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基于FPGA的网络数据捕获与存储系统研究与设计的开题报告
一、选题背景及研究意义
随着互联网的快速发展和普及，网络数据的规模和复杂度不断增加。网络数据捕获与存储技术可以有效地对海量的网络数据进行采集、存储和分析，为网络安全、网络运维以及数据挖掘等领域提供了基础支撑。
目前，网络数据捕获与存储系统主要采用传统的CPU搭配硬盘或SSD的方式进行存储，但随着数据量的增加以及处理速度的要求不断提高，传统的存储方式已经不能满足需求。而FPGA作为一种高度可编程的硬件加速器，可以通过硬件并行加速的特性对数据进行加速处理，能够在较短的时间内完成复杂的计算任务。因此，本课题拟设计一种基于FPGA的网络数据捕获与存储系统，以提高数据处理速度和数据安全性。
二、研究内容及技术路线
（1）系统架构设计
本系统的架构包括前端数据采集模块、中间数据处理模块和后端数据存储模块。前端数据采集模块负责从网络中对数据进行捕获，并对数据进行预处理。中间数据处理模块负责将采集模块采集到的数据进行处理和过滤。后端数据存储模块负责将中间数据处理模块处理后的数据存储到SD卡中。
（2）数据采集模块设计
基于FPGA实现的网络数据捕获系统主要基于网卡抓包机制进行设计。本系统将采用FPGA+EhernetPHY的组合，通过FPGA控制网卡直接抓取网络数据包，实现对网络数据包的高效捕获。
（3）数据处理模块设计
中间数据处理模块主要用于对采集到的原始数据进行预处理和过滤。本系统将采用基于硬件加速的数据处理算法，避免了传统CPU数据处理速度较慢和消耗过多时间和资源的弊端。
（4）数据存储模块设计
基于SD卡的数据存储模块，主要负责将经过处理的中间数据保存到SD卡中。本系统的SD卡存储模块基于FPGA实现，创新采用多SD卡并行存储技术，提高了数据存储速度和数据存储的安全性。
（5）硬件综合与验证
本系统的硬件采用Xilinx的FPGA进行设计，需要进行综合、实现和验证。本课题将采用Vivado进行硬件设计，通过模块化设计的方式实现系统的各个模块，并通过仿真、验证、运行等步骤进行全面测试。
三、研究成果及预期效果
本课题拟设计一种基于FPGA的网络数据捕获与存储系统，通过系统全面的优化，提高数据处理速度以及数据安全性，并达到以下预期效果：
（1）实现高效稳定的网络数据采集和存储，适用于各类数据安全和网络管理应用场景。
（2）提高数据处理和传输速度，解决传统存储方式处理速度慢的问题。
（3）有效提高数据存储的安全性，通过多SD卡并行存储技术，解决数据损毁、丢失等问题。
（4）开发出一种基于FPGA硬件加速的数据处理算法，具备可行性和实用性。
四、研究进度安排
阶段研究内容工作计划
第一阶段论文选题，文献综述2021.9-2021.11
第二阶段系统需求分析，架构设计2021.11-2022.1
第三阶段硬件设计与仿真2022.1-2022.4
第四阶段硬件验证与软件设计2022.4-2022.7
第五阶段系统测试与性能优化2022.7-2022.10
第六阶段论文撰写及答辩准备2022.10-2022.12
五、参考文献
[1]ZhangJ.ResearchonnetworkdatacaptureandstoragebasedonFPGA[D].BeijingUniversityofPostsandTelecommunications,2018.
[2]YuL,LiuW,ZhangR,etal.AframeworkforFPGA-basednetworktrafficaggregationandoptimization[C]//201625thWirelessandOpticalCommunicationConference(WOCC).IEEE,2016:1-6.
[3]ZuoZ,WangY,TanY,etal.Ahigh-performanceFPGA-basednetworkintrusiondetectionsystem[J].JournalofComputers,2013,8(5):1116-1122.
[4]AnkcornJ,HanS,PatelJ,etal.AsurveyofFPGAsfornetworkprocessing[J].JournalofComputerNetworks,2015,90:113-131.
[5]KulkarniRV,PandePS.Hardwareacceleratorsharingthroughcompositeopcodegeneration[C]//Proceedings1992InternationalConferenceonComputerDesign:VLSIinComputers&Processors,TheSoundofTec