基于FPGA的AQM算法实现方案与实施研究
发布时间：2021-11-28 19:42
目前，为满足社会各方面的需求，计算机网络得到了大规模地应用，网络技术高速发展。当人们对网络资源的需求大于网络的负载能力时，就会出现网络拥塞现象，从而致使网络中数据包（分组）大量丢失及网络性能降低。因此，网络拥塞控制成为人们研究的一个热点。主动队列管理（Active Queue Management，AQM）算法是在路由节点进行网络拥塞控制的一种重要算法。在计算机网络领域，人们提出了许多AQM算法，并取得了一定的拥塞控制效果，例如RED算法和BLUE算法。控制理论领域的许多算法被引入到AQM算法领域，这些算法有着更好的控制效果。但是这些算法的运算量大，占用较多的路由器硬件资源，影响算法的运行速度，路由器更新维护路由表及存储转发数据包的功能，从而无法适应当今规模庞大，结构复杂的计算机网络。FPGA运算速度快，硬件资源丰富，为了节省路由器的硬件资源，提高路由器的性能，提出了在路由器外部的FPGA硬件中实现这些AQM算法，然后通过FPGA和路由器的数据交互来实现网络拥塞控制。PIDAQM算法作为控制理论领域算法被引入到AQM算法领域的实例，以瞬时队列长度为变量计算丢弃概率来丢弃分组，从而达到网...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
PID控制系统原理图
大规模的应用。以往的数字集成电路芯片功能单一，而且随着电子系统的复杂程幅度增大，数字集成电路的规模呈现出几何式的增长，因此电路的稳定性会受到影响。此外，电子产品更新速度快，因此数字电路设计周期需要尽可能地缩短以生产商的市场需求，为此出现了现场可编辑逻辑器件，而 FPGA（Field ProgrammaateArray）现场可编程门阵列就是这种器件中最热门的一种。FPGA 相对于 ASIC（专用集成电路）而言，开发人员能够像在画纸上绘画一样用 HDL（硬件描述语言），或是电路符号文件来完成一个数字电路的设计[29]。通关开发平台上的功能仿真，开发人员还能够事先考察设计是否能实现所要求的。在 PCB 最终形成后，开发人员还能够借助 FPGA 具有的反复修改特性，方便改电路设计而不需要变动电路结构。因此利用 FPGA 进行数字电路系统开发可以地缩短开发周期，降低设计成本，成为数字电路系统开发的热点。.5.2 FPGA芯片结构FPGA 采用了逻辑单元阵列 LCA（Logic Cell Array）[30]。FPGA 芯片结构如图 示。FPGA 芯片结构主要由以下四部分构成：
把整个工程分成若干个基本模块，然后再把每个基本模块划分为下一层基本模块，一直这样做下去。（2）设计输入。设计输入是将所设计的系统或电路以集成开发环境所要求的形式准确地表达出来的过程。通常情况下有编写硬件描述语言（HDL）代码和电路符号文件两种方法。利用电路图形符号文件输入方式是一种直接的描述方式，可以利用集成开发环境自带的 LPM 宏模块，或者先编写电路模块的硬件描述语言代码，然后编译生成相关的电路符号文件，最后利用导线将各个符号文件连接在一起形成最终的数字电路。这种方式最大的优点是直接形象地描述整个数字电路系统，可以单独地修改其中的某一个子电路文件，方便电路的调试。在工程开发中大规模地采用硬件描述语言输入法，利用语言代码设计，这种方式灵活，可以用软件编程的思路来考虑硬件的电路开发。其主流语言是 Verilog HDL[32]和 VHDL[33]，亚太地区主要采用 Verilog HDL语言，欧洲地区主要采用 VHDL 语言。硬件描述语言的特点是语言描述独立于具体的 FPGA 芯片，便于自顶向下设计，代码移植性好，适合逻辑功能的描述，而且有很高的输入效率。实际工程设计中，一般都是硬件描述语言和电路图形符号文件联合应用，从而使得两者的优点都能得到发挥。
【参考文献】：
期刊论文
[1]主动队列管理算法的现场可编程门阵列硬件实现方案[J]. 杨晓萍,郑楠,陈虹,王亚军. 吉林大学学报(工学版). 2013(02)
[2]基于神经模型预测控制的主动队列管理算法[J]. 余义斌,曹长修,李昌兵. 控制与决策. 2006(09)
[3]采用FPGA的BLUE网关的实现[J]. 黄翌,徐佩霞. 电子技术. 2005(04)
[4]基于路由器的RED和Droptail算法比较[J]. 杨晓萍,陈虹,翟双. 吉林大学学报(信息科学版). 2005(01)
博士论文
[1]基于控制理论的网络拥塞控制中的若干算法研究[D]. 杨歆豪.南京理工大学 2010
硕士论文
[1]一种改进的Vegas拥塞控制算法及其在Linux网络中的实现[D]. 张丽娟.吉林大学 2011
[2]通信网络拥塞控制的PID算法及其参数整定研究[D]. 张志鹏.吉林大学 2009
[3]网络拥塞控制中基于PID的AQM算法研究[D]. 李凤华.吉林大学 2008
[4]模型预测控制主动队列管理研究[D]. 王萍.吉林大学 2008
[5]神经网络的FPGA实现及其在网络拥塞控制中的应用[D]. 孙莉萍.上海师范大学 2008
[6]基于FPGA的网络路由器报文交换算法及实现[D]. 周善荣.西北工业大学 2007
本文编号：3525032
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
PID控制系统原理图
大规模的应用。以往的数字集成电路芯片功能单一，而且随着电子系统的复杂程幅度增大，数字集成电路的规模呈现出几何式的增长，因此电路的稳定性会受到影响。此外，电子产品更新速度快，因此数字电路设计周期需要尽可能地缩短以生产商的市场需求，为此出现了现场可编辑逻辑器件，而 FPGA（Field ProgrammaateArray）现场可编程门阵列就是这种器件中最热门的一种。FPGA 相对于 ASIC（专用集成电路）而言，开发人员能够像在画纸上绘画一样用 HDL（硬件描述语言），或是电路符号文件来完成一个数字电路的设计[29]。通关开发平台上的功能仿真，开发人员还能够事先考察设计是否能实现所要求的。在 PCB 最终形成后，开发人员还能够借助 FPGA 具有的反复修改特性，方便改电路设计而不需要变动电路结构。因此利用 FPGA 进行数字电路系统开发可以地缩短开发周期，降低设计成本，成为数字电路系统开发的热点。.5.2 FPGA芯片结构FPGA 采用了逻辑单元阵列 LCA（Logic Cell Array）[30]。FPGA 芯片结构如图 示。FPGA 芯片结构主要由以下四部分构成：
把整个工程分成若干个基本模块，然后再把每个基本模块划分为下一层基本模块，一直这样做下去。（2）设计输入。设计输入是将所设计的系统或电路以集成开发环境所要求的形式准确地表达出来的过程。通常情况下有编写硬件描述语言（HDL）代码和电路符号文件两种方法。利用电路图形符号文件输入方式是一种直接的描述方式，可以利用集成开发环境自带的 LPM 宏模块，或者先编写电路模块的硬件描述语言代码，然后编译生成相关的电路符号文件，最后利用导线将各个符号文件连接在一起形成最终的数字电路。这种方式最大的优点是直接形象地描述整个数字电路系统，可以单独地修改其中的某一个子电路文件，方便电路的调试。在工程开发中大规模地采用硬件描述语言输入法，利用语言代码设计，这种方式灵活，可以用软件编程的思路来考虑硬件的电路开发。其主流语言是 Verilog HDL[32]和 VHDL[33]，亚太地区主要采用 Verilog HDL语言，欧洲地区主要采用 VHDL 语言。硬件描述语言的特点是语言描述独立于具体的 FPGA 芯片，便于自顶向下设计，代码移植性好，适合逻辑功能的描述，而且有很高的输入效率。实际工程设计中，一般都是硬件描述语言和电路图形符号文件联合应用，从而使得两者的优点都能得到发挥。
【参考文献】：
期刊论文
[1]主动队列管理算法的现场可编程门阵列硬件实现方案[J]. 杨晓萍,郑楠,陈虹,王亚军. 吉林大学学报(工学版). 2013(02)
[2]基于神经模型预测控制的主动队列管理算法[J]. 余义斌,曹长修,李昌兵. 控制与决策. 2006(09)
[3]采用FPGA的BLUE网关的实现[J]. 黄翌,徐佩霞. 电子技术. 2005(04)
[4]基于路由器的RED和Droptail算法比较[J]. 杨晓萍,陈虹,翟双. 吉林大学学报(信息科学版). 2005(01)
博士论文
[1]基于控制理论的网络拥塞控制中的若干算法研究[D]. 杨歆豪.南京理工大学 2010
硕士论文
[1]一种改进的Vegas拥塞控制算法及其在Linux网络中的实现[D]. 张丽娟.吉林大学 2011
[2]通信网络拥塞控制的PID算法及其参数整定研究[D]. 张志鹏.吉林大学 2009
[3]网络拥塞控制中基于PID的AQM算法研究[D]. 李凤华.吉林大学 2008
[4]模型预测控制主动队列管理研究[D]. 王萍.吉林大学 2008
[5]神经网络的FPGA实现及其在网络拥塞控制中的应用[D]. 孙莉萍.上海师范大学 2008
[6]基于FPGA的网络路由器报文交换算法及实现[D]. 周善荣.西北工业大学 2007
本文编号：3525032
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