路由器SoC系統(tǒng)架構的研究與設計.pdf

1、作為Internet網絡的核心設備,路由器對整個網絡系統(tǒng)的性能起到了關鍵作用。一方面,隨著大數據時代的到來,當前的路由器體系結構難以解決目前路由器所面臨的容量、效率、擴展性和功耗等問題。另一方面,伴隨著網絡的快速發(fā)展,網絡的安全性面臨著巨大挑戰(zhàn),需要在路由器中快速發(fā)現網絡進攻行為,保護網絡數據安全。針對路由器在網絡傳輸效率和數據安全兩方面的需求,本文對路由器SoC(System on Chip)體系結構、片內通信、互連結構診斷技術、深度

2、包檢測技術中特征(模式)匹配技術以及功能驗證等關鍵技術進行了深入的研究,提出一些新的解決思路,為下一代網絡路由器的性能和數據安全提升提供借鑒。本研究主要內容包括：
　?、艑β酚善鱏oC的片內通信機制進行了深入的研究,提出了Mobius立方體的最短路徑算法,該算法相對于Cull P提出的算法能快速找到一條最短路徑;在此基礎上,提出了查找Mobius立方體中任意源/目的節(jié)點之間所有最短路徑查找算法。
　?、苹?型/1型-2維

3、Mobius立方體,提出了一種適于硬件實現的路由器 SoC互連結構——分層路由交叉互連 Mesh結構 HRCM,以及適用于該結構的分層路由算法HXY。該結構具有良好的系統(tǒng)性能和可擴展性,易于實現IP路由器中的以完成路由器中的分布式轉發(fā)和交換。實驗結果表明,與Xmesh和Mesh相比, HRCM不論是在系統(tǒng)吞吐量、丟包率還是系統(tǒng)平均延時上都具有較大優(yōu)勢。
　?、翘岢隽艘环N帶有容錯的分層雙環(huán)形路由器SoC拓撲結構,該結構中鏈路分為兩組

4、環(huán)網,其中有一組環(huán)網為備用環(huán)網。為該結構設計了一種時分和空分復用的路由算法,分離控制和數據,去除了數據緩存,消除了鏈路擁塞。仿真結果表明該結構可以有效避免擁塞、死鎖和饑餓,保證帶寬充分利用。
　?、忍岢鲆环N在PMC模型下 HRCM的快速條件診斷算法,通過廣度優(yōu)先搜索遍歷整個HRCM網絡,在遍歷過程中通過相鄰節(jié)點之間的診斷結果將HRCM中的節(jié)點分成若干個集合,再通過集合之間的關系和集合中所含元素的數量識別出故障集合和無故障集合,對于

5、*N N的HRCM網絡,該算法的時間復雜度為2ON。本文還將該算法有效的推廣到超立方體中,用來診斷由多個路由器組成的路由器系統(tǒng)。
　?、舍槍W絡安全提出了一種用于深度包檢測系統(tǒng)的模式匹配算法----基于分布式存儲的正則表達式并行匹配算法REPMBDS。實驗表明,該算法在處理時間上相比現有的串行匹配算法至少可以提高5倍以上,可以有效地處理在高速、大容量的Internet對網絡入侵的實時檢測。
　　⑹基于NetFPGA開發(fā)板設計