基于多核處理器的寬帶無線網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的日益豐富所帶來的協(xié)議的復(fù)雜和靈活性、高帶寬、服務(wù)質(zhì)量的保證等特點(diǎn),要求下一代的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備既需要高速處理能力,又具有容易編程的能力,在這種情況下,多核并行網(wǎng)絡(luò)處理器應(yīng)運(yùn)而生。
　　另一方面,作為一種新興的寬帶無線技術(shù)WiMAX,它融合了無線技術(shù)的靈活性和寬帶技術(shù)高帶寬的特點(diǎn)。接入技術(shù)的無線化、寬帶和IP化是全球包括中國的未來發(fā)展趨勢(shì)。
　　作為寬帶無線網(wǎng)絡(luò)中重要組成部分的WiMAX基站,設(shè)計(jì)的主要難點(diǎn)是MAC層的實(shí)現(xiàn),

2、主要原因是協(xié)議的復(fù)雜性、不完備性和系統(tǒng)大的數(shù)據(jù)吞吐量。所以研究與設(shè)計(jì)主要需要解決下面三個(gè)問題:第一,選擇合適的處理器系統(tǒng)能夠滿足協(xié)議和數(shù)據(jù)流程處理的復(fù)雜性和性能要求;第二,關(guān)鍵算法如QoS和調(diào)度模型、包頭壓縮和包加解密的實(shí)現(xiàn);第三,系統(tǒng)性能的評(píng)估。
　　圍繞多核并行處理器的關(guān)鍵技術(shù),針對(duì)寬帶無線系統(tǒng)協(xié)議和業(yè)務(wù)模式復(fù)雜性和高帶寬的要求,對(duì)并行軟件設(shè)計(jì)及性能評(píng)估、關(guān)鍵的QoS調(diào)度算法和包壓縮算法進(jìn)行了深入的研究。
　　分析了各種

3、多核、多線程和并行處理技術(shù),結(jié)合一種典型的Intel IXP2350網(wǎng)絡(luò)處理器具體分析了多核并行處理器的體系結(jié)構(gòu)和技術(shù)特點(diǎn),得出這種體系結(jié)構(gòu)的處理器可以滿足寬帶無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用靈活,協(xié)議復(fù)雜和高帶寬需求。
　　分析了并行軟件設(shè)計(jì)的方法,結(jié)合網(wǎng)絡(luò)處理器的特點(diǎn),提出了基于處理器頻率、I/O帶寬、數(shù)據(jù)包需求速率和包長(zhǎng)度,計(jì)算得到處理微引擎的指令周期數(shù)和I/O訪問周期的約束條件;結(jié)合具體數(shù)據(jù)處理的流程,最后得到量化性能評(píng)估模型。使用這種模型

4、,能充分驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)處理器并行軟件設(shè)計(jì)的可行性,并可以此為依據(jù)進(jìn)行資源調(diào)整。
　　綜合比較了各種QoS和調(diào)度模型,針對(duì)802.16協(xié)議中QoS功能模塊進(jìn)行補(bǔ)充和完善;結(jié)合網(wǎng)絡(luò)處理器的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)特點(diǎn),建立了QoS調(diào)度模型,并進(jìn)行了算法實(shí)現(xiàn)。
　　針對(duì)IP無線業(yè)務(wù)中低速、小包和延時(shí)敏感型服務(wù)(例如VoIP)的特點(diǎn),采用cUDP包頭壓縮算法來補(bǔ)充802.16協(xié)議中不完善的部分,詳細(xì)討論了算法的實(shí)現(xiàn)。
　　綜合多核網(wǎng)絡(luò)處理器并行處

5、理、QoS調(diào)度模型和包壓縮算法理論研究,并針對(duì)WiMAX基站MAC的需求,完成了系統(tǒng)框架和并行軟件實(shí)例設(shè)計(jì)。
　　最后,在WiMAX MAC線卡的原型機(jī)上,進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)性能測(cè)試,測(cè)試顯示系統(tǒng)可以達(dá)到兩個(gè)千兆端口100％的轉(zhuǎn)發(fā)性能,獲得滿意的效果;針對(duì)WiMAX MAC層并行軟件設(shè)計(jì)實(shí)例,討論了并行資源分配和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),完成了系統(tǒng)資源預(yù)算、微處理器資源(包處理性能,指令周期使用,I/O及各種異構(gòu)存儲(chǔ)器訪問周期等)使用和存儲(chǔ)器使用需求