4x10 Gbit/s hálózati monitorozó rendszer tervezése és megvalósítása

OData támogatás
Konzulens:
Dr. Varga Pál
Távközlési és Médiainformatikai Tanszék

A hálózati forgalom gyors és effektív célba juttatása a XXI. századi számítástechnika egyik

alapveto kihívása. Ahhoz, hogy ez lehetséges legyen, a szolgáltatóknak kézben kell tartaniuk

a kommunikációs hálózataikat, ennek feltétele a diagnosztikai és biztonsági célú forgalmi

monitorozás. A feladatot nehezíti, hogy a hálózatok sávszélessége rohamosan növekedett

az elmúlt évtizedekben. Míg 1992-ben a teljes Internet forgalma 100GB-t tett ki naponta,

2016-ban másodpercenként 26600GB-t volt ez a forgalom.

A legtöbb monitorozási feladatot hardver-gyorsítás nélküli szoftveres rendszerek látják

el. Bizonyos nagy teljesítményigényu feldolgozási feladatokat azonban nem tudnak on-thefly

elvégezni ezek a rendszerek. Ezeknél a feladatoknál a hardveres gyorsítás, és kifejezetten

az FPGA-k használata az egyik népszeru megoldás. Bár a rugalmas fejlesztési lehetoség

mellettük szól, az FPGA alapú eszközök ára komoly szerepet játszik abban, hogy nem

tudtak szélesebb körben elterjedni. Mindemellett komoly igény mutatkozik egy olyan monitorozási

hardverre, ami az új technológiák felhasználásával árban és teljesítményben is

fel tudná venni a versenyt a szoftver alapú megoldásokkal.

Ebben a dolgozatban részletes leírást adok arról, hogyan készítettem el a SGA 10-GEQ

40Gbps kapacitású, FPGA alapú csomagfeldolgozó PCIe (PCI express) kártyát. A dolgozat

végigköveti a tervezési fázistól a kivitelezésen át a tesztelésig a kártya megvalósítását.

A dolgozatomban bemutatom ennek a szerteágazó területnek a bevett megoldásait és a

határait - a fejlesztoi szemszögbol.

A nagysebességu hálózatok monitorozása bovelkedik a kihívásokban; ezek hátterében a

gyors reakcióido, a komplex protokollok, és a szélesköru funkcionális elvárásai állnak.

A tervezés nem csak a kívánt funkciók elérést foglalja magában, hanem a design optimalizációját

is. Elsosorban költség minimalizálására és gyártási technológia egyszeruségére

optimalizáltam.

A kártya nyomtatott áramkörének terveit az Altium Designer CAD segítségével terveztem

meg, teljesen tiszta lappal indulva. A bemutatott megoldás teljes mértékben a saját

munkám, a funkcionális specifikációtól a tervezésen át a tesztelésig — természetesen szakérto

kollégákkal konzultáltam a folyamat során. A dolgozatban ismertettem a megvalósítás

legnagyobb kihívásait:

10 feszültség-szintu tápellátás: az FPGA és a nagy frekvenciás perifériák tápellátásának

megtervezése összetett feladat;

10GHz-es adatátvitel a PCB-n: a jel-integritás biztosítása alapveto követelmény, ami

ezen a frekvencián nagyon komoly kihívást jelent;

DDR3 illesztése az FPGA-hoz: a DDR3 SDRAM interface elkészítése a nagy jelátviteli

frekvencia és a 64 bites adatbusz szélesség miatt komoly tervezést igényel;

Passzív alkatrészek kiválasztása, a megfelelo kondenzátorok kiválasztása és a hidegíto

hálózatok optimalizálása.

A dolgozatban bemutatom a tesztelés menetét, az oszcilloszkópos méréseket, valamint a

VHDL teszt core-okat (amikkel a nem mérheto funkciókat teszteltem), valamint a nagyfrekvenciás

jelek nehézkes mérésének megoldását.

Letölthető fájlok

A témához tartozó fájlokat csak bejelentkezett felhasználók tölthetik le.