發(fā)布時(shí)間：2018-07-31 19:54

【摘要】：作為Internet網(wǎng)絡(luò)的核心設(shè)備，路由器對(duì)整個(gè)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(shí)代的到來(lái)，當(dāng)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(kuò)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(jìn)攻行為，保護(hù)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)安全。針對(duì)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(duì)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)、深度包檢測(cè)技術(shù)中特征（模式）匹配技術(shù)以及功能驗(yàn)證等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)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。 論文的主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新性成果包括： 1.對(duì)路由器SoC的片內(nèi)通信機(jī)制進(jìn)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(duì)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(diǎn)之間所有最短路徑查找算法。 2.基于0型/1型-2維Mobius立方體，提出了一種適于硬件實(shí)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(kuò)展性，易于實(shí)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(shí)驗(yàn)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(shí)上都具有較大優(yōu)勢(shì)。 3．提出了一種帶有容錯(cuò)的分層雙環(huán)形路由器SoC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中鏈路分為兩組環(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(jì)了一種時(shí)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。 4.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(gè)HRCM網(wǎng)絡(luò)，在遍歷過程中通過相鄰節(jié)點(diǎn)之間的診斷結(jié)果將HRCM中的節(jié)點(diǎn)分成若干個(gè)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(shí)別出故障集合和無(wú)故障集合，對(duì)于N*N的HRCM網(wǎng)絡(luò)，該算法的時(shí)間復(fù)雜度為O (N2)。本文還將該算法有效的推廣到超立方體中，用來(lái)診斷由多個(gè)路由器組成的路由器系統(tǒng)。 5.針對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全提出了一種用于深度包檢測(cè)系統(tǒng)的模式匹配算法基于分布式存儲(chǔ)的正則表達(dá)式并行匹配算法REPMBDS。實(shí)驗(yàn)表明，該算法在處理時(shí)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(duì)網(wǎng)絡(luò)入侵的實(shí)時(shí)檢測(cè)。 6.基于NetFPGA開發(fā)板設(shè)計(jì)了路由器SoC的功能仿真驗(yàn)證平臺(tái)。該平臺(tái)通過軟件模塊對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)系統(tǒng)配置，實(shí)現(xiàn)了不同路由器SoC系統(tǒng)的功能仿真與驗(yàn)證。設(shè)計(jì)了4*4的HRCM路由器SoC系統(tǒng)并進(jìn)行了仿真。在驗(yàn)證平臺(tái)上對(duì)基于HRCM互連結(jié)構(gòu)的路由器SoC進(jìn)行了驗(yàn)證，并將深度包檢測(cè)系統(tǒng)嵌入到該路由器SoC結(jié)構(gòu)中對(duì)其完成功能及性能驗(yàn)證。
[Abstract]:As the core equipment of Internet network, routers play a key role in the performance of the whole network system. On the one hand, with the arrival of the era of large data, the current router architecture is difficult to solve the problem of capacity, efficiency, scalability and power consumption that routers are facing. On the other hand, the network is developing rapidly. The security is facing great challenges. It needs to quickly discover network attack behavior in the router and protect the network data security. In view of the two aspects of network transmission efficiency and data security, this paper presents the features of router SoC (System on Chip) architecture, intra chip communication, interconnection structure diagnosis technology and depth packet detection technology. The key technologies, such as pattern matching technology and function verification, are deeply studied, and some new solutions are put forward to provide reference for the performance of the next generation network router and the improvement of data security.
The main research contents and innovative achievements of the paper include:
1. the intra chip communication mechanism of router SoC is deeply studied, and the shortest path algorithm of Mobius cube is proposed. The algorithm can quickly find a shortest path compared with the algorithm proposed by Cull P. On this basis, all the shortest path lookup algorithms between arbitrary source / destination nodes in the Mobius cube are proposed.
2. based on the 0 /1 type -2 dimension Mobius cube, a kind of router SoC interconnection structure layered routing cross interconnection Mesh structure HRCM suitable for hardware implementation, and the hierarchical routing algorithm suitable for the structure HXY., which has good system performance and extensibility, it is easy to realize the distribution of the router in the IP router. Experimental results show that compared with Xmesh and Mesh, HRCM has more advantages in system throughput, packet loss rate and system average delay.
3. a layered double ring router SoC topology with fault tolerance is proposed. In this structure, the link is divided into two groups of ring networks, one of which has a set of ring nets as the standby ring network. A time division and space division multiplexing routing algorithm is designed for the structure, which separates the control and data, removes the data cache and eliminates the link congestion. Simulation results show that this The structure can effectively avoid congestion, deadlock and starvation, and ensure that the bandwidth is fully utilized.
4. a fast conditional diagnosis algorithm for HRCM under the PMC model is proposed. The whole HRCM network is traversed through the breadth first search. In the ergodic process, the nodes in the HRCM are divided into several sets through the diagnosis between adjacent nodes, and then the fault set and no reason are identified by the relationship between the sets and the number of elements in the set. For the obstacle set, the time complexity of the algorithm is O (N2) for the HRCM network of N*N. This algorithm is also effectively extended to the hypercube, which is used to diagnose the router system composed of multiple routers.
5. for network security, a pattern matching algorithm for depth packet detection system is proposed, which is based on distributed storage based regular expression parallel matching algorithm REPMBDS. experiment. It shows that the algorithm can improve at least 5 times more than the existing serial matching algorithm in processing time, and can effectively deal with high speed and large capacity Intern. Et real-time detection of network intrusion.
6. the function simulation and verification platform of router SoC is designed based on NetFPGA development board. The platform is configured dynamically by the software module to realize the function simulation and verification of different router SoC systems. The HRCM router SoC system of 4*4 is designed and simulated. The routing based on the HRCM interconnection structure on the verification platform is carried out. The device SoC is verified, and the deep packet inspection system is embedded into the SoC structure of the router to perform its function and performance verification.
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TP393.05;TN47

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 何瑋,劉昭度,楊其校,馬岳峰,王斌;汽車嵌入式SoC系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展[J];電子技術(shù)應(yīng)用;2005年04期

2 熊志輝,李思昆,陳吉華,王海力,邊計(jì)年;一種基于層次平臺(tái)的SoC系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法[J];電子學(xué)報(bào);2004年11期

3 王炎輝,何侖,楊松華;一種基于核設(shè)計(jì)的SOC測(cè)試控制體系結(jié)構(gòu)[J];計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制;2005年06期

4 高國(guó)紅;付俊輝;呂精巧;;改進(jìn)量子多目標(biāo)進(jìn)化算法用于SOC軟硬件劃分[J];計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究;2010年10期

5 朱曉虹;;基于量子免疫思想的Soc軟硬件劃分方法[J];廊坊師范學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2010年06期

6 Cadence;SoC系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)流程[J];電子與電腦;2004年11期

7 魯慧鋒,韓兵;一種可編程系統(tǒng)芯片(PSOC)的功能以及在電機(jī)軟啟動(dòng)器應(yīng)用研究[J];微型電腦應(yīng)用;2003年12期

8 王海峰;;基于ISO標(biāo)準(zhǔn)的磁條卡接口控制器IP的設(shè)計(jì)[J];現(xiàn)代電子技術(shù);2006年12期

9 洪先龍,經(jīng)彤,蔡懿慈;電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的新概念——系統(tǒng)級(jí)芯片[J];世界電子元器件;2002年02期

10 蘇舟;SoC系統(tǒng)描述與SystemC[J];電子設(shè)計(jì)應(yīng)用;2004年08期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前4條

1 趙鵬;熊志輝;李思昆;;YH-PBDE的SoC系統(tǒng)建模與仿真技術(shù)研究[A];全國(guó)第13屆計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)（CAD/CG）學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2004年

2 鄭繼榮;彭虹;;基于COMIP系統(tǒng)平臺(tái)的SoC驗(yàn)證方法[A];中國(guó)通信集成電路技術(shù)與應(yīng)用研討會(huì)論文集[C];2004年

3 王大偉;熊志輝;曹亞菲;李思昆;;基于OCP通訊的SoC虛部件級(jí)軟硬件協(xié)同建模方法[A];全國(guó)第13屆計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)（CAD/CG）學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2004年

4 鮑明;;TMS320C6201信號(hào)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[A];中國(guó)聲學(xué)學(xué)會(huì)2003年青年學(xué)術(shù)會(huì)議[CYCA'03]論文集[C];2003年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 ;片名：安氏SOC[N];中國(guó)計(jì)算機(jī)報(bào);2005年

2 本報(bào)記者 程鴻;張建民臨危受命[N];計(jì)算機(jī)世界;2003年

3 信息產(chǎn)業(yè)部電子信息產(chǎn)品管理司司長(zhǎng) 張琪;蓬勃發(fā)展的中國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)[N];中國(guó)電子報(bào);2003年

4 本報(bào)記者 程鴻;安全飛行的奧秘[N];計(jì)算機(jī)世界;2000年

5 本報(bào)記者 劉水明 黃晴 徐建中;空中木棉更艷麗[N];人民日?qǐng)?bào);2003年

6 屈曉聲 邵春光;設(shè)計(jì)與整機(jī)結(jié)合 應(yīng)用促創(chuàng)新發(fā)展[N];中國(guó)電子報(bào);2003年

7 魏平　張軍;南航海南公司連續(xù)10年安全飛行[N];中國(guó)旅游報(bào);2003年

8 賀宏良;我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展初成新格局[N];中國(guó)計(jì)算機(jī)報(bào);2003年

9 本報(bào)記者　陳建棟;八千人打造清華信息技術(shù)研究院[N];光明日?qǐng)?bào);2003年

10 本報(bào)記者 程鴻;南航SOC正傳[N];計(jì)算機(jī)世界;2002年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 張麗果;路由器SoC系統(tǒng)架構(gòu)的研究與設(shè)計(jì)[D];西安電子科技大學(xué);2014年

2 周正偉;藍(lán)牙基帶IP實(shí)現(xiàn)技術(shù)研究[D];電子科技大學(xué);2002年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前9條

1 徐諾;模擬IP的設(shè)計(jì)與SOC系統(tǒng)集成[D];合肥工業(yè)大學(xué);2003年

2 任長(zhǎng)寧;基于多目標(biāo)演化算法的SOC設(shè)計(jì)空間搜索策略研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2004年

3 夏新軍;SoC中支持軟硬件劃分的虛部件庫(kù)設(shè)計(jì)研究[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2004年

4 何震;基于隨機(jī)測(cè)試的SoC系統(tǒng)級(jí)驗(yàn)證方法研究[D];武漢大學(xué);2004年

5 高丹;集成天線電子標(biāo)簽的設(shè)計(jì)及仿真[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所）;2004年

6 王奕;嵌入式微處理器整數(shù)部分的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];西北工業(yè)大學(xué);2003年

7 張雪鋒;基于實(shí)時(shí)內(nèi)核uC/OS-Ⅱ的應(yīng)用研究[D];西南交通大學(xué);2004年

8 蔣召宇;CMOS鎖相環(huán)時(shí)鐘發(fā)生器的設(shè)計(jì)與研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2004年

9 王中偉;嵌入式工控機(jī)系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)[D];西北工業(yè)大學(xué);2005年

本文編號(hào)：2156665