基于NetFPGA的路由器功耗優(yōu)化研究.pdf

1、在21世紀(jì),隨著科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展,互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)應(yīng)用于世界的各個(gè)領(lǐng)域。網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備作為構(gòu)成互聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分,其數(shù)量飛速增長(zhǎng),伴隨產(chǎn)生的功耗更是不可小視。而在眾多網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備中,路由器能將不同網(wǎng)絡(luò)或者網(wǎng)段之間的數(shù)據(jù)信息根據(jù)路由選擇協(xié)議進(jìn)行選擇而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā),成為了最重要的網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備之一,在全球網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中產(chǎn)生的功耗也是十分巨大的。與此同時(shí),出于經(jīng)濟(jì)和環(huán)境方面的考慮,在下一代網(wǎng)絡(luò)的研究中已經(jīng)把能源的充分利用放在越來(lái)越重要的地位。因此,通過(guò)對(duì)路

2、由器結(jié)構(gòu)的研究來(lái)降低工作時(shí)產(chǎn)生的功耗具有較大的研究?jī)r(jià)值。
　　本文首先對(duì)路由器功耗優(yōu)化的研究背景進(jìn)行了介紹,分析了國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀,包括在NetFPGA開(kāi)發(fā)平臺(tái)上的研究成果以及對(duì)于路由器功耗方面的研究狀況,從而論證了本課題具有一定的可研究性和創(chuàng)新性;之后對(duì)基于NetFPGA開(kāi)發(fā)平臺(tái)的基本路由器的工作原理和內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入的研究分析,同時(shí)在此基礎(chǔ)上通過(guò)硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了根據(jù)流量自適應(yīng)調(diào)頻的路由器,包括根據(jù)外部數(shù)據(jù)流量統(tǒng)計(jì)和路由器內(nèi)部緩存

3、區(qū)緩存量統(tǒng)計(jì)兩種實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)頻方式;最后通過(guò)使用功耗測(cè)試儀器對(duì)路由器各種頻率下所產(chǎn)生的功耗進(jìn)行測(cè)試與比較得出結(jié)論。
　　在深入研究基于NetFPGA開(kāi)發(fā)平臺(tái)的基本路由器的工作原理和內(nèi)部結(jié)構(gòu)后,本文設(shè)計(jì)了一種根據(jù)流量自適應(yīng)調(diào)頻的路由器來(lái)降低其產(chǎn)生的功耗。并提出了根據(jù)路由器內(nèi)部緩存區(qū)緩存量統(tǒng)計(jì)和根據(jù)外部數(shù)據(jù)流量統(tǒng)計(jì)兩種實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)頻方式,前者是設(shè)計(jì)了一種緩存流量感知算法來(lái)統(tǒng)計(jì)當(dāng)前通過(guò)路由器流量的大小,后者是設(shè)計(jì)了外部接口數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)模塊來(lái)

4、統(tǒng)計(jì)當(dāng)前通過(guò)路由器流量的大小。與此同時(shí),對(duì)根據(jù)流量自適應(yīng)調(diào)頻的路由器進(jìn)行了硬件電路的設(shè)計(jì),包括多頻率產(chǎn)生電路,協(xié)調(diào)SRAM讀寫(xiě)電路,兩種調(diào)頻機(jī)制硬件實(shí)現(xiàn)電路等。最終通過(guò)搭建的國(guó)際上領(lǐng)先的路由器功耗測(cè)試平臺(tái),測(cè)試兩種調(diào)頻機(jī)制下路由器功耗優(yōu)化的情況。由于在大部分情況下單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)路由器的流量都較小,因此本文設(shè)計(jì)的根據(jù)流量自適應(yīng)調(diào)頻路由器都能工作在較小的頻率下,根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果所得,在較低工作頻率下工作時(shí)路由器產(chǎn)生的功耗比原先不能調(diào)頻的路由器下