CNS Core: Small: Ultra-Low-Complexity Switching Algorithms for Scalable High Network Performance

CNS 核心:小型:超低复杂度交换算法,实现可扩展的高网络性能

基本信息

  • 批准号:
    1909048
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 43.27万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-10-01 至 2022-09-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The volumes of network traffic across the Internet and in data-centers continue to grow relentlessly, thanks to existing and emerging data-intensive applications. To transport and "direct" this massive amount of traffic to its respective destinations, network switches capable of connecting a large number of input-output ports (these switches are called high-radix) and operating at very high speeds are badly needed. A switch has to compute, for each time slot (say 10 nanoseconds in duration), a matching that specifies the set of simultaneous connections through the switch between the input ports and the output ports, each of which allows for the transmission of a packet between the corresponding port pair and out the switch toward its destination. A major challenge in designing fast high-radix switches is to develop algorithms that can compute high-quality matchings within the duration of a time slot, even when the switch size (radix) N is large. However, existing matching (switching) algorithms are not computationally efficient nor scalable enough for future fast high-radix switches. This project will bridge this gap via investigating next-generation matching algorithms that run much faster yet have excellent throughput and delay performances. This project will also develop new mathematical techniques that are necessary for analyzing the throughput guarantees of such algorithms.This project will build on and extend three recent research breakthroughs made by the principal investigator and his students. The first breakthrough is an add-on algorithm called Queue-Proportional Sampling (QPS) that can be used to boost the performance of existing matching algorithms, such as SERENA and iSLIP, at virtually no additional computation cost. The second breakthrough is QPS-r, a distributed matching algorithm that runs a constant r rounds (iterations) of QPS to compute a matching. In just a single iteration (i.e., when r = 1), QPS-1 outputs a matching that is in general not even maximal, yet has exactly the same quality as maximal matchings, which are much more expensive to compute. The third breakthrough is SERENADE, which effectively parallelizes SERENA and has a low computational complexity of O(log N) per port. This project will develop among others Small Batch QPS (SB-QPS), a batch matching algorithm that builds on QPS and QPS-r and appears to have all the desired properties of next-generation matching algorithms. This project will also develop new mathematical techniques, within the framework of Lyapunov stability theory, for determining and proving the throughput guarantees of several existing or next-generation matching algorithms such as QPS-iSLIP, QPS-r, SB-QPS, and O-SERENADE. As an important educational component of this project, the PI is writing the second edition of a textbook on a topic that contains the design and analysis of such algorithms as a subtopic. The PI will work closely with leading networking solution providers, such as Cisco, to facilitate the transfer of technology. The PI will further broaden the participation of under-represented groups, such as women and minority, in research and higher education.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
由于现有和新兴的数据密集型应用程序,互联网和数据中心的网络流量持续不断增长。 为了将如此大量的流量传输并“引导”到各自的目的地,迫切需要能够连接大量输入输出端口(这些交换机称为高基数)并以非常高的速度运行的网络交换机。 交换机必须为每个时隙(例如持续时间为 10 纳秒)计算一个匹配,该匹配指定输入端口和输出端口之间通过交换机的一组同时连接,每个端口都允许在输入端口和输出端口之间传输数据包。相应的端口对并离开交换机前往目的地。 设计快速高基数开关的一个主要挑战是开发能够在时隙持续时间内计算高质量匹配的算法,即使开关尺寸(基数)N很大。 然而,现有的匹配(切换)算法对于未来的快速高基数切换来说计算效率不高,扩展性也不够。 该项目将通过研究运行速度更快但具有出色吞吐量和延迟性能的下一代匹配算法来弥补这一差距。 该项目还将开发分析此类算法的吞吐量保证所必需的新数学技术。该项目将建立并扩展首席研究员及其学生最近取得的三项研究突破。 第一个突破是称为队列比例采样 (QPS) 的附加算法,可用于提高现有匹配算法(例如 SERENA 和 iSLIP)的性能,而几乎不需要额外的计算成本。 第二个突破是 QPS-r,一种分布式匹配算法,运行恒定的 r 轮(迭代)QPS 来计算匹配。 在一次迭代中(即,当 r = 1 时),QPS-1 输出的匹配通常甚至不是最大的,但具有与最大匹配完全相同的质量,而最大匹配的计算成本要高得多。第三个突破是SERENADE,它有效地并行化了SERENA,并且每端口的计算复杂度为O(log N)。 该项目将开发小批量 QPS (SB-QPS),这是一种基于 QPS 和 QPS-r 的批量匹配算法,似乎具有下一代匹配算法的所有所需属性。 该项目还将在 Lyapunov 稳定性理论的框架内开发新的数学技术,用于确定和证明几种现有或下一代匹配算法(例如 QPS-iSLIP、QPS-r、SB-QPS 和 O-)的吞吐量保证。小夜曲。 作为该项目的重要教育组成部分,PI 正在编写一本教科书的第二版,其主题包含此类算法的设计和分析作为子主题。 PI 将与思科等领先的网络解决方案提供商密切合作,以促进技术转让。 该 PI 将进一步扩大妇女和少数族裔等代表性不足的群体在研究和高等教育中的参与。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并通过使用基金会的智力价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(11)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
LESS: A Matrix Split and Balance Algorithm for Parallel Circuit (Optical) or Hybrid Data Center Switching and More
LESS:用于并行电路(光纤)或混合数据中心交换等的矩阵拆分和平衡算法
  • DOI:
    10.1145/3344341.3368807
  • 发表时间:
    2019-12
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Liu, Liang;Xu, Jun;Singh, Mohit
  • 通讯作者:
    Singh, Mohit
Sliding-Window QPS (SW-QPS): A Perfect Parallel Iterative Switching Algorithm for Input-Queued Switches
滑动窗口 QPS (SW-QPS):一种用于输入队列交换机的完美并行迭代切换算法
ONe Index for All Kernels (ONIAK): A Zero Re-Indexing LSH Solution to ANNS-ALT (After Linear Transformation)
ONe Index for All Kernels (ONIAK):ANNS-ALT 的零重新索引 LSH 解决方案(线性变换后)
QPS-r: A Cost-Effective Iterative Switching Algorithm for Input-Queued Switches
QPS-r:一种用于输入队列交换机的经济高效的迭代切换算法
  • DOI:
    10.1145/3388831.3388836
  • 发表时间:
    2020-05
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Gong, Long;Xu, Jun Jim;Liu, Liang;Maguluri, Siva Theja
  • 通讯作者:
    Maguluri, Siva Theja
iDEC: indexable distance estimating codes for approximate nearest neighbor search
iDEC:用于近似最近邻搜索的可索引距离估计代码
  • DOI:
    10.14778/3397230.3397243
  • 发表时间:
    2020-05
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.5
  • 作者:
    Gong, Long;Wang, Huayi;Ogihara, Mitsunori;Xu, Jun
  • 通讯作者:
    Xu, Jun
{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Jun Xu其他文献

Two New Light Echo Structures from SN 1987A at Large Distances
SN 1987A 远距离的两个新光回波结构
  • DOI:
    10.1086/174812
  • 发表时间:
    1994-11-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Jun Xu;A. Crotts;W. Kunkel
  • 通讯作者:
    W. Kunkel
Pilot Testing the Chinese Version of the ETS® Proficiency Profile Critical Thinking Test
试点测试中文版 ETS® 能力概况批判性思维测试
  • DOI:
    10.1002/ets2.12123
  • 发表时间:
    2016-12-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    O. Liu;Liyang Mao;Tingting Zhao;Yi Yang;Jun Xu;Zhen Wang
  • 通讯作者:
    Zhen Wang
Brucella in Himalayan Marmots (Marmota himalayana)
喜马拉雅土拨鼠(Marmota Himalayana)中的布鲁氏菌
  • DOI:
    10.7589/2019-09-237
  • 发表时间:
    2020-03-20
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Bin Yan;Qingfeng Zhu;Jun Xu;Shanshan Zhao;D. Piao;Chuangfu Chen;Quan Liu;S. Hornok;Yuanzhi Wang;Baoju Wang;Hai Jiang
  • 通讯作者:
    Hai Jiang
Effects of raw material ratio and post-treatment on properties of soda lime glass-ceramics fabricated by selective laser sintering
原料配比及后处理对选择性激光烧结钠钙微晶玻璃性能的影响
  • DOI:
    10.1016/j.ceramint.2020.04.048
  • 发表时间:
    2020-09-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Kai Liu;Jun Xu;Xingjian Gu;Chao Liu;Hua;Heng Sun;Si
  • 通讯作者:
    Si
MicroRNA-146 b acts as a potential tumor suppressor in human prostate cancer
MicroRNA-146 b 作为人类前列腺癌的潜在肿瘤抑制剂
  • DOI:
  • 发表时间:
    2024-09-14
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Haifang Ding;W. Qian;Jun Xu
  • 通讯作者:
    Jun Xu

Jun Xu的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Jun Xu', 18)}}的其他基金

CAREER: Fuzzing Large Software: Principles, Methods, and Tools
职业:模糊大型软件:原理、方法和工具
  • 批准号:
    2340198
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 43.27万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Travel: NSF Student Travel Grant for 2023 ACM Conference on Computer and Communications Security (CCS)
旅行:2023 年 ACM 计算机和通信安全 (CCS) 会议 NSF 学生旅行补助金
  • 批准号:
    2341773
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 43.27万
  • 项目类别:
    Standard Grant
CICI: TCR: Prompt, Reliable, and Safe Security Update for Cyberinfrastructure
CICI:TCR:网络基础设施的及时、可靠和安全的安全更新
  • 批准号:
    2319880
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 43.27万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: SaTC: CORE: Medium: Rethinking Fuzzing for Security
协作研究:SaTC:核心:中:重新思考安全性模糊测试
  • 批准号:
    2213727
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 43.27万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: SaTC: CORE: Medium: Rethinking Fuzzing for Security
协作研究:SaTC:核心:中:重新思考安全性模糊测试
  • 批准号:
    2031377
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 43.27万
  • 项目类别:
    Standard Grant
CNS Core: Small: Towards Hybrid Data Center Switching Using Partially Reconfigurable Circuit Switch
CNS 核心:小型:使用部分可重构电路交换机实现混合数据中心交换
  • 批准号:
    2007006
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 43.27万
  • 项目类别:
    Standard Grant
NeTS: Small: Collaborative Research: Research into Worst-Case Large Deviation Theory for Network Algorithmics
NeTS:小型:协作研究:网络算法最坏情况大偏差理论的研究
  • 批准号:
    1423182
  • 财政年份:
    2014
  • 资助金额:
    $ 43.27万
  • 项目类别:
    Standard Grant
NeTS: Medium: Collaborative Research: Towards Building Time Capsule for Online Social Activities
NeTS:媒介:协作研究:为在线社交活动构建时间胶囊
  • 批准号:
    1302197
  • 财政年份:
    2013
  • 资助金额:
    $ 43.27万
  • 项目类别:
    Standard Grant
NeTS: Small: Collaborative Research: Towards Principled Network Troubleshooting via Efficient Packet Stream Processing
NetS:小型:协作研究:通过高效的数据包流处理实现有原则的网络故障排除
  • 批准号:
    1218092
  • 财政年份:
    2012
  • 资助金额:
    $ 43.27万
  • 项目类别:
    Standard Grant
SBIR Phase I: Nanocomposites for Electronic Packaging
SBIR 第一阶段:用于电子封装的纳米复合材料
  • 批准号:
    0912544
  • 财政年份:
    2009
  • 资助金额:
    $ 43.27万
  • 项目类别:
    Standard Grant

相似国自然基金

基于NRF2调控KPNB1促进PD-L1核转位介导非小细胞肺癌免疫治疗耐药的机制研究
  • 批准号:
    82303969
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
polyG蛋白聚集体诱导小胶质细胞活化在神经元核内包涵体病中的作用及机制研究
  • 批准号:
    82301603
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
前丘脑室旁核小胶质细胞经由TNF-α参与强迫进食行为的作用及机制研究
  • 批准号:
    82301521
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
小胶质细胞调控外侧隔核-腹侧被盖区神经环路介导社交奖赏障碍的机制研究
  • 批准号:
    82304474
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
空间邻近标记技术研究莱茵衣藻蛋白核小管与碳浓缩机制的潜在关系
  • 批准号:
    32300220
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似海外基金

CNS Core: Small: Core Scheduling Techniques and Programming Abstractions for Scalable Serverless Edge Computing Engine
CNS Core:小型:可扩展无服务器边缘计算引擎的核心调度技术和编程抽象
  • 批准号:
    2322919
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 43.27万
  • 项目类别:
    Standard Grant
CNS Core: Small: Network Wide Sensing by Leveraging Cellular Communication Networks
CNS 核心:小型:利用蜂窝通信网络进行全网络传感
  • 批准号:
    2343469
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 43.27万
  • 项目类别:
    Standard Grant
NSF-BSF: CNS Core: Small: Reliable and Zero-Power Timekeepers for Intermittently Powered Computing Devices via Stochastic Magnetic Tunnel Junctions
NSF-BSF:CNS 核心:小型:通过随机磁隧道结为间歇供电计算设备提供可靠且零功耗的计时器
  • 批准号:
    2400463
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 43.27万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: CNS Core: Small: Accelerating Serverless Cloud Network Performance
协作研究:CNS 核心:小型:加速无服务器云网络性能
  • 批准号:
    2229454
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 43.27万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: CNS Core: Small: A Compilation System for Mapping Deep Learning Models to Tensorized Instructions (DELITE)
合作研究:CNS Core:Small:将深度学习模型映射到张量化指令的编译系统(DELITE)
  • 批准号:
    2230945
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 43.27万
  • 项目类别:
    Standard Grant
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了