路由器SoC系統(tǒng)架構(gòu)的研究與設(shè)計.pdf

1、作為Internet網(wǎng)絡(luò)的核心設(shè)備,路由器對整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的性能起到了關(guān)鍵作用。一方面,隨著大數(shù)據(jù)時代的到來,當前的路由器體系結(jié)構(gòu)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(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)的安全性面臨著巨大挑戰(zhàn),需要在路由器中快速發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)進攻行為,保護網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)安全。針對路由器在網(wǎng)絡(luò)傳輸效率和數(shù)據(jù)安全兩方面的需求,本文對路由器SoC(System on Chip)體系結(jié)構(gòu)、片內(nèi)通信、互連結(jié)構(gòu)診斷技術(shù)、深度

2、包檢測技術(shù)中特征(模式)匹配技術(shù)以及功能驗證等關(guān)鍵技術(shù)進行了深入的研究,提出一些新的解決思路,為下一代網(wǎng)絡(luò)路由器的性能和數(shù)據(jù)安全提升提供借鑒。本研究主要內(nèi)容包括：
　　⑴對路由器SoC的片內(nèi)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(chǔ)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。
　　⑵基于0型/1型-2維

3、Mobius立方體,提出了一種適于硬件實現(xiàn)的路由器 SoC互連結(jié)構(gòu)——分層路由交叉互連 Mesh結(jié)構(gòu) HRCM,以及適用于該結(jié)構(gòu)的分層路由算法HXY。該結(jié)構(gòu)具有良好的系統(tǒng)性能和可擴展性,易于實現(xiàn)IP路由器中的以完成路由器中的分布式轉(zhuǎn)發(fā)和交換。實驗結(jié)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。
　　⑶提出了一種帶有容錯的分層雙環(huán)形路由器SoC拓撲結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)中鏈路分為兩組

4、環(huán)網(wǎng),其中有一組環(huán)網(wǎng)為備用環(huán)網(wǎng)。為該結(jié)構(gòu)設(shè)計了一種時分和空分復(fù)用的路由算法,分離控制和數(shù)據(jù),去除了數(shù)據(jù)緩存,消除了鏈路擁塞。仿真結(jié)果表明該結(jié)構(gòu)可以有效避免擁塞、死鎖和饑餓,保證帶寬充分利用。
　　⑷提出一種在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(wǎng)絡(luò),在遍歷過程中通過相鄰節(jié)點之間的診斷結(jié)果將HRCM中的節(jié)點分成若干個集合,再通過集合之間的關(guān)系和集合中所含元素的數(shù)量識別出故障集合和無故障集合,對于

5、*N N的HRCM網(wǎng)絡(luò),該算法的時間復(fù)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)。
　　⑸針對網(wǎng)絡(luò)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(xiàn)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(wǎng)絡(luò)入侵的實時檢測。
　?、驶贜etFPGA開發(fā)板設(shè)計