一种支持硬件加速的虚拟网络功能部署模型

为解决以软件实现的虚拟网络功能(VNF)性能受限问题,软件定义网络和网络功能虚拟化(SDN/NFV)等新型网络架构引入了硬件加速资源。硬件加速资源的部署,使得VNF能够为日益增长的数据流量提供服务保障。该文针对已有研究未考虑具有高性能数据处理需求的服务链VNF部署问题,提出一种支持硬件加速的VNF部署模型。该模型基于硬件加速资源的承载特性,在保证未加速VNF到商用服务器的优化部署下,优先实现交换机中加速资源的复用,并根据网络业务的性能需求,灵活调整加速资源与VNF的映射约束。仿真实验表明,与其他典型部署方法相比,在引入相同硬件加速资源的情况下,该模型可以承载更多的业务流量,满足服务链高性能数据处理需求,有效提高了部署在网络中加速硬件的资源利用率。     

基于可编程硬件的NFV数据包加速处理结构

针对网络功能虚拟化（Network Function Virtualization,NFV）在通用服务器中部署的处理性能受限问题,该文提出了一种基于硬件加速的虚拟网络功能（Virtual Network Function,VNF）处理结构：FARD（Function Adaptive and Resource Dividable hardware structure）.通过可编程的包头解析器和动作处理器,FARD可实现任意L2/3/4层功能实例的硬件加速处理;通过动态可分割的匹配表结构,FARD支持不同功能实例间的资源动态分配和隔离.基于NetFPGA-10G的实验结果表明,对比基于纯软件实现的VNF,FARD加速结构提升了近60倍的包处理吞吐率.     

支持多个网络功能共存的可编程数据平面虚拟化

网络虚拟化允许多个虚拟网络在同一物理基础设施上共存,有利于未来网络技术的增量部署。然而,当前可编程数据平面提供独占的数据平面抽象难以同时支持多个网络功能,该文提出一种支持并行流水线的虚拟化可编程数据平面结构(Virtualized P4-based Programmable Data Plane architecture with Parallel Pipeline,VirtP6),允许在单个物理设备上运行多个相互隔离的网络功能。VirtP6改变了可编程数据平面的单一流水线结构,引入并行的多个数据包处理流水线,实现了可编程数据平面的虚拟化,并保证了不同虚拟网络功能之间的资源隔离、流量隔离和访问隔离。最后,针对VirtP6的虚拟化开销、隔离性、可扩展性、网络适用性能进行实验评估。实验结果显示,与HyperP4相比,VirtP6大大降低了虚拟化开销,将延迟减少了68%,吞吐量提高了75%,具有良好的隔离性和扩展性。     

基于可编程硬件的虚拟路由器数据平面设计与实现

未来网络体系结构创新和验证亟需建设虚拟化网络实验平台,虚拟路由器作为其中的核心组网设备,其结构和性能决定了实验平台的灵活性和承载能力.本文提出基于并行流水线的虚拟路由器数据平面结构,结合并行包分类和异步多指针轮询调度机制,在同一物理底层上实现了多个相互隔离的并行异构路由器.本设计在可编程硬件上进行了原型实现,并结合商用及软件路由器在真实的网络环境中部署、测试与实验.实验结果表明与传统单流水线结构相比,本设计能以更高灵活性和并行性支持异构的路由器实例独立运行;在逻辑资源开销和延时特性未显著增加的情况下,并行虚拟路由器可以达到与硬件可比的线速转发能力.     

网络可编程技术研究北大核心

网络可编程技术通过在网络设备提供开放的可编程接口,增强了网络的灵活配置能力和资源整合能力。首先从网络可编程技术的诞生背景入手,回顾了开放可编程思想、控制与转发分离架构以及目前典型的软件定义网络(software defined networking,SDN)和网络功能虚拟化(network function virtualization,NFV)架构。然后,详细阐述了SDN架构下的协议无关性、流表实现、高级编程语言以及与NFV融合方面的研究成果。最后,总结了网络可编程技术的研究趋势。     

可编程数据平面技术综述

在软件定义网络中,可编程数据平面提供的编程能力是网络功能虚拟化的基石。可编程数据平面技术的核心是可编程能力与数据包处理性能。首先从数据平面的可编程性出发,探讨现有数据平面的数据包处理抽象。然后,分别对数据平面实施的目标平台与对应平台上的主要流表算法进行介绍,详细论述现有数据平面技术。最后,探讨了高性能数据平面技术存在的关键挑战。     

网络功能虚拟化网络功能虚拟化:基于虚拟化的中间件盒子

基于虚拟化的中间件盒子的模型,采用x86架构的电脑硬件设备,依托虚拟化平台构建了一种集成了路由器、语音服务器、虚拟桌面等服务的虚拟中间件盒子。该虚拟中间件盒子采用了中间件盒子的概念,即在标准的服务器上运行开源的虚拟化平台,如XEN、KVM等,并运用网络功能虚拟化(NFV)的理念和软件定义网络(SDN)的理念进行控制管理,最终实现为每个组织、企业、个人提供虚拟通信网络服务(网络功能虚拟化)和虚拟运营服务。     

网络功能虚拟化中的网络转发性能优化技术研究

网络功能虚拟化(NFV)采用软件转发技术实现,其网络转发性能受到各类运营商关注.重点分析了NFV技术中影响转发性能的关键因素,讨论了多项开源转发性能优化技术实现方法,提出了NFV中性能优化整体解决方案,最后测试验证了部分开源技术对转发性能的提升能力,为NFV技术推广提供了重要参考.     

可编程网络数据平面技术进展

网络数据平面执行数据包处理转发,是网络性能的决定性因素之一。大带宽、低时延、可持续演进的网络基础设施需要构建高效可编程的网络数据平面。首先,介绍数据包处理转发模型,并以此为基础概述网络数据平面在性能与可编程性面临的关键挑战。然后,从数据包查找算法理论与软/硬件协同实现机制出发,详细论述其基本思路及关键核心技术进展以应对上述关键挑战。最后,探讨高效可编程数据平面的未来发展趋势与技术演进路线。     

网络入侵检测硬件加速研究

针对大流量网络负载下的入侵检测性能瓶颈问题,论文研究和探讨了入侵检测系统的内容检测硬件加速技术,以开源软件Snort为实现平台,采用安全加速芯片对检测系统中最耗费计算资源的特征匹配操作实施加速处理,对实现的硬件加速原型系统给出对比测试实验结果,并进行了分析讨论。     

可编程网络体系

可编程网络通过将程序嵌入数据包,对网络节点编程,使网络体系适应用户的需求。可编程网络拓广了端到端原则的含义,形成新的网络概念,本文提出了可编程网络的体系结构,设计原则及应用方法,使网络在保持安全,高效的前提下具备更高的质量。     

可编程细胞神经网络硬件实现及应用研究

 本文提出一种模板可编程细胞神经网络的硬件实现方法,设计构成CNN的细胞体电路、A模板电路和B模板电路,组成CNN并进行在图像处理中的应用研究.仿真结果表明,所设计的硬件电路具有结构简单、功耗低、频率特性好、模板参数可编程等特点,可以方便地构成各种规模的CNN,在图像处理应用中具有一定的灵活性和通用性.     

动态深度神经网络的硬件加速设计及FPGA实现

基于现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA)实现的卷积神经网络由于具有优秀的目标识别能力,广泛应用在边缘设备。然而现有的神经网络部署多基于静态模型,因此存在无效特征提取、计算量增大、帧率降低等问题。为此,提出了动态深度神经网络的实现方法。通过引入模型定点压缩技术和并行的卷积分块方法,并结合低延迟的数据调度策略,实现了高效卷积计算。同时对神经网络动态退出机制中引入的交叉熵损失函数,提出便于硬件实现的简化方法,设计专用的加速电路。根据所提方法,在Xilinx xc7z030平台部署了具有动态深度的ResNet110网络,平台最高可完成2.78×10⁴ MOPS(Million Operations per Second)的乘积累加运算,并支持1.25 MOPS的自然指数运算和0.125 MOPS的对数运算,相较于i7-5960x处理器加速比达到287%,相较于NVIDIA TITAN X处理器加速比达到145%。     

面向云化的核心网架构研究

通过介绍移动核心网虚拟化相关技术NFV和SDN,分析了目前核心网虚拟化方面的研究情况,得出了核心网虚拟化的需求,针对移动核心网的网络架构,给出了移动核心网系统虚拟化管理总体架构,并对该架构进行了分析.     

面向全可编程网络数据平面的资源优化方法

现有数据平面无法在整体上支持网络功能的创新和演进,因此面向用户可编程的新型网络数据平面技术发展迅速.针对现有可编程数据平面硬件开销过大且缺乏资源优化的问题,从解析器、匹配表、动作执行器三个方面建立了资源开销模型,并分别提出了类型域合并、匹配域偏移量合并、"域-字"拆分合并映射等资源优化方法.基于NetFPGA的仿真结果表明,与现有机制相比,所提方法减小了38%左右的资源开销.     

5G核心网UPF硬件加速技术

5GC通过NFV技术在通用硬件上实现网元功能,具有资源灵活共享等优点,但是5G的uRLLC、eMBB等应用有超低时延、高带宽等要求,对核心网UPF的转发时延、带宽、抖动、丢包率等性能提出了更高要求。将部分业务处理卸载到适合大规模转发和并行计算的硬件加速卡,可提供更好的转发特性,总结并分析了UPF的转发流程,并对当前的硬件加速技术和加速方案进行介绍,提出了目前UPF硬件加速技术中存在的问题,最后对UPF硬件加速研究方向和思路进行展望。     

网络功能虚拟化关键技术及影响分析

随着通信网络的快速发展,可以实现网元设备软硬件解耦的网络功能虚拟化技术应运而生。本文首先介绍了网络功能虚拟化的产生背景和体系结构,然后分析了网络功能虚拟化所带来的网络安全问题,最后针对网络安全问题给出了工作建议,为今后网络功能虚拟化的安全工作指出了研究方向。