【摘要】：近年來,隨著網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)類型和數(shù)量的增長,傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的硬件設(shè)備的種類和數(shù)量快速增加,企業(yè)需要巨額資金購買和部署網(wǎng)絡(luò)功能;此外,不同的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通常來自于不同的供應(yīng)商,企業(yè)需要配備龐大的專用設(shè)備管理人才,由此導(dǎo)致設(shè)備的維護成本增加。為了應(yīng)對以上問題,網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化(Network Functions Virtualization,NFV)技術(shù)應(yīng)運而生,經(jīng)過虛擬化技術(shù)處理,NFV將傳統(tǒng)在專用設(shè)備上實現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)功能統(tǒng)一采用業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的交換機、服務(wù)器和存儲平臺來實現(xiàn)。標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備將會使得網(wǎng)絡(luò)的運營成本大大降低,提高了網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)性和可擴展性。但是在NFV技術(shù)廣泛應(yīng)用的同時也帶來一系列問題,系統(tǒng)的性能依賴于通用處理器的性能,在處理一些消耗計算資源較大的業(yè)務(wù)時,難以滿足業(yè)務(wù)需求。為了克服以上問題,本文開展以下兩方面研究。一、為了提高NFV架構(gòu)的性能,本研究從硬件底層出發(fā)提出了靈活高效的硬件加速方案。對于部分原來部署在通用服務(wù)器上的功能模塊,本研究通過通用加速器件——現(xiàn)場可編程門陣列(Field—Programmable Gate Array,FPGA)來實現(xiàn)。因此,本研究搭建了FPGA加速平臺,同時部署了典型的計算密集型功能——硬件數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)加密算法、典型的網(wǎng)絡(luò)密集型功能——硬件虛擬交換機(Open Virtual Switch,OVS),系統(tǒng)通過控制業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流經(jīng)不同的功能模塊,從而實現(xiàn)加速模塊的調(diào)用。經(jīng)測試表明,硬件OVS的轉(zhuǎn)發(fā)時延最低可達68納秒(對應(yīng)幀長為64字節(jié)下),遠遠低于軟件OVS以及基于軟件的加速方案,可知硬件加速平臺在性能上具有巨大優(yōu)勢。此外,本研究通過FPGA部分重配置技術(shù)來部署新的功能模塊,實現(xiàn)了硬件加速模塊的靈活部署,同時有效的節(jié)約了硬件資源。二、在實際網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場景中,NFV中的硬件加速模塊需要與其他部署在通用處理器上的虛擬網(wǎng)絡(luò)功能(Virtual Network Function,VNF)構(gòu)成功能服務(wù)鏈,協(xié)同為業(yè)務(wù)提供服務(wù),硬件加速模塊和VNF的部署位置會影響服務(wù)鏈的端到端傳輸時延,從而影響業(yè)務(wù)的整體時延,因此本研究針對含有硬件加速模塊的NFV架構(gòu)提出了 VNF的遷移算法,通過虛擬機的遷移改變VNF的實際部署位置,從而降低服務(wù)鏈的傳輸時延,本研究通過遺傳算法規(guī)劃虛擬機的遷移,仿真結(jié)果表明,所有服務(wù)鏈的傳輸時延之和降低了86.4%。綜上所述,本研究提出了基于FPGA的靈活硬件加速方案,有效降低了業(yè)務(wù)處理時延;并且對含有硬件模塊的NFV架構(gòu)提出了合適的虛擬機遷移算法,降低了業(yè)務(wù)傳輸時延。本研究從以上兩方面實現(xiàn)NFV的加速。
【圖文】：

Ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ＮＦＶＩ）、虛擬網(wǎng)絡(luò)功能（ＶｉｒｔｕａｌＮｅｔｗｏｒｋＦｕｎｃｔｉｏｎ，邋ＶＮＦ）、網(wǎng)絡(luò)功逡逑能虛擬化管理和編排（ＭａｎａｇｅｍｅｎｔＡｎｄＮｅｔｗｏｒｋＯｒｃｈｅｓｔｒａｔｉｏｎ，ＭＡＮＯ）邋［ｎ］。三逡逑個部分的具體關(guān)系如圖１－１所示。逡逑１．

因此本研宄分別對計算密集型業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)密集型業(yè)務(wù)部署加速模塊，把逡逑不同的加速模塊部署到ＮＦＶ架構(gòu)中，在原來的ＮＦＶ架構(gòu)上構(gòu)造新的ＮＦＶ硬件逡逑加速方案。如圖２－２所示，ＮＦＶＩ為上層提供虛擬的存儲計算網(wǎng)絡(luò)資源和加速器逡逑資源，上層應(yīng)用既可以調(diào)用基于軟件的ＶＮＦ，也可以調(diào)用硬件加速模塊，來保證逡逑高可靠性和高性能。ＶＮＦ服務(wù)提供商根據(jù)諸多方面考量來決定是否調(diào)用加速模逡逑塊，例如業(yè)務(wù)對時延的要求，服務(wù)性價比等。與此同時，本研究通過軟件定義網(wǎng)逡逑絡(luò)（Ｓｏｆｔｗａｒｅ邋Ｄｅｆｉｎｅｄ邋Ｎｅｔｗｏｒｋ，邋ＳＤＮ）將設(shè)備的控制層面和轉(zhuǎn)發(fā)層面分離，實現(xiàn)逡逑１１逡逑
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP393.01

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 葛德明;;基于硬件加速的三維系統(tǒng)設(shè)計[J];通信電源技術(shù);2018年04期

2 張灝;;數(shù)字信號處理系統(tǒng)的硬件加速設(shè)計[J];科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新;2018年31期

3 周一;;淺談深度學(xué)習(xí)的硬件加速[J];科學(xué)家;2017年16期

4 天涯衰草;;都是瀏覽器硬件加速惹的禍[J];電腦迷;2013年12期

5 ;無需更新驅(qū)動 開啟“硬件加速”[J];電腦愛好者;2011年06期

6 俞慶華;;Mentor Graphics宣布推出規(guī)�？蛇_15BG的Veloce Strato平臺[J];汽車零部件;2017年02期

7 ;盤點Google Chrome8八大新功能[J];計算機與網(wǎng)絡(luò);2010年20期

8 徐天亮;王晨旭;王新勝;羅清華;劉志勇;周志權(quán);;海洋觀測通信組網(wǎng)安全及其硬件加速研究[J];海洋科學(xué);2018年01期

9 胡力佳;馬琪;徐向陽;;數(shù)字集成電路設(shè)計中的硬件加速驗證技術(shù)[J];現(xiàn)代電子技術(shù);2007年11期

10 羅勇;;輕松開啟谷歌瀏覽器的GPU硬件加速[J];電腦迷;2011年06期

相關(guān)會議論文 前10條

1 張純;毛菁霞;張如鴻;孔伯虎;吳百鋒;彭澄廉;陳澤文;孫曉光;;基于硬件加速的可視化算法[A];全國第16屆計算機科學(xué)與技術(shù)應(yīng)用（CACIS）學(xué)術(shù)會議論文集[C];2004年

2 陳乃剛;李健;曹芳;;基于FPGA的CNN單機多卡加速算法實現(xiàn)[A];2017電力行業(yè)信息化年會論文集[C];2017年

3 韋興軍;盧澤新;;基于TCAM的入侵檢測系統(tǒng)硬件加速技術(shù)[A];中國電子學(xué)會第十五屆信息論學(xué)術(shù)年會暨第一屆全國網(wǎng)絡(luò)編碼學(xué)術(shù)年會論文集（上冊）[C];2008年

4 肖永順;陳志強;張麗;;工業(yè)CT斷層重建算法的通用計算硬件加速[A];2004年CT和三維成像學(xué)術(shù)年會論文集[C];2004年

5 周治國;鐘一鳴;屈崇;;無人艇的水面圖像去霧技術(shù)研究與實現(xiàn)[A];第十二屆全國信號和智能信息處理與應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集[C];2018年

6 鄭堯;肖利民;唐文琦;姚光超;阮利;;一種面向大規(guī)模音樂庫的音樂推薦方法[A];第十一屆全國博士生學(xué)術(shù)年會——信息技術(shù)與安全專題論文集[C];2013年

7 劉世光;陳國軍;楊鵬;張加萬;孫濟洲;;布料上污漬效果的真實感模擬[A];中國計算機圖形學(xué)進展2008--第七屆中國計算機圖形學(xué)大會論文集[C];2008年

8 王陽;陶華敏;肖山竹;鄧秋群;;基于流水技術(shù)的三角矩陣求逆硬件加速技術(shù)研究[A];第十九屆計算機工程與工藝年會暨第五屆微處理器技術(shù)論壇論文集[C];2015年

9 王強;鄒丹;郭松;姜晶菲;;基于FPGA的寬度優(yōu)先搜索硬件加速方法研究[A];第十七屆計算機工程與工藝年會暨第三屆微處理器技術(shù)論壇論文集（下冊）[C];2013年

10 李欣瑤;劉飛陽;李鵬;;嵌入式智能計算加速技術(shù)綜述[A];2019年（第四屆）中國航空科學(xué)技術(shù)大會論文集[C];2019年

相關(guān)重要報紙文章 前10條

1 記者 劉斯文;破局在線教育 智能硬件加速跑[N];北京商報;2019年

2 山西 王強;被忽視的“硬件加速”[N];電腦報;2003年

3 遼寧 耿呈剛;關(guān)于PowerDVD硬件加速[N];電腦報;2004年

4 米笑;豐富的防火墻和防攻擊，多種VPN業(yè)務(wù)，，硬件加速的IPsec和SSL等技術(shù)[N];中國計算機報;2004年

5 李剛;硬件加速也惹禍[N];中國電腦教育報;2004年

6 一片楓葉;PureVideo HD硬件加速我也行[N];電腦報;2008年

7 ;看PDF文檔也玩3D硬件加速[N];中國電腦教育報;2007年

8 朱亦楓 北京;Altera為NiosⅡ處理器系統(tǒng)提供新C語言至硬件加速工具[N];電子資訊時報;2006年

9 周童;免費的硬件加速渲染器[N];計算機世界;2008年

10 Adaptec公司亞太區(qū)技術(shù)指導(dǎo) 葉文遜;重管理 要增值[N];中國計算機報;2004年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前9條

1 王銳;電源網(wǎng)格快速建模與EDA工具的硬件加速技術(shù)研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2006年

2 吳安;現(xiàn)場影像增強中的硬件加速機制研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2017年

3 李韜;粗粒度數(shù)據(jù)流網(wǎng)絡(luò)處理器設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2010年

4 肖永飛;醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)三維交互可視化方法的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

5 楊超;虛擬戰(zhàn)場中電磁環(huán)境三維建模與繪制方法研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2010年

6 劉鈞石;基于近似計算的斷層圖三維迭代重建與圖像特征檢測的研究[D];浙江大學(xué);2015年

7 唐永鶴;基于序列圖像的空間非合作目標(biāo)三維重建關(guān)鍵技術(shù)研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2012年

8 陳鵬;虛擬戰(zhàn)場環(huán)境中雷達作用范圍表現(xiàn)技術(shù)研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2007年

9 王圣;高速網(wǎng)絡(luò)TCP加速關(guān)鍵技術(shù)研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2007年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 唐強;面向網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化的加速關(guān)鍵技術(shù)研究[D];北京郵電大學(xué);2019年

2 紀(jì)昆;基于多核DSP的深度學(xué)習(xí)算法硬件加速技術(shù)研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2016年

3 景亮亮;基于FPGA和深度學(xué)習(xí)算法的硬件加速設(shè)計與研究[D];成都理工大學(xué);2018年

4 陳瑞;基于Vivado HLS的時域有限差分方法硬件加速研究[D];廈門大學(xué);2017年

5 吳樹明;面向高密度計算的眾核SoC硬件加速設(shè)計技術(shù)研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2018年

6 陳龍;目標(biāo)識別的硬件加速算法研究[D];南京航空航天大學(xué);2018年

7 范宏偉;面向SDN/NFV的硬件加速機制研究[D];戰(zhàn)略支援部隊信息工程大學(xué);2018年

8 洪啟飛;面向深度學(xué)習(xí)的FPGA硬件加速平臺的研究[D];電子科技大學(xué);2018年

9 張克寧;細微運動的視覺增強及硬件加速技術(shù)研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2017年

10 吳峰;基于硬件加速設(shè)備的SSL VPN性能提升研究[D];華中科技大學(xué);2013年

本文編號：2626688