基于FPGA的SDN中QoS保障算法的设计与实现

摘要

传统网络越发难以面对复杂化的网络结构，于是诞生了一种新型网络架构，即软件定义网络(SDN)。SDN数据中心的业务流主要有长流和短流，长流有持续时间长、时延不敏感、带宽需求高的特点；而短流持续时间短、时延敏感程度高、带宽需求低。短流的流量占总流量不足20%,但流量条数则约占总流量数的80%以上；长流的流量占总流量80%以上，但流量条数不足总流量数的20%。研究发现，在出端口队列中长流往往在短流前，造成短流长时间等待，极易引发网络拥塞。根据2种业务流特点提出排队机制和路由优化保障机制，将短流设置为高优先级队列，由SDN控制器优先调度排队机制；将长流设置为低优先级队列，同时采用路由保障算法进行补偿。路由保障算法首先删除不满足长流带宽需求的链路，再计算最短时延路径。为了提升本设计的算法效率，使用FPGA和万兆以太网对SDN中业务流进行仿真，并在FPGA上仿真验证了本设计对于网络的时延、带宽的优化与FPGA并行运算的优势。

关键词

FPGA / SDN / 队列调度 / QoS / 带宽保障

基金资助

广西无线宽带通信与信号处理重点实验室主任基金(GXKL06200104); 广西云计算与大数据协同创新中心基金(YD1904); 广西自然科学基金(2020GXNSFDA238001); 桂林电子科技大学研究生教育创新计划(2021YCXS021)