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,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,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越重要的地位。因此,通過對路

2、由器結(jié)構(gòu)的研究來降低工作時產(chǎn)生的功耗具有較大的研究價值。
　　本文首先對路由器功耗優(yōu)化的研究背景進(jìn)行了介紹,分析了國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,包括在NetFPGA開發(fā)平臺上的研究成果以及對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;之后對基于NetFPGA開發(fā)平臺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,同時在此基礎(chǔ)上通過硬件設(shè)計實(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)計和路由器內(nèi)部緩存

3、區(qū)緩存量統(tǒng)計兩種實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)頻方式;最后通過使用功耗測試儀器對路由器各種頻率下所產(chǎn)生的功耗進(jìn)行測試與比較得出結(jié)論。
　　在深入研究基于NetFPGA開發(fā)平臺的基本路由器的工作原理和內(nèi)部結(jié)構(gòu)后,本文設(shè)計了一種根據(jù)流量自適應(yīng)調(diào)頻的路由器來降低其產(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)計和根據(jù)外部數(shù)據(jù)流量統(tǒng)計兩種實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)頻方式,前者是設(shè)計了一種緩存流量感知算法來統(tǒng)計當(dāng)前通過路由器流量的大小,后者是設(shè)計了外部接口數(shù)據(jù)統(tǒng)計模塊來

4、統(tǒng)計當(dāng)前通過路由器流量的大小。與此同時,對根據(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,包括多頻率產(chǎn)生電路,協(xié)調(diào)SRAM讀寫電路,兩種調(diào)頻機(jī)制硬件實(shí)現(xiàn)電路等。最終通過搭建的國際上領(lǐng)先的路由器功耗測試平臺,測試兩種調(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間內(nèi)通過路由器的流量都較小,因此本文設(shè)計的根據(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路由器產(chǎn)生的功耗比原先不能調(diào)頻的路由器下