基于并行处理的高速流量平衡技术设计与实现

发布时间：2020-05-27 11:50

【摘要】：随着高速光传输技术和智能光网络技术的不断成熟，现代通信网正朝着高速化和宽带化的方向演变。作为高性能宽带信息网的重中之重，高性能路由器必须适应信息容量急剧膨胀和网络业务多样化的需求，T比特路由器将成为通信骨干网中不可缺少的关键设备。 并行交换结构在路由器中的应用使流量平衡问题成为路由器研究中的重要问题，变长分组交换技术给流量平衡机制带来了全新的挑战。本文对变长分组并行交换的流量平衡问题进行了分析和研究，提出了PLC_LBA、带反馈的PLC_LBA、PDDLB三种具有较高公平性的流量平衡算法以及一种支持业务流保序的流量平衡结构LBFOK，并给出了以上流量平衡机制的性能分析。本文设计了带反馈PLC_LBA算法的硬件实现方案，该方案在国家863重大课题《可扩展到T比特的高性能IPv4／v6路由器基础平台及实验系统》中得到了成功应用。 本文的主要贡献和工作包括以下几个方面： 1．提出了并行交换结构的流量平衡模型，并给出性能评估模型和性能指标定义，为流量平衡算法的研究提供了理论依据； 2．针对变长分组交换方式提出了一种基于IP分组长度分类的PLCLB流量平衡结构，并给出PLC_LBA、带反馈的PLC_LBA两种基于分组长度分类的变长分组流量平衡算法，以及一种动态分配变长分组的流量平衡算法PDDLB，分析表明这三种算法都具有较高的公平性，得出带反馈PLC_LBA算法的公平性最佳的结论； 3．针对流量平衡过程中同一业务流的分组失序问题提出了LBFOK路由保序流量平衡结构和PDFC流量平衡算法，分析表明LBFOK结构和基于流分类的PDFC算法具有负载平衡、流保序等优点； 4．基于公平性优先的原则选择带反馈PLC_LBA算法作为T比特路由器的流量平衡机制，给出实现方案，该方案已在国家863重大课题《可扩展到T比特的高性能IPv4／v6路由器基础平台及实验系统》中得到成功应用并通过性能测试。
【图文】：

否则发送SD*字节的分组到该队列中。然后，流量平衡器检查队列Q(i，k)是否满，，如果未满，将k移到ULList的最后，否则直接进行下一次流量平衡。图11给出了流量平衡过程。假设在第一个分组分配时各个交换队列的长度如图所示。第一轮分配时，因为第一个交换队列 FIFOQI未满且高于门限T，流量平衡器将一个完整分组直接发送其中;第二个交换队列 FIFOQZ的长度低于门限T，流量平衡器发送SDZ字节的分组到该交换队列中;第三个交换队列FIFO已已满，流量平衡器跳过已;而g，…，Q‘队列都未满且队列长度高于门限T，流量平衡器各向这些交换单元发送一个完整分组。，臀华华黑卜卫甄黔1.磷黝翼羹戴瀚凳蘸瀚图11阳OLS算法的性能分析流量平衡器POOL日算法的分组分配例图下面分析该算法的公平指数和处理分组的运算量。假设从流量平衡器处理第一个分组第33页

通道数据宽度选择及绑定设计:MGT通道有两种可选数据宽度:16流量平衡模块与交换单元之间的互连速率为2.SGbPs，而FPGA的最，我们将流量平衡模块MGT通道的数据宽度选择为16比特，把两作为一路数据进行发送，16bitxl25MxZ=4GbPs。我们选用16个差分通道即可满足设计需求，两个差分通道绑定为一8路，其中4路连接到本机架内的4个交换单元，另外4路连接到外PGA中每两个高速通道绑定发送数据，因此MGT输出的数据宽度为MGT输出程序需要将流量平衡模块内部的128比特宽的数据转换为后由FPGA的高速1/0完成并一串转换送到输出光器件，完成电令光。平衡模块硬件实现平台流量平衡模块的硬件平台的实物图。
【学位授予单位】：解放军信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TP338.6;TP311.52

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