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《武汉理工大学》 2008年
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面向多核网络处理器软件框架的研究与实现

蒋汉平  
【摘要】: 多核网络处理器是指在单个封装内集成多个执行核,每个执行核是独立的处理器,具有自己的体系结构资源。它兼有高速处理和灵活编程两种能力,能很好地适应高速网络和业务演化的需要。 多核网络处理器可以高速处理控制/数据平面、处理应用感知内容、检测深度包、模式匹配和加密加速,被广泛的应用于各种网络设备,包括路由器、交换机、应用认知网关、无线局域网、3G接入和聚合设备以及网络存储设备等。在这些环境中,网络进化为一个承载数据、语音和视频内容的多元混合体,不仅要具备应用传输所需的线速处理高层数据的能力,还要进行加密、认证、入侵防护和防病毒等多层安全操作以及多功能的整合。因此,面向多核网络处理器的软件框架的高性能和通用性成为多核网络处理器的核心问题。 多核网络处理器软件开发的困难主要来自于其微并行结构之复杂性和网络多平面处理环境之特殊性,突出表现为:缺乏高层编程模型和开发工具,缺乏网络通信处理算法组件库,缺乏适应多平面处理环境的OS支持。因此,基于多核网络处理器的软件框架的设计与实现都变得极为复杂。近年来,虽然国内外学者做了大量的研究工作,但基于多核网络处理器架构,提供高性能、面向高层应用的研究尚处于初期阶段。 本文在总结前人研究工作的基础上,深入研究并设计实现了多核网络处理器的多平面分层软件框架、内核网络协议栈模块框架、管理平面框架等关键技术;分析和实现了IP网络中若干关键安全应用的设计,并进行了充分的测试以验证其达到了高性能、通用性的设计目标;提出了一种从硬件抽象层到应用管理的完整软件框架。本文就以下几个方面进行了创新性的研究工作: (1)提出并设计了可扩展的多平面软件框架。 多平面框架面向多核网络处理器,实现了三平面的融合,即数据平面、控制平面共同完成复杂高层网络应用功能的实现过程;在管理平面内,通过统一管理系统,针对多核网络处理器主要的应用环境进行多业务的管理融合。 (2)研究并实现了面向数据平面和控制平面的接口设汁框架。 最新的Linux内核并没有对快速路径和慢速路径进行明确的区分,本文明确提出了两种路径的划分,通过一系列的接口设计来实现多核网络处理器性能发挥和内核功能实现之间的平衡,屏蔽底层硬件细节,提高网络应用可复用能力与跨平台可移植能力。 (3)研究并设计了算法组件库。 在多核网络处理器的快速路径中应用基于均匀服务队列的分组调度算法,使决策时间复杂性、公平性、调度时延特性均与数据流个数无关,具有良好的可扩展性;应用遗传式自动分配算法,在网络处理器上建立流水编程任务分配模型。 (4)设计了内核虚拟网络块框架,在管理平面实现了配置的模块化。 将面向对象的设计方法引入内核设计中,采用“低层处理”的策略,将所有的网络操作处理模块化,尽可能在最低层把非法的数据包屏蔽掉,在最低层对内存进行释放,使整个核心数据处理流程全部工作在内核一级,把相对耗费时间的匹配过程交给了用户进程去处理。同时,在管理平面内采用面向对象的模块化设计方法,利用事件机制,对不同的高层应用提供配置、管理功能。 在多核网络处理器软件框架研究和设计的基础上,本文对多种IP安全技术进行了优化实现:对snort进行了并行多线程的重新设计;对NAT/PT进行了快速路径的优化设计;并对netflow进行了数据平面虚拟网络模块框架的实现;还对IPSec在数据平面利用API隐藏硬件特定细节,提供了统一接口。通过完善的测试方案,验证了软件框架设计方案的性能和适用性。
【学位授予单位】:武汉理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TP311.52

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【引证文献】
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1 同磊;张文超;;三层交换机的快速配置恢复方法研究及实现[J];机电工程;2010年04期
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1 蒋建春;异构多核嵌入式软件关键问题研究[D];重庆大学;2011年
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1 王文良;嵌入式TCP/IP协议栈的研究与实现[D];哈尔滨理工大学;2010年
2 吴海涛;基于多核P4080的网络处理器控制平面的设计与实现[D];电子科技大学;2011年
3 卿金伟;基于网络处理器的高性能路由器转发面的研究与实现[D];西南交通大学;2011年
4 同磊;分布式三层交换机的热插拔保护技术[D];杭州电子科技大学;2010年
5 高晓东;基于多核平台的高速网络数据捕获和并行处理研究与实现[D];哈尔滨工业大学;2010年
6 杨国芳;多核处理器核间通信技术研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
7 陆少华;嵌入式开发平台硬件抽象层的设计与实现[D];武汉理工大学;2009年
8 曾旭;千兆网络入侵防御系统(GNIPS)控制平面子系统的研究与实现[D];电子科技大学;2009年
9 陈延郴;netgraph架构的研究及其应用实现[D];电子科技大学;2009年
10 吴霖;基于多核网络处理器的P2P高速流量识别系统的设计与实现[D];苏州大学;2010年
【参考文献】
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1 赵凯辉,吴强,夏勤;NAT-PT技术及其在Linux系统中的实现[J];电子工程师;2005年05期
2 王志伟;郭文东;;基于Snort的入侵防御系统的技术研究和实现[J];河北科技大学学报;2005年04期
3 王娟;嵌入式实时系统的研究[J];哈尔滨师范大学自然科学学报;2003年03期
4 李梦华,袁韬,郭玉东;IPSec协议分析及实现[J];合肥工业大学学报(自然科学版);2002年06期
5 魏梅娟;罗睿;肖德宝;刘学超;;基于XML/Web的嵌入式系统网络管理模型的研究[J];华中师范大学学报(自然科学版);2006年04期
6 田立勤,林闯,肖人毅,李雅娟;基于IXP1200的快速报文分类算法的设计与实现[J];计算机研究与发展;2003年11期
7 刘萍,肖德宝;基于XML的网络管理模型研究[J];计算机工程与应用;2004年21期
8 葛敬国;;基于网络处理器IXP2400系统的软件设计[J];计算机科学;2006年02期
9 梁丁;李迅波;蔡勇;;应用中的嵌入式Linux实时优化[J];计算机工程;2007年01期
10 何军;王飙;;多核处理器的结构设计研究[J];计算机工程;2007年16期
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1 闫守孟;面向网络处理器的软件平台关键技术研究[D];西北工业大学;2005年
【共引文献】
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1 吴大宏,赵人达;基于遗传算法与神经网络的桥梁结构健康监测系统研究初探[J];四川建筑科学研究;2002年03期
2 张安勤;数据挖掘与进化算法[J];安徽教育学院学报;2002年03期
3 严德斌,凌用银;蓝牙技术安全体系及其安全措施分析[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2004年Z1期
4 练斌;;信息安全课程案例化教学思路探讨[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2011年05期
5 程家兴,陈万里;列车控制问题的计算分析及自适应算法[J];安徽大学学报(自然科学版);2002年02期
6 童晖;基于交换网络嗅探新技术的研究[J];安徽职业技术学院学报;2004年04期
7 蒋中;遗传算法在PID参数优化中的应用[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2000年01期
8 阮怀忠,张建中;基于改进遗传算法的TSP问题求解[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2003年04期
9 陈杰,周冬华;浮点数编码的遗传算法在模糊控制器参数寻优中的应用[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2004年02期
10 方潜生;硬件进化(EHW)的研究与进展[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2004年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 杨益;方潜生;汪力君;;基于Handel-C的数字芯片的设计方法研究与实现[A];2005年“数字安徽”博士科技论坛论文集[C];2005年
2 胡杨林;蒋洁琼;王明煌;曾勤;邱岳峰;邹俊;陈红丽;FDS team;;聚变裂变混合堆长寿命锕系废料嬗变处理的中子学优化分析[A];安徽新能源技术创新与产业发展博士科技论坛论文集[C];2010年
3 王彬;张云生;熊新;王帅;;工业硬实时控制嵌入式软件设计中的时间触发构架(TTA)机制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 孙燕;孙峥;黄鹍;;基于模拟退火机制的隔离小生境混合遗传算法[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
5 孙燕;孙峥;;利用正交遗传算法优化交通检测点分布[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
6 郭玉堂;刘路路;;基于佳点集遗传算法的边缘检测[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
7 夏利;刘阳迁;张君雅;任义;;基于簇的组播接收端分组算法研究[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
8 刘向;邹逢兴;张湘平;高政;;面向节能的混合流水车间调度方法的研究[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
9 晏敏;牛少彰;辛阳;;基于第三方的安全移动支付方案的分析与设计[A];2011年通信与信息技术新进展——第八届中国通信学会学术年会论文集[C];2011年
10 汪民乐;高晓光;;GA早熟问题的定量分析及其预防策略[A];'2003系统仿真技术及其应用学术交流会论文集[C];2003年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 时长江;豆科类杂草种子图像识别系统研究[D];中国海洋大学;2009年
2 韩艳玲;可能性构造空间理论与计算机作曲思维模型研究[D];华中科技大学;2010年
3 彭北青;第三方物流配送车辆路径问题模型及算法研究[D];华中科技大学;2009年
4 黄林峰;多目标进化算法研究[D];中国科学技术大学;2009年
5 刘飞;四足机器人步态规划与平衡控制研究[D];中国科学技术大学;2010年
6 许宪成;基于网络处理器的入侵检测系统设计与性能优化研究[D];华南理工大学;2010年
7 向军;网络处理器并行线速处理关键技术研究[D];华南理工大学;2010年
8 刘文浩;无双线性对的无证书公钥密码学研究[D];电子科技大学;2010年
9 郑罡;频域有限差分方法的改进研究[D];电子科技大学;2010年
10 单征;基于分层架构的网络处理器系统性能分析方法研究[D];解放军信息工程大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杨映玲;安全套接层协议的研究与改进[D];华中农业大学;2010年
2 赫英毅;毫米波段基于TE_(21)模差网络设计[D];中国工程物理研究院;2009年
3 万成;动态环境下的元胞遗传算法研究[D];南昌航空大学;2010年
4 李坤;参数参与进化的自适应遗传算法研究[D];南昌航空大学;2010年
5 吴香庭;基于遗传算法的K-means聚类方法的研究[D];山东科技大学;2010年
6 蒲锰;非侵入式矿井提升机PLC电控系统实时故障诊断方法的研究[D];山东科技大学;2010年
7 王辉;基于改进遗传算法的物流配送路径优化研究[D];山东科技大学;2010年
8 纪二云;基于改进遗传算法的电力系统无功优化的研究[D];山东科技大学;2010年
9 商春鹏;基于GPS/GSM嵌入式车载防盗系统研究和实现[D];山东科技大学;2010年
10 施晓坤;煤炭企业人才结构优化[D];山东科技大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 丁丁;罗四维;高瞻;;一种基于任务划分的启发式网格调度策略[J];北京交通大学学报;2007年05期
2 张燕;王沁;余文裕;许娜;袁玲玲;;一种面向QoS的缓冲区设计[J];北京工业大学学报;2011年08期
3 曾志峰,冯运波,杨义先;虚拟专用网的研究与实现[J];北京邮电大学学报;2000年02期
4 陈养平;王来雄;黄士坦;;基于粒子群优化的多处理器任务调度算法[J];吉林大学学报(信息科学版);2007年03期
5 张国杰;张毅;;多核多线程处理器XLR732的多核间通信[J];重庆工学院学报(自然科学版);2008年10期
6 马学彬;温涛;郭权;王刚;;一种基于遗传算法的网格任务调度算法[J];东北大学学报(自然科学版);2007年07期
7 赵海,陈飞鸣;Embedded Internet的体系结构及其ONDC模型的实现[J];东北大学学报;1999年03期
8 彭莎;杨胜;;路由器多框集群的设计与实现[J];电脑知识与技术;2009年16期
9 肖踞雄;嵌入式系统硬件抽象层的建立及软件的可移植性设计[J];单片机与嵌入式系统应用;2003年01期
10 魏智;-48V电信线卡热插拔方案[J];单片机与嵌入式系统应用;2004年08期
中国重要报纸全文数据库 前2条
1 国家高性能计算机工程技术研究中心 张瑾 等;[N];计算机世界;2002年
2 江南计算技术研究所 王飙 陈皖苏;[N];计算机世界;2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 胡旭东;基于网络的异构工业机器人集成技术研究[D];浙江大学;2004年
2 谢铖;多内核构件化嵌入式操作系统的研究[D];浙江大学;2006年
3 胡风华;基于以太网的存储系统研究[D];中国科学院研究生院(计算技术研究所);2005年
4 郑裕峰;高速包分类协处理器及网络平台研究[D];中国科学技术大学;2007年
5 戴鸿君;基于异构多核体系与组件化软件的嵌入式系统研究[D];浙江大学;2007年
6 朱晓静;片上网络的结构设计与性能分析[D];中国科学技术大学;2008年
7 张明虎;轻量级实时通信关键技术的研究[D];华中科技大学;2008年
8 吴彤;弱硬实时调度关键技术研究[D];国防科学技术大学;2008年
9 周文彪;网格NoC平台中的若干关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2008年
10 刘彦;异构多核片上系统的任务调度及应用研究[D];湖南大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 董珍;异构多核处理器的任务调度分配问题及算法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 吴勇;高速嵌入式系统研究与实现[D];北京工业大学;2003年
3 蒋伟宏;嵌入式通信平台设备接口驱动的设计与实现[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2002年
4 杭波;新一代Internet网络层安全协议的研究与实现[D];哈尔滨工程大学;2003年
5 廖兵;嵌入式驱动程序设计与实现[D];电子科技大学;2003年
6 顾冉;分布式以太网交换机体系结构的研究[D];西安电子科技大学;2004年
7 张雪锋;基于实时内核uC/OS-Ⅱ的应用研究[D];西南交通大学;2004年
8 滕井玉;路面病害自动检测系统的体系结构改进及检测算法研究[D];南京理工大学;2004年
9 袁红旗;基于网络教学系统平台的安全性研究与实现[D];新疆大学;2004年
10 魏忠;IEEE802.1Q协议分析与实现[D];电子科技大学;2004年
【二级引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 郜国良;基于网络处理器的HSDPA系统RNC用户平面设计与实现[D];电子科技大学;2011年
2 吴海涛;基于多核P4080的网络处理器控制平面的设计与实现[D];电子科技大学;2011年
3 袁文华;基于以太网通信的专变采集终端研究与设计[D];山东大学;2011年
4 徐来栋;基于嵌入式系统钻孔成像装置的研究[D];山东科技大学;2011年
5 项飞;光传送网节点设备单板间通信机制研究与实现[D];北京邮电大学;2010年
6 王莎;IPS入侵行为特征分析技术研究与实现[D];电子科技大学;2010年
7 王冠斌;基于多线程机制的分布式交换系统中RIP协议的分析和实现[D];西南交通大学;2012年
8 占欣然;基于Nios Ⅱ的电压谐波监测仪的设计[D];南昌航空大学;2012年
9 曾颖;军队级入侵防御系统中数据通信与监控技术研究[D];电子科技大学;2012年
10 王子康;车身控制器软件平台的设计与实现[D];重庆大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 罗华,张思东,张宏科;基于IXP2400网络处理器的网络防护系统设计和实现[J];电信快报;2004年11期
2 宋献涛,纪勇;网络防护:从IDS到IPS[J];计算机安全;2003年11期
3 江勇,吴建平,徐恪;高性能交换体系结构及其调度算法分析[J];电子学报;2000年S1期
4 喻中超,吴建平,徐恪;IP分类技术研究[J];电子学报;2001年02期
5 徐恪,林闯,吴建平;可编程路由器中基于缓冲队列长度阈值的处理器调度[J];电子学报;2001年11期
6 杨孟辉,李伟,廖建新,陈俊亮;SMP的结构分析研究[J];高技术通讯;2002年02期
7 潘胜刚,谢长生;IXP1200网络处理器在高速数据通道中的应用[J];华中科技大学学报(自然科学版);2004年03期
8 田立勤,林闯,肖人毅,李雅娟;基于IXP1200的快速报文分类算法的设计与实现[J];计算机研究与发展;2003年11期
9 李洪杰,张宏科;基于网络处理器构建的核心路由器方案研究[J];计算机工程与应用;2003年06期
10 罗万明,阎保平;IPv4/IPv6过渡机制的研究与实现[J];计算机工程与应用;2003年25期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 周卫华;倪县乐;丁炜;;基于IXP1200网络处理器的安全路由器的设计和实现[A];第六届全国计算机应用联合学术会议论文集[C];2002年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 王加森;基于LINUX的安全操作系统[D];西南交通大学;2002年
【相似文献】
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1 高志英;;RPR网络测试的挑战[J];电信快报;2007年12期
2 蒋汉平;商蕾;;基于移动IPv6的移动网络软件架构的研究与设计[J];四川大学学报(工程科学版);2007年S1期
3 徐恪;吴鲲;王青青;;可扩展路由器控制平面的高性能通信模型[J];软件学报;2007年09期
4 蒋汉平;李腊元;;基于多核处理器的高性能IPSec软件架构的研究[J];武汉理工大学学报(交通科学与工程版);2007年05期
5 徐旭,张雄伟,郑少仁;MPLS流量工程在全光网交叉连接设备中的应用[J];解放军理工大学学报(自然科学版);2001年06期
6 李培源,龚涌涛;基于GMPLS的自动交换光网络[J];现代有线传输;2002年04期
7 张新社;企业应用的软件框架与实现技术[J];西北电力技术;2001年06期
8 李俞峰,莫继红;Sherlock领域分析方法抽取软件框架[J];科学技术与工程;2005年12期
9 赵继军,纪越峰,徐大雄;核心光传输网络的智能化趋势[J];通讯世界;2002年10期
10 武威,杨放春,邹华;一种适合于OSA/Parlay应用框架的模式语言[J];北京邮电大学学报;2003年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 蒋汉平;李腊元;;基于多核处理器的NAT-PT的软件架构的研究[A];中国通信学会第五届学术年会论文集[C];2008年
2 吴称光;高勋章;姜卫东;黎湘;;一种多传感器空间目标自动识别软件框架[A];全国第4届信号和智能信息处理与应用学术会议论文集[C];2010年
3 梁韵芳;沈建华;肖啸;;基于MPLS-TP的PTN生存性关键技术研究[A];中国通信学会第六届学术年会论文集(中)[C];2009年
4 周华春;蒋旭卉;刘颖;张宏科;;骨干网路由器控制平面攻击方法的研究[A];全国网络与信息安全技术研讨会论文集(上册)[C];2007年
5 代希;雷维礼;;以太城域网中用户接口[A];2006中国西部青年通信学术会议论文集[C];2006年
6 陈璞;王贤磊;;专用设计软件对有限元分析的需求与实现[A];北京力学会第18届学术年会论文集[C];2012年
7 仇涛;唐宝民;;MPLS网络的操作管理维护(OAM)[A];中国通信学会信息通信网络技术委员会2005年年会论文集[C];2005年
8 莫则尧;;并行自适应结构网格应用支撑软件框架研制进展[A];中国工程物理研究院科技年报(2009年版)[C];2010年
9 ;智能光网络的分层体系结构[A];四川省通信学会2003年有线通信技术交流会资料汇集[C];2003年
10 王文东;袁刚;林宇;程时端;;新一代互联网服务质量管理体系架构的研究[A];2003年中国通信学会信息通信网络技术年会论文集[C];2003年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 锐捷网络 项小升;网络核心设备的三平面分离设计[N];网络世界;2005年
2 马军锋;T—MPLS:融合传送网与承载网[N];人民邮电;2008年
3 信息产业部电信研究院传输所 张海懿;ASON谨慎前行[N];通信产业报;2006年
4 信息产业部电信研究院通信标准研究所 张海懿;快速响应业务动态分配资源[N];人民邮电;2006年
5 泰克科技(中国)有限公司 程颐江;泰克通信OptiMon:3G优化好助手[N];通信产业报;2009年
6 张海懿 舒建军;ASON技术测试分析[N];人民邮电;2005年
7 本报记者 张燕玲;第四代MSTP再现智能之美[N];通信产业报;2005年
8 ;我国ASON设备开发获重大突破[N];人民邮电;2005年
9 史鹏利 中国联通石家庄分公司;ASON技术不断走向成熟[N];人民邮电;2006年
10 张海懿;ASON设备现状及技术应用[N];人民邮电;2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 蒋汉平;面向多核网络处理器软件框架的研究与实现[D];武汉理工大学;2008年
2 王晓冬;自动交换光网络的交换连接特性与相关控制协议研究[D];上海交通大学;2007年
3 闫守孟;面向网络处理器的软件平台关键技术研究[D];西北工业大学;2005年
4 张晶;面向钢铁质量过程控制的分布式并行软件框架模型研究[D];昆明理工大学;2009年
5 曹徐平;WSON网络约束路由计算关键技术研究[D];北京邮电大学;2010年
6 陈越;可扩展的安全IP组播协议研究[D];解放军信息工程大学;2005年
7 李蔚;波长路由光网络中快速动态光链路建立的研究[D];华中科技大学;2006年
8 丁博;软件自适应若干关键技术研究[D];国防科学技术大学;2010年
9 王召福;HLA邦元范型框架设计及其关键技术研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2002年
10 张峰;基于网络处理器的高性能虚拟专用网研究与实现[D];浙江大学;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 赖卫东;智能光网络及其应用研究[D];长春理工大学;2006年
2 杜剑峰;基于网络处理器的IPv6硬件防火墙控制平面程序设计与研究[D];电子科技大学;2007年
3 吴晨晖;一种基于代码下移的软件框架[D];西安理工大学;2010年
4 陶涛;LTE无线接入网UE侧控制平面的协议实现[D];西南交通大学;2011年
5 曾旭;千兆网络入侵防御系统(GNIPS)控制平面子系统的研究与实现[D];电子科技大学;2009年
6 赵浩亮;手机取证软件框架的设计与实现[D];大连海事大学;2012年
7 谭琳;T-MPLS节点设备控制平面的设计与实现研究[D];北京邮电大学;2010年
8 马宾;QinQ技术的研究与在BRAS中的实现[D];天津大学;2008年
9 李丽;基于Earthworm的地震报警软件框架研究[D];中国地震局工程力学研究所;2012年
10 杨昆;PIM-SM在ACR上的实现及其关键技术研究[D];解放军信息工程大学;2007年
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