变长交换关键技术分析与设计

论文摘要

以Internet为代表的数据网络的发展面临两大挑战性问题,一是提供更高的传输速率,另一是提供确定性(deterministic)QoS保障。满足这些要求涉及网络技术的多个方面,但核心还是分组交换机/路由器的能力问题。大量的高速交换机/路由器采用线卡结合交换背板的结构,其优势在于较高的系统容量与较灵活的端口配置,即由线卡将输入的变长分组切割为定长的短分组(cell),交换背板对cell进行交换,再在出端口将cell重组为原始的变长分组。其中的交换背板可以是总线结构、共享缓存结构,或是更适用于大交换容量的crossbar结构。然而随着网络流量爆炸式的增长,分组的切割与重组、基于cell的交换调度等,严重限制了系统容量的进一步提高,并使得路由器的实现非常复杂。因此,本文将研究一种特殊结构的crossbar交换背板技术——具有节点缓存能力的crossbar结构,以支持对变长分组的直接交换。这种结构不仅克服了传统结构的缺陷,在很大程度上提高了交换机/路由器的交换能力,而且在当前VLSI技术的支撑下是可实现的,由此可在很大程度上简化路由器的设计。考虑到在现有的VLSI技术下,在CICQ结构交叉点实现大规模的缓存存在较大困难。为了更能反映出在现有技术下CICQ交换结构的性能,我们在CICQ交换结构的交叉节点只实现较小的缓存。但同时就引入了交叉点无法存储完整分组从而无法调度的情况。为避免该问题,我们采用VIQ结构实现了一种适合于CICQ交换结构的输出缓存结构。该结构可以有效地解决交叉点缓存容量不足所带来的问题。本文研究了在CICQ交换结构中变长交换的实现。在OPNET网络仿真平台建立了16*16的可直接处理变长分组的CICQ交换模型,并仿真分析了在直接处理变长分组时CICQ交换结构交叉点缓存容量与系统性能之间的相互关系,给出了在现有VLSI工艺水平下,可以实现的处理变长分组交换的CICQ交叉点缓存容量的合理范围。同时,本文也实现了可处理变长交换的CICQ交换结构的VHDL设计。结合Modelsim、ISE仿真、综合工具对代码进行验证、综合。在设计的过程中,提出了一种VOQ存储的地址动态管理的方法,有效的解决了用传统FIFO实现VOQ存储所带来的缓存空间浪费的问题。同时,也设计了一种块传输机制,使得VOQ与

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 变长交换技术的产生背景
• 1.2 变长交换技术简介
• 1.3 国内外研究动态
• 1.4 主要研究工作和论文安排
• 第二章 CICQ 交换结构分析
• 2.1 CICQ 交换结构
• 2.2 CICQ 交换结构中变长分组传输的实现
• 2.3 调度算法介绍
• 2.4 本章小结
• 第三章 CICQ 交换结构交叉点缓存容量仿真分析
• 3.1 问题描述
• 3.2 变长交换的实现
• 3.3 实现模型介绍
• 3.4 性能分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 CICQ 交换结构实现变长交换的VHDL 设计
• 4.1 CICQ 交换结构模块化分
• 4.2 地址管理问题及解决
• 4.3 传输机制
• 4.4 VOQ 模块
• 4.5 BUFFERED CROSSBAR 模块
• 4.6 仿真验证
• 4.7 本章小结
• 第五章 全文总结
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历
• 在校期间研究成果