为了应对IP(Internet Protocol)路由器在性能、扩展性方面的挑战,提出并设计了一种基于大规模并行处理片上系统(MPPSoC,Massively Parallel Processing System on Chip)体系结构的IP路由器片上系统,该片上系统结构中使用大量的、同构的处理单元进行IP分组处理,并通过扩展性良好的SD-Torus(Semi-Diagonal Torus)片上网络(NoC,Network on Chip)进行片内互连,实现了分布式的转发和交换。重点研究了IP路由器片上系统中同构处理单元的结构、片内互连网络拓扑结构的选择、地址查找和分组交换功能在各个处理单元上的映射等关键问题。使用硬件描述语言SystemC,对该IP路由器片上系统进行了建模,并通过采用不同的IP分组流量模型,在不同的网络规模、不同负载程度下,对路由器片上系统的性能,包括系统吞吐量、平均延迟以及延迟抖动等关键性能参数进行了仿真。仿真结果表明,该结构具有良好的系统性能和扩展性。
针对IP路由器的FIB(Forwarding Information Base)极限问题和分布式IP地址查找中的通信延迟问题,提出了SD-Torus(Semi-Diagonal Torus)直连网络。按照"临近存储"的原则,将路由表划分后存储在每个节点及其邻居节点上,以减少分布式IP地址查找中的通信延迟,提高整体的查找性能。在分析SD-Torus网络拓扑性质的基础上,提出了一种负载均衡的路由算法。基于SystemC的仿真结果表明,使用该结构可以大大降低分布式IP地址查找的通信延迟,提高系统的扩展性。该研究结果可以应用于高性能的分布式IP地址查找。
