中小企业发展专项资金项目可重构网络设备系统产业化项目可行性研究报告项目名称：可重构网络设备系统产业化目 录1项目的意义和必要性11.1国内外现状和技术发展趋势31.2市场分析51.3对产业链的带动作用分析72项目的技术基础92.1成果来源及知识产权情况92.2项目技术可行性和成熟性分析102.3对行业技术进步的重要意义和作用133项目建设方案134项目技术方案164.1技术路线164.2技术特点174.3主要技术指标185原材料供应及外部配套条件落实情况；195.1原材料供应195.2外部配套条件196环境污染防治；207建设工期和进度安排218项目管理、劳动定员及人员培训229项目承担单位性质及概况239.1项目承担单位基本情况239.2企业财务状况249.3项目团队情况2510项目投资估算及资金使用计划2610.1项目投资估算2610.2资金筹措2610.3资金使用计划2610.4国拔经费使用计划表2711项目经济效益分析2811.1财务评价的计算及说明2811.2经济效益分析3011.3项目投资评价3012项目社会效益分析3213项目风险分析与控制3313.1市场风险3313.2管理风险3313.3技术风险33331 项目的意义和必要性现代化网络设备是由硬件和嵌入式网路操作系统及软件组成的复杂实体，因此仅凭设计高效的硬件平台并不能提供经济高效、持久运行的产品，控制平面在开发特性及确保设备可用性方面发挥着至关重要的作用。CPU主板及转发平面的速度提升较快，而软件的结构变化通常却难以察觉。网络操作系统迁移到将带来众多挑战，包括特性集不兼容、运行体验不一致，以及软件质量不一致等。这些潜在挑战使供应商迫切需要构建一款强大的控制平面，以支持现在和将来市场上的硬件产品及其特性。开发灵活、使用持久、高质量的网络OS才能够在将来通过平滑演进来满足新需求，支持扩展和缩减，部署在多个平台上，支持集成丰富的新特性和新功能。现代化的网络操作系统是满足POSIX要求的软件平台中最高级的专业化分支，第一代OS：单片式架构，通常情况下，面向路由器和交换机的第一代网络操作系统都是运行在内存空间的专用映像，提供多个进程来支持协议、数据包处理和管理工作。第一代网络操作系统，降低在嵌入式硬件上运行全规模商用操作系统的风险，主要目标是减少空间占用，加快运行速度。一个失控进程能够耗尽整个处理器资源或导致整个系统故障停机。第二代OS：模块化操作系统，嵌入式平台运行全规模商用操作系统，对控制平面和转发平面实施分割，注意力完全集中在控制平面功能上，能够全面利用多任务处理、多线程、内存管理和内容操作的能力，从而大幅度减少了系统级故障。第三代OS：可扩展性和可重构系统，要求网络操作系统足够灵活，与层出不穷的应用接客，以便能够快速部署在网络设备中，覆盖绝大部分的端到端数据包传输路径；系统还必须支持持续运行，以便模块代码或系统升级期间出现的软件问题不会影响正常运行。随着网络业务和网络应用的不断丰富，网络设备应用多业务的需求越来越强烈，传统网络设备系统难以满足要求，可重构网络设备应运而生，它能最大程度降低营运的CAPEX，有效保护现有网络投资。可重构网络设备平台分为软件平台和硬件平台两部分，作为网络基础设备对未来互联网的发展和应用都具有极其重要的意义。人们在追求网络设备性能的快速提高和带宽容量的扩展；同时更多地关注网络设备在“功能”方面的灵活扩展问题，实现多业务融合的迫切需要。传统的网络设备在体系结构上都是封闭，用户只有按照厂家提供的软件对设备进行设置，其可编程特性和按用户需求配置的可重构特性均非常有限。实现面向新一代网络高度灵活需求的网络基础设备为实现开放性、可编程性和支持多服务的高度可重构性。“开放”指对网络基础设备底层构件资源充分地向用户开放，同时通过各个模块构件及相互接口的定义和通信协议统一或标准化；“可编程”是指支持对底层资源的编程控制，从操作层面支持按业务需求重组路由器中的模块构件或者改变其属性；“可重构”指在相同的基本平台上对网络设备中的各种底层资源进行重构组合，实现对网络设备服务功能的灵活重组，产生支持不同业务功能或相同业务的不同指标需要的网络节点设备或相应功能、支持多业务融合服务。 可重构是在软件的控制下，利用可重用资源，重构或重组成另一个计算平台，以适应不同的应用需求。具有可重构特征的计算系统称为可重构计算系统。重构与重组是可重构计算系统改变其功能的2种方式，重构是指新计算系统的功能部件，在旧的计算系统中不存在，利用旧计算系统的可重用资源重新构造生成重组是指新计算系统的功能部件，在旧的计算系统中存在，通过重新组合形成新的计算结构可重构的基础是可重用资源。FPGA和多核架构的出现使得重构方式成为可能，其重用资源是基本门和线，通过配置文件，定义每个门的性质和线的连接，改变硬件的功能可重构的目的是为解决硬件结构与应用不匹配按解决问题的层次不同，可将可重构分为4类：(1)门级可重构，从基本门级人手重构计算系统；(2)部件级可重构，早期的重构从功能部件人手，通过对功能部件的重新组台来适应不同的计算需求；(3)指令级可重构，在标准处理器单元的基础上增加专用的计算设备，为通用计算提供特殊的计算支持，以实现大计算量指令和子程序的执行。这种提高通用计算机性能的重构方法称为指令级可重构；(4)芯片级可重构：在多处理器互连的基础上，使处理器位数可变、处理器个数可变或处理器问互连可变的计算机结构，称为芯片级可重构。嵌入式操作系统在面向控制、通信等领域采用实时操作系统，指能在确定的时间内执行其功能并对外部的异步事件做出响应的计算机系统，其操作的正确性不仅依赖于逻辑设计的正确程度，而且与这些操作进行的时间有关。实时系统对逻辑和时序的要求非常严格，如果逻辑和时序出现偏差将会引起严重后果。实时多任务操作系统是指具有实时性、能支持实时控制系统工作的操作系统，首要任务是调度一切可利用的资源完成实时控制任务，其次才着眼于提高计算机系统的使用效率，重要特点是要满足对时间的限制和要求。实时操作系统具有如下功能：任务管理（多任务和基于优先级的任务调度）、任务间同步和通信（信号量和邮箱等）、存储器优化管理（含rom的管理）、实时时钟服务、中断管理服务。实时操作系统具有如下特点：规模小，中断被屏蔽的时间很短，中断处理时间短，任务切换很快。通过对现有嵌入式操作系统进行分析，提供强大的功能,但针对嵌入式系统的特征与特性而言，共同的缺点是缺乏应用的高效性，对应用程序开发支持相对较弱，迫切需要面向应用的、专用特制的新一代嵌入式操作系统。 XX网络操作系统经历前两代发展，已经完成模块化、控制管理与数据相分离的阶段，目前已全面覆盖网关设备、防火墙、VPN、内容加速、出口引擎等设备。2008年公司与清华大学对可重构系统进行前期预研，在组件化的基础上实现构件化，结合目前网络设备大规模采用多核架构，并在安全加密方面使用FPGA作为辅助加速，通过建立原型系统进行验证，使可重构操作系统变得更加现实可能。为了能够有效降低系统涉及难度、软件模块可重构、硬件平台尽力重用，并可根据不断变化的功能需求动态加载不同的处理构件，满足各种新出现的互联网处理需求，降低设备功耗，延长使用周期和减少电子垃圾，更加节能环保，从而实现XX网络在响应用户需求、降低设备成本方面进一步领先。1.1 国内外现状和技术发展趋势本项目成果为数据通信领域嵌入式网络操作系统，在此领域的经过激烈的竞争剩下的厂商已经不多，目前已构建网络统一操作系统的厂商更是寥寥无几，能够与本项目成果具有可比性的产品只有思科-IOS、Juniper-JUNOS、华为的VRP平台，在开源系统方面主要以linux和NetBSD为主。（1）思科-IOS：IOS起步较早，发展过程是从小逐步到大，整个OS就是一个进程（Process）。也就是说，所有的功能模块共享同一个地址空间。这样的话，一个模块的Bug可能会影响到其它模块，甚至造成整个系统当机；另外，如果某个模块需要更新，必须先停机，加载新的OS，再重新启动。思科的OS战略是用三个OS逐步取代IOS。当然，战略归战略，实现起来非常复杂，完成这一工作需要不是一年、两年，而是五年、甚至十年。再加上IOS数十万的Installation Base，在可预见的将来IOS会长期存在下去。另一方面，IOS众多来源不定的代码在同一个地址空间内运行，Debug非常的艰难。思科的IOS经过多年发展，收购众多小型公司，其在模块化方面做得相当出色；思科的IOS在稳定可靠性方面具备出色的功能。（2）Juniper-JUNOS：JUNOS起步比IOS要晚将近十年，它一开始就是一个模块化的OS，在开源的FreeBSD的基础上开发。Juniper改写了BSD的网络部分，如TCP/IP stack和路由协议，以及用户界面，硬件管理部分等，各个功能模块都是独立的进程。可以说，与IOS相比，JUNOS是一个更加现代的OS，一个模块的Bug影响其他模块的可能性较小，比较容易Debug。另外，JUNOS可以进行不停机的功能升级。当然Juniper一直宣称他们的JUNOS贯穿其所有设备只有一个OS，实际上Juniper的这些OS也是来自其收购的几个公司（JUNOSe来自Unisphere，ScreenOS、IVE OS、NetScreen-IDP来自NetScreen，WXOS来自Peribit，等等），往JUNOS的集成工作也在不断进行，但集成工作进展缓慢，在这些OS消失之前，Juniper很可能又兼并了新的公司，他们将不会只有一个OS。不过，Juniper的产品比思科少很多，历史也比较短，所以其OS的混乱情况要比思科好很多。JUNOS逐步从一个封闭的系统向开放系统实现转变，其逐步实现开放式的接口、不间断运行等方面有出色表现，高端系统的自愈性、性能方面有相当稳定的能力。对于一家网络设备厂商来说，一个OS要好于多个OS。但是不论是思科还是Juniper，由于许多技术和非技术上的原因，长时间内都需要开发和维护多个OS。表11 网络操作系统对比表指标思科-IOSJuniper-JUNOSXXOS历史近30年发展历史近二十年发展历史近十年发展历史性能效率IOS功能复杂，在转发效率方面兼顾多方业务，性能综合表现一般，但是在多业务处理方面有一定优势JUNOS在高端路由处理方面表现优异，对于多业务处理能力表现一般针对业务处理表现优异，多业务融合方面具备独特优势功能完备性目前具备最完善的数据通信功能，涵盖多协议、多标准的支持具备较全的协议功能具备用户日常需要的功能系统安全性专用系统，安全保障专用系统，安全保障专用系统，安全保障可靠性业界知名的高可靠性电信级高可靠性电信级高可靠性实时性较强的实时性转发控制分离的实时性转发、控制、管理分离，分核处理实时性扩展性开放性封闭系统、基本不开放封闭系统、提供API进行开放相对封闭系统、提供可重构的平台环境业务适应性系统本身对于已知业务感知，对于新型业务感知处理一般系统本身对于已知业务感知，提供开放接口实现对于未知业务的处理