit可变、速率25 Kbps~10 Gbps可变的编译码,可在SNR=-37.1 dB(对应E_(b)/N_(0)=-0.79 dB)的低信噪比下实现误帧率优于1.0×10^(‒4)的高可靠通信.

关键词：空天通信广义稀疏随机码非高斯信道编码构造码率兼容

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合肥先进光源:赋能关联电子系统研究

物理学报 2024年第19期73卷 47-55页

作者：孙喆沈大伟罗震林闫文盛中国科学技术大学国家同步辐射实验室

合肥先进光源是一个第四代衍射极限储存环光源,计划于2028年投入运行,凭借其高亮度和高相干性X射线,将突破当前X射线技术研究关联电子系统所面临的时空分辨率瓶颈,为理解这些材料中新奇物性的本质和微观起源提供关键信息.本文介绍了合... 详细信息

合肥先进光源是一个第四代衍射极限储存环光源,计划于2028年投入运行,凭借其高亮度和高相干性X射线,将突破当前X射线技术研究关联电子系统所面临的时空分辨率瓶颈,为理解这些材料中新奇物性的本质和微观起源提供关键信息.本文介绍了合肥先进光源的主要科学目标和技术优势,重点阐述了角分辨光电子能谱、磁圆二色、相干X射线散射和相干X射线成像等核心技术在量子材料和关联电子系统研究中的应用前景.这些技术将能精细解析电子/自旋/轨道态的分布和动力学过程,揭示各种新奇量子现象,以及关联电子体系中各种序参量的涨落.合肥先进光源的建成将为解码复杂量子态和非平衡演化行为提供先进的技术支持,最终推动量子材料和关联电子系统在能源、信息等前沿领域的应用.

关键词： X射线谱学相干X射线散射相干X射线成像关联电子系统

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清华大学信息科学与技术国家实验室建设回眸

中国高校科技与产业化 2005年第9期 25-27页

作者：张凤桐丁晓玲清华大学

在国家实验室建设中,讨论最多的一个问题是能否形成“人才高地”,这是国家实验室建设成败的关键所在;讨论最多的另一个问题是在科研方面国家实验室通过做哪些工作和国家利益紧密地联系起来,真正做到“有所为,有所不为”。

关键词：实验室建设信息科学清华大学技术国家实验室国家利益科研

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润滑水凝胶涂层研究进展

清华大学学报（自然科学版） 2024年第3期64卷 381-392页

作者：郭伟成廖元太张洪玉清华大学高端装备界面科学与技术全国重点实验室北京100084

随着医学技术进步,对医用材料在生物相容性和功能性方面的要求也日益提高。作为一种新型表面修饰技术,润滑水凝胶涂层近年来受到广泛关注。该文旨在从水凝胶润滑原理、水凝胶润滑改性方式和水凝胶涂层的修饰方法3方面综述润滑水凝胶涂... 详细信息

随着医学技术进步,对医用材料在生物相容性和功能性方面的要求也日益提高。作为一种新型表面修饰技术,润滑水凝胶涂层近年来受到广泛关注。该文旨在从水凝胶润滑原理、水凝胶润滑改性方式和水凝胶涂层的修饰方法3方面综述润滑水凝胶涂层的相关研究。首先,从关节软骨的润滑机理出发,引出水凝胶润滑原理相关研究;其次,基于已有润滑理论,介绍了几类典型的水凝胶润滑改性方式,并详细阐述了现有几种水凝胶涂层的修饰方法,为设计水凝胶涂层提供参考;最后,对润滑水凝胶涂层的研究进行总结与展望。

关键词：水凝胶涂层润滑改性修饰方法

处理含大量非分层介质结构的悬浮随机行走电容提取算法

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计算机辅助设计与图形学学报 2024年第3期36卷 435-442页

作者：宋明烨杨明喻文健清华大学计算机科学与技术系北京100084 北京信息科学与技术国家研究中心北京100084

为了解决包含大量非分层介质的随机行走电容提取算法预处理时间过长的问题,提出一种优化算法.本文算法一共有2步:首先基于八分块立方体即时采样技术,提出处理复杂非分层介质的等效介电常数计算方法;然后基于网格的空间管理技术,减少随... 详细信息

为了解决包含大量非分层介质的随机行走电容提取算法预处理时间过长的问题,提出一种优化算法.本文算法一共有2步:首先基于八分块立方体即时采样技术,提出处理复杂非分层介质的等效介电常数计算方法;然后基于网格的空间管理技术,减少随机行走电容提取的预处理时间.针对不同的电容提取应用场景,还提供了选择不同非分层介质空间管理策略的建议.在多个来自集成电路设计版图的互连结构上的实验结果表明,所提算法在保证电容提取精度与随机行走运行效率的同时,显著地加快了非分层介质空间管理构造以及随机行走算法的预处理时间;在含有超过70万非分层介质的测例上,与现有算法相比,该算法使非分层介质的空间管理构造时间最多加速420倍,并使整个预处理时间从114s减少到30s.

关键词：电容提取随机行走非分层介质空间管理

Apache IoTDB中的多模态数据编码压缩

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软件学报 2024年第3期35卷 1173-1193页

作者：贺文迪夏天睿宋韶旭黄向东王建民清华大学软件学院北京100084 大数据系统软件国家工程研究中心(清华大学) 北京100084 北京信息科学与技术国家研究中心(清华大学) 北京100084

时间序列数据在工业制造、气象、船舶、电力、车辆、金融等领域都有着广泛的应用,促进了时间序列数据库管理系统的蓬勃发展.面对愈加庞大的数据规模和多样的数据模态,高效的数据存储和管理方式十分关键,而数据的编码压缩愈发成为一个具... 详细信息

时间序列数据在工业制造、气象、船舶、电力、车辆、金融等领域都有着广泛的应用,促进了时间序列数据库管理系统的蓬勃发展.面对愈加庞大的数据规模和多样的数据模态,高效的数据存储和管理方式十分关键,而数据的编码压缩愈发成为一个具有重要意义和价值的问题.现有的编码方法和相关系统未能充分考虑不同模态的数据特点,或者未把一些时序数据的处理方法应用于数据编码问题中.全面阐述了ApacheIoTDB时序数据库系统中的多模态数据编码压缩方法及其系统实现,特别是面向工业物联网等应用场景.该编码方法较为全面地考虑包括时间戳数据、数值数据、布尔值数据、频域数据、文本数据等多个不同模态的数据,充分挖掘和利用各自模态数据的特点,特别是包括时间戳模态中时间戳序列间隔近似的特点等,进行有针对性的编码方案设计.同时,将实际应用场景中可能出现的数据质量问题因素纳入编码算法的考量中.在多个数据集上的编码算法层面和系统层面的实验评估和分析,验证了该编码压缩方法及其系统实现的效果.

关键词：数据编码时间序列数据数据库工业物联网多模态

基于脉冲受激布里渊散射光谱的非接触式黏弹性测量

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物理学报 2024年第12期73卷 367-376页

作者：李佳芮乐陶然尉昊赟李岩清华大学精密仪器系精密测试技术及仪器国家重点实验室北京100084

细胞和组织的力学特性在决定生物功能中起着至关重要的作用,布里渊光谱技术作为一种黏弹性显微成像方法,可以无标记、非接触地以高空间分辨率表征样品的力学特征变化.为了更加灵敏地识别生物系统的微小力学性质差异,在提高布里渊散射效... 详细信息

细胞和组织的力学特性在决定生物功能中起着至关重要的作用,布里渊光谱技术作为一种黏弹性显微成像方法,可以无标记、非接触地以高空间分辨率表征样品的力学特征变化.为了更加灵敏地识别生物系统的微小力学性质差异,在提高布里渊散射效率的同时,结合多种黏弹性对比机制进行测量是需要关注的问题.本文报道了基于脉冲受激布里渊散射的光谱测量方法,采用脉冲光激发、连续光时域探测的方式,通过一次时域测量即可得到完整光谱并根据光谱信息反演样品的多种黏弹性参数.得益于受激散射和时域探测,实验中以毫秒级的光谱积分时间即可得到信噪比为26 dB的光谱,弹性纵模的存储模量和损耗模量的平均测量精度分别达0.1%和1%.基于此方法,测量并对比了常见液体及聚合物材料的布里渊光谱,并研究了不同固化阶段的PDMS弹性变化,与琼脂糖凝胶进行了对比.最后,基于多种黏弹性对比机制对6种食用油进行鉴别,不仅为物质鉴别提供了新的思路,也拓展了布里渊光谱的测量能力,提高了黏弹性测量的灵敏性.

关键词：布里渊散射黏弹性生物力学