【摘 要】
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随着云计算、物联网、大数据等信息化技术的快速发展,人们对网络终端设备的依赖性日益增加,社区、企业、学校等场景下的网络数据环境日益复杂。由于缺乏对网络数据的监控与管理,诸如数据泄露、DDo S攻击、家用摄像头入侵等网络安全问题日益凸显。目前,基于软件层面的传统网络数据监控与管理方案具有处理能力、处理时延、资源消耗等方面的局限性。结合应用场景与项目需求,本文自主设计并实现了一套基于FPGA的网络数据管
【基金项目】
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华东师范大学“幸福之花”先导研究基金“智能+”领域项目,项目名称为“Edge-Cloud范式驱动的高性能安全网关与智能安全引擎关键技术研究及应用”,项目编号为44300-19311-542500/011
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随着云计算、物联网、大数据等信息化技术的快速发展,人们对网络终端设备的依赖性日益增加,社区、企业、学校等场景下的网络数据环境日益复杂。由于缺乏对网络数据的监控与管理,诸如数据泄露、DDo S攻击、家用摄像头入侵等网络安全问题日益凸显。目前,基于软件层面的传统网络数据监控与管理方案具有处理能力、处理时延、资源消耗等方面的局限性。结合应用场景与项目需求,本文自主设计并实现了一套基于FPGA的网络数据管理硬件平台,在满足项目需求的同时,从系统架构、处理能力、处理时延、可拓展性、资源占用率等方面对现有方案进行了改进。网络数据管理硬件平台是自主设计的12层PCB电路板,采用Xilinx公司的Kintex FPGA芯片和Zynq So C芯片作为核心处理器。板载12片DDR3存储颗粒、1个PCIe Gen2.0 x8接口、两个SFP+万兆以太网接口、三个10/100/1000M自适应网口等外设与接口。整板包含1871个电子元器件、1187个信号网表、5922个信号连接、27路供电电源以及多路速率可达10.3125Gbps的高速信号。本文结合理论分析与仿真验证对PCB布局布线设计进行严格约束,最终克服了高速数字系统中SI、PI、EMC等方面的问题,完成了硬件平台的设计。基于该硬件平台,本文完成了可编程逻辑与软件系统的开发。可编程逻辑部分,本文通过Verilog HDL硬件描述语言在FPGA中实现了网络数据转发与过滤、网络数据流量统计、异常网络数据检测与捕获等功能。软件系统开发部分,本文基于C语言、Node.js、Win Driver等编程语言或平台,完成了数据传输与存储、配置与显示界面以及PCIe驱动程序的设计。综上,本文完成了网络数据管理硬件平台设计、FPGA可编程逻辑设计以及上位机软件开发等工作,为学校、企业、社区等应用场景下的网络数据监控与管理需求提供了基于硬件的解决方案,具有较强的可拓展性与较高的实际应用价值。
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