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基于FPGA的SDN高性能查找结构的设计与研究的中期报告
一、研究背景及意义
随着网络技术的不断发展，软件定义网络(SoftwareDefinedNetwork,SDN)的概念逐渐被广泛接受，并被应用于各个领域。SDN相对于传统网络的最大特点是将控制与数据平面分离，将网络控制虚拟化，从而提升网络的灵活性、可编程性、可扩展性和管理能力。在SDN网络中，控制器需要不断地对数据包进行识别和匹配，从而对网络进行管理和控制。因此，高效的查找结构对于SDN网络的性能和可靠性至关重要。
可编程逻辑器件(Field-ProgrammableGateArray,FPGA)具有高度的可编程性和灵活性，可以为网络提供千兆级别的可编程数据通路，同时具备快速的匹配和过滤能力，成为了SDN中高性能查找结构的重要实现手段。利用FPGA构建高性能的SDN网络，不仅可以提高网络的性能和稳定性，还可以降低网络的成本和复杂性。
本论文旨在设计一种基于FPGA的SDN高性能查找结构，并研究其设计与实现方法，以提高SDN网络的性能和可靠性，同时降低网络的成本和复杂度。具体研究内容如下。
二、研究内容
1.研究SDN网络中高性能查找结构的特点和设计思路。分析不同应用场景下的查找结构需求，设计基于TernaryContentAddressableMemory(TCAM)和B+树的高性能查找结构。
2.研究FPGA芯片的体系结构和特点，掌握FPGA的设计方法和工具，实现SDN高性能查找结构设计。
3.针对高性能查找结构的匹配算法进行优化，提高匹配效率和容错性。采用并行匹配和哈希表等算法提高查找速度和优化内存空间。
4.对实现的高性能查找结构进行性能测试和评估，对比不同算法和数据结构的性能表现，分析网络延迟、吞吐量和容错性能等指标。
5.综合考虑性能、成本和复杂度等因素，优化高性能查找结构的设计，提供可行性设计方案，为SDN网络的优化设计提供技术支持。
三、研究进展
目前，已经完成了SDN中高性能查找结构的设计和实现，并在FPGA芯片上进行了验证和测试。主要研究进展如下。
1.设计了基于TCAM的高性能查找结构。TCAM是一种快速匹配存储器，可以在单个时钟周期内实现精确的匹配操作。在该结构中，使用了多个TCAM芯片进行并行匹配，提高了查找效率。同时，采用了哈希表和B+树等数据结构，提高了查找容错性。
2.优化了匹配算法，提高了匹配效率和容错性能。采用了并行匹配和哈希表等算法，提高了查找速度和优化内存空间。同时，在设计过程中融入了冗余和错误检测等机制，提高了容错性能。
3.在FPGA芯片上实现了高性能查找结构。使用Vivado等工具，将高性能查找结构编译成位流文件并下载到FPGA芯片上。经过测试，该结构可以在单个时钟周期内完成高效的查找任务，并可与SDN网络互联，实现高效的控制功能。
4.进行了性能测试和评估，分析了网络延迟、吞吐量和容错性能等指标。结果表明，该高性能查找结构具有很高的性能和容错性能，并且可以扩展到大规模网络中。
四、研究展望
基于现有的研究成果，未来将继续深入研究高性能查找结构的设计和实现方法，提高匹配效率和容错性能。同时，将优化设计方案，提供可行性的、高效的SDN网络优化方案。在此基础上，继续进行实验验证，评估SDN网络的性能和可靠性，为SDN网络的发展和应用提供支持。