开放式构件化可重构路由器硬件构件研究与实现

作     者：汤庆新 

作者单位：国防科学技术大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈一骄

授予年度：2010年

学科分类：12[管理学] 1201[管理学-管理科学与工程(可授管理学、工学学位)] 08[工学] 081201[工学-计算机系统结构] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

主      题：硬件构件 灵活性 性能 硬件构件模型 支持环境 重构机制 

摘      要：在当前互联网向电信、广电、数据“三网融合的下一代新型网络体系演化的背景下,网络业务,尤其是视频业务的快速增长,给现有的网络体系带来了巨大的压力。在光传输技术较好地解决了链路带宽问题后,以路由器为代表的网络节点的灵活性和性能成为提高整个网络的服务质量的瓶颈。如何在提高路由器灵活性的同时保持其高性能,成为亟待解决的问题。 863重大专项“新一代高可信网络中“开放式构件化通用路由器研制和“可重构路由器构件组研制课题提出,开放式构件化可重构路由器可有效解决目前主流路由器存在的结构固定、灵活性不足等缺陷。在深入分析构件技术及新型路由器体系结构的基础上,本文针对面向开放式构件化可重构路由器的硬件构件模型、硬件构件支持环境及其重构机制展开研究并给出了解决方案,并设计实现了部分硬件构件。 本文的主要工作和贡献有: 1)在参考软件构件研究成果的基础上,结合硬件自身性能敏感、资源受限等特点,提出了一种面向开放式构件化可重构路由器的硬件构件模型。该模型从功能、资源占用、内部结构和性能等四个方面对硬件构件进行形式化描述,为实际开发硬件构件奠定了理论基础。 2)针对硬件构件如何支持路由器重构的问题,对硬件构件的支持环境及重构机制进行了研究:通过对比分析,选择在性能保证、接口设计、第三方开发等方面具有优势的SRAM型FPGA作为硬件构件的实现平台;给出了构件库的功能和组成结构;提出了基于功能、性能及资源占用等多方面因素的硬件构件搜索流程;分类讨论了硬件构件的工作模式和加载方法;分析了在硬件构件基础上完成路由器重构的分级重构机制;描述了硬件构件的应用场景。 3)依据本文提出的硬件构件模型,完成了构件化多级交换网络的设计与实现,该交换网络主要由可重构逻辑单元(RLU)和核心交换单元(CSU)组成,多个RLU和CSU可组成多种拓扑的可扩展交换网络,实现吞吐率的可配置和交换网络的规模扩展;完成了构件化QoS机制所需的拥塞控制构件、业务识别构件、流量控制构件的设计与实现,通过加载不同硬件构件的网表文件,实现多种网络协议的分类、流量控制及拥塞控制等QoS机制以支持多种类型的报文转发。