專(zhuān)利名稱(chēng)：一種sgsn設(shè)備的數(shù)據(jù)高效轉(zhuǎn)發(fā)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是3G核心網(wǎng)中SGSN設(shè)備的功能實(shí)現(xiàn)，主要實(shí)現(xiàn)用網(wǎng)絡(luò)處理器在無(wú)線(xiàn)設(shè)備RNC和核心網(wǎng)設(shè)備GGSN之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。
背景技術(shù)：
隨著Internet主干網(wǎng)絡(luò)流量的指數(shù)性增長(zhǎng)，主干路由器的處理線(xiàn)速已從622Mbps增加到了2.4Gbps，并且很快將達(dá)到10Gbps，而傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)處理方案已經(jīng)不能同時(shí)滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò)處理速度和靈活性這兩個(gè)方面的要求。因此，基于專(zhuān)用指令處理器(ASIP)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)處理器得到了廣泛的發(fā)展。
網(wǎng)絡(luò)處理器是一種可編程設(shè)備，專(zhuān)門(mén)用于處理高速率網(wǎng)絡(luò)流量，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)線(xiàn)速轉(zhuǎn)發(fā)功能。網(wǎng)絡(luò)處理器是在通用處理器性能已經(jīng)不能適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)接口及密度需求、專(zhuān)用ASIC芯片不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的靈活性的背景下產(chǎn)生的。網(wǎng)絡(luò)處理器的主要優(yōu)點(diǎn)如下1、擁有網(wǎng)絡(luò)分組并行處理的能力，它能夠達(dá)到硬件級(jí)的性能，滿(mǎn)足逐漸增加的網(wǎng)絡(luò)接口和密度要求；2、具有高效的處理速度，能夠達(dá)到分組的實(shí)時(shí)處理；3、完全的可編程性和可拓展性，具有與通用處理器類(lèi)似的功能，支持通用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，并為增加新的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議處理提供靈活性；4、編程模式簡(jiǎn)單，并且網(wǎng)絡(luò)處理器擁有一定數(shù)目的網(wǎng)絡(luò)專(zhuān)用協(xié)處理器。
為了迎合這些需要，網(wǎng)絡(luò)處理器將網(wǎng)絡(luò)處理任務(wù)劃分為控制層和數(shù)據(jù)層兩個(gè)層面。其中，控制層面專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)非實(shí)時(shí)性的管理和策略控制等等，數(shù)據(jù)層面專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)高速易變的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理。
一個(gè)強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)處理器可以提供Layer2～Layer7所有網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議處理，包括從簡(jiǎn)單的IP路由到復(fù)雜的加密和壓縮程序。目前主要在通信網(wǎng)絡(luò)層提供強(qiáng)大的包分類(lèi)、轉(zhuǎn)發(fā)以及其他的一些服務(wù)功能。
當(dāng)前在SGSN設(shè)備中使用網(wǎng)絡(luò)處理器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能通常采用接口和交換分離的方法，該方法是一種很常用的方法。但缺點(diǎn)是對(duì)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)效率不高，不能滿(mǎn)足3G網(wǎng)絡(luò)對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)高效實(shí)時(shí)地處理需求。因?yàn)椴捎媒涌诤徒粨Q分離的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)需要同時(shí)使用幾塊板卡，板卡之間進(jìn)行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的處理須進(jìn)行板間通信，而不同板卡之間進(jìn)行板間通信會(huì)嚴(yán)重影響對(duì)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)效率。所以，在本發(fā)明中我們使用單板進(jìn)單板出的方式使用網(wǎng)絡(luò)處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)SGSN設(shè)備的數(shù)據(jù)高效轉(zhuǎn)發(fā)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種SGSN設(shè)備的數(shù)據(jù)高效轉(zhuǎn)發(fā)方法，具有成本低，轉(zhuǎn)發(fā)速率高和可擴(kuò)展性好的優(yōu)點(diǎn)，能迎合通信新業(yè)務(wù)的開(kāi)展，使用起來(lái)也十分簡(jiǎn)便。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種SGSN設(shè)備的數(shù)據(jù)高效轉(zhuǎn)發(fā)方法，其特征在于利用網(wǎng)絡(luò)處理器，采用單板進(jìn)單板出的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)SGSN數(shù)據(jù)面的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)；單板進(jìn)單板出的方式采用將數(shù)據(jù)平面的接口和交換功能放在一塊單板實(shí)現(xiàn)，通過(guò)控制平面與數(shù)據(jù)平面的交互將一個(gè)新用戶(hù)的所有隧道分布在同一個(gè)用戶(hù)平面的單板上。
如上所述的SGSN設(shè)備的數(shù)據(jù)高效轉(zhuǎn)發(fā)方法，其特征在于網(wǎng)絡(luò)處理器的C-5NP一共有16個(gè)CP，每個(gè)CP都由SDP和CPRC組成，它們通過(guò)專(zhuān)用的內(nèi)存IMEM和DMEM對(duì)信元/包進(jìn)行處理；使用網(wǎng)絡(luò)處理器進(jìn)行SGSN用戶(hù)平面的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能時(shí)16個(gè)CP分配情況如下CP0～CP3實(shí)現(xiàn)GE RX接口功能；CP4～CP7實(shí)現(xiàn)GE TX接口功能；CP8～CP11實(shí)現(xiàn)GTP-U接口功能；CP12～CP13實(shí)現(xiàn)OC-3 ATM接口功能；CP14實(shí)現(xiàn)AAL5的重組(Reassembly)功能；CP15實(shí)現(xiàn)AAL5的分片(Segmentation)功能。
這里，CP0～CP3主要是實(shí)現(xiàn)GE RX接口功能，CP4～CP7實(shí)現(xiàn)GE TX接口功能。CP8～CP11的功能是用于轉(zhuǎn)發(fā)G-PDU，包括信令和數(shù)據(jù)，其中包含SGSN切換前轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)，并根據(jù)不同的情況統(tǒng)計(jì)流量信息，如果流量超過(guò)了閾值，則向控制平面報(bào)告。CP12、CP13實(shí)現(xiàn)ATM OC-3接口功能，用于接收和傳輸ATM信元。CP14完成AAL5 SAR中Reassembly功能，CP15主要完成AAL5 SAR的Segmentation功能。
如上所述的SGSN設(shè)備的數(shù)據(jù)高效轉(zhuǎn)發(fā)方法，其特征在于有兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的設(shè)計(jì)模塊Host控制管理部分和C-5NP數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)部分，這兩個(gè)獨(dú)立部分之間存在信息交互，主要包括GTP-U部分的信令消息、統(tǒng)計(jì)消息、系統(tǒng)配置接口等內(nèi)容；這些信息交互的主要通道為通用處理器與網(wǎng)絡(luò)處理器之間的PCI總線(xiàn)進(jìn)行；C-5NP主要完成Layer1～Layer3層協(xié)議棧處理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包高速轉(zhuǎn)發(fā)功能，而Host跟C-5NP協(xié)同工作，大大增強(qiáng)Layer4～Layer7層協(xié)議的處理能力。
利用網(wǎng)絡(luò)處理器采用單板進(jìn)單板出的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)SGSN數(shù)據(jù)面的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)有如下優(yōu)點(diǎn)1、成本低。傳統(tǒng)的基于接口和交換分離的方式，實(shí)現(xiàn)SGSN數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能時(shí)，將接口和交換功能分為不同的板卡來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此實(shí)現(xiàn)SGSN用戶(hù)平面同時(shí)需要Iu接口的ATM接口板，Gn接口的IP接口板和交換板，而使用單板網(wǎng)絡(luò)處理器實(shí)現(xiàn)SGSN設(shè)備的高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)僅需一塊PPRB板卡，成本明顯降低，節(jié)約了大量的資金。
2、轉(zhuǎn)發(fā)速率高。由于在同一塊PPRB板上板上進(jìn)行SGSN的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，不需要進(jìn)行板卡之間的通信，因此，處理速率大大增強(qiáng)。并且采用此技術(shù)有效克服了通用處理器的瓶頸，這方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的通用處理器。對(duì)于日益完善的3G通信網(wǎng)絡(luò)來(lái)講，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用越來(lái)越普及，使用此技術(shù)無(wú)疑大大增強(qiáng)了單位時(shí)間內(nèi)對(duì)視頻、音頻、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的處理能力。
3、可擴(kuò)展性好。網(wǎng)絡(luò)處理器有16個(gè)CP、1個(gè)FP以及1個(gè)XP，可以在網(wǎng)絡(luò)處理器上實(shí)現(xiàn)GE、GTP-U、OC-3 ATM以及AAL2/AAL5等交換接口，拓展性好，以迎合通信新業(yè)務(wù)的開(kāi)展，使用起來(lái)也十分簡(jiǎn)便。
由此可知，使用單板進(jìn)單板出方式利用網(wǎng)絡(luò)處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)SGSN設(shè)備的數(shù)據(jù)高效轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)效果十分明顯。既可節(jié)約開(kāi)發(fā)成本，并且網(wǎng)絡(luò)處理器的擴(kuò)展性好，處理速率非常高，這些都是傳統(tǒng)的基于接口和交換分離方式來(lái)實(shí)現(xiàn)SGSN用戶(hù)平面所無(wú)法比擬的。


附圖1是SGSN設(shè)備在3G中的網(wǎng)絡(luò)位置框圖。
附圖2是網(wǎng)絡(luò)處理器C-5NP的結(jié)構(gòu)圖。
附圖3是SGSN數(shù)據(jù)平面系統(tǒng)架構(gòu)圖。
附圖4是數(shù)據(jù)平面設(shè)計(jì)的通用模型。
附圖5是SGSN數(shù)據(jù)平面協(xié)議層封裝示意圖。
具體的實(shí)施方式下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明。
如圖1所示，這是SGSN設(shè)備在3G的網(wǎng)絡(luò)位置框圖。節(jié)點(diǎn)B(Node B)100，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制器(RNC)101，移動(dòng)交換中心/拜訪位置寄存器(MSC/VLR)102，服務(wù)GPRS支持節(jié)點(diǎn)(SGSN)103，網(wǎng)關(guān)移動(dòng)交換中心(GMSC)104，網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點(diǎn)(GGSN)105，歸屬位置寄存器(HLR)106。
SGSN103是3G核心網(wǎng)分組域(PS域)的功能節(jié)點(diǎn)。在3G核心網(wǎng)中，通過(guò)SGSN103實(shí)現(xiàn)分組數(shù)據(jù)的接入和轉(zhuǎn)發(fā)。SGSN103的主要功能有網(wǎng)絡(luò)接入控制功能，分組數(shù)據(jù)路由和轉(zhuǎn)發(fā)功能，移動(dòng)性管理功能，網(wǎng)絡(luò)管理功能。
如圖2所示，這是網(wǎng)絡(luò)處理器C-5NP的結(jié)構(gòu)圖。它包括如下組件通道處理器，隊(duì)列管理單元QMU202，SRAM203，矩陣處理器FP204(1個(gè))，交換矩陣205，查找表單元TLU206，執(zhí)行處理器XP207(1個(gè))，內(nèi)部總線(xiàn)等。
CP的主要功能主要是負(fù)責(zé)接收、處理、發(fā)送信元/包。
CP獨(dú)特的設(shè)計(jì)使得它能夠高效地處理數(shù)據(jù)。FP204主要用于管理高速的矩陣交換接口，給PDU進(jìn)行分片和重組。XP207主要提供網(wǎng)絡(luò)的控制和管理功能，它通常是與HOST通用處理器進(jìn)行通信。
如圖3所示，是SGSN數(shù)據(jù)平面系統(tǒng)架構(gòu)圖。它由GMM/SM 301，SME 302，BroadcomBCM1250通用處理器303，網(wǎng)絡(luò)處理器C-5NP304等組成。系統(tǒng)Host控制管理運(yùn)行在BCM1250 303上，而數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)運(yùn)行在C-5NP304上。BCM1250 303對(duì)外與SME302以及GMM/SM301模塊通過(guò)Backplane總線(xiàn)進(jìn)行信令/數(shù)據(jù)交互。C-5NP302對(duì)外分別對(duì)應(yīng)RNC Iu接口和GGSN Gn接口。
其實(shí)現(xiàn)分為兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的設(shè)計(jì)模塊Host控制管理部分和C-5NP數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)部分。這兩個(gè)獨(dú)立部分之間存在信息交互，主要包括GTP-U部分的信令消息、統(tǒng)計(jì)消息、系統(tǒng)配置接口等內(nèi)容。這些信息交互的主要通道為通用處理器與網(wǎng)絡(luò)處理器之間的PCI總線(xiàn)進(jìn)行。C-5NP304主要完成Layer1～Layer3層協(xié)議棧處理，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包高速轉(zhuǎn)發(fā)功能。BCM1250跟C-5NP協(xié)同工作，大大增強(qiáng)了Layer4～Layer7層協(xié)議的處理能力。
如圖4所示，它是數(shù)據(jù)平面設(shè)計(jì)通用模型，該圖體現(xiàn)了具有通用處理器和網(wǎng)絡(luò)處理器板卡在數(shù)據(jù)平面系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)思路。具體如下在數(shù)據(jù)平面上，對(duì)數(shù)據(jù)的操作是實(shí)時(shí)進(jìn)行的，這就構(gòu)成了通信設(shè)備的核心功能，所以對(duì)性能要求非常嚴(yán)格。在C-5NP上對(duì)數(shù)據(jù)的接收、處理、傳輸操作就是在數(shù)據(jù)平面上實(shí)現(xiàn)的。
在控制平面上，控制和管理操作決定了對(duì)設(shè)備的一般操作。比如在一臺(tái)交換機(jī)或者路由器上進(jìn)行控制路由表、決定和設(shè)置端口狀態(tài)、決定高層管理的操作都屬于控制平面的操作。本發(fā)明中在C-5NP上實(shí)現(xiàn)，控制平面的任務(wù)通常是在Host通用處理器上的軟件運(yùn)行下實(shí)施的。
如圖5所示，它是SGSN數(shù)據(jù)平面協(xié)議層封裝示意圖。
在501中網(wǎng)絡(luò)處理器針對(duì)指定的VC，對(duì)收到的對(duì)信元進(jìn)行VPI/VCI檢查，獲取相關(guān)的處理信息；進(jìn)行相關(guān)協(xié)議層處理，比如將ATM信元分類(lèi)、CRC10校驗(yàn)等工作。將相應(yīng)數(shù)據(jù)緩存到系統(tǒng)專(zhuān)門(mén)SDRAM中；形成對(duì)各緩沖負(fù)荷的描述符，進(jìn)行相應(yīng)的隊(duì)列管理工作。這樣，即完成對(duì)ATM信元接收及包組合功能，被緩存負(fù)荷(Payload)部分等待后續(xù)處理。
在AAL5匯聚層502，主要完成ATM信元CRC-32校驗(yàn)等，同時(shí)處理LLC/SNAP 503相關(guān)控制信息。對(duì)經(jīng)過(guò)上述處理的PDU數(shù)據(jù)生成IP數(shù)據(jù)負(fù)荷描述符，進(jìn)行相應(yīng)的隊(duì)列管理工作。這樣，就完成了對(duì)AAL5匯聚層的處理功能，被緩存的IP數(shù)據(jù)負(fù)荷等待后續(xù)處理。
對(duì)IP數(shù)據(jù)包504，進(jìn)行IP協(xié)議部分的處理，如進(jìn)行IP版本、長(zhǎng)度、生命周期等的判斷，進(jìn)行UDP的校驗(yàn)工作等，發(fā)起IP地址的查詢(xún)，形成對(duì)該部分?jǐn)?shù)據(jù)相應(yīng)描述符。
IP地址的查詢(xún)結(jié)果有三種路由方向?yàn)锳TM接口；路由方向?yàn)镚E接口；路由方向?yàn)镚TP-U CP。如果為GTP-U數(shù)據(jù)方向，被緩存數(shù)據(jù)等待GTP-U CP的處理。
GTP-U CP 505對(duì)上述緩存的數(shù)據(jù)進(jìn)行GTP-U部分的協(xié)議處理。進(jìn)行GTP-U頭部的解析工作，如果為信令消息，則轉(zhuǎn)發(fā)到XP，通過(guò)XP轉(zhuǎn)發(fā)到Host處理器進(jìn)行處理；而如果G-PDU數(shù)據(jù)，則發(fā)起TEID查表，獲取TEID對(duì)應(yīng)的目的TEID、目標(biāo)IP地址以及目標(biāo)IP對(duì)應(yīng)的MAC地址或VPI/VCI數(shù)據(jù)，為后續(xù)的協(xié)議頭的更新準(zhǔn)備數(shù)據(jù)。形成數(shù)據(jù)描述符，并進(jìn)行排隊(duì)，等待后續(xù)IP 506發(fā)送處理CP的相應(yīng)處理。在507中，GE接口的CP進(jìn)行TEID、IP頭更新，同時(shí)添加MAC地址，最后將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。
以上結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明作了說(shuō)明，應(yīng)指出，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以做出各種形式的和細(xì)節(jié)上的改變，而不偏離由所附權(quán)利要求所確定的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種SGSN設(shè)備的數(shù)據(jù)高效轉(zhuǎn)發(fā)方法，其特征在于利用網(wǎng)絡(luò)處理器，采用單板進(jìn)單板出的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)SGSN數(shù)據(jù)面的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)；單板進(jìn)單板出的方式采用將數(shù)據(jù)平面的接口和交換功能放在一塊單板實(shí)現(xiàn)，通過(guò)控制平面與數(shù)據(jù)平面的交互將一個(gè)新用戶(hù)的所有隧道分布在同一個(gè)用戶(hù)平面的單板上。
2.如權(quán)利要求1所述的SGSN設(shè)備的數(shù)據(jù)高效轉(zhuǎn)發(fā)方法，其特征在于網(wǎng)絡(luò)處理器的C-5 NP一共有16個(gè)CP，每個(gè)CP都由SDP和CPRC組成，它們通過(guò)專(zhuān)用的內(nèi)存IMEM和DMEM對(duì)信元/包進(jìn)行處理；使用網(wǎng)絡(luò)處理器進(jìn)行SGSN用戶(hù)平面的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能，16個(gè)CP的分配情況如下CP0～CP3實(shí)現(xiàn)GE RX接口功能；CP4～CP7實(shí)現(xiàn)GE TX接口功能；CP8～CP11實(shí)現(xiàn)GTP-U接口功能；CP12～CP13實(shí)現(xiàn)OC-3 ATM接口功能；CP14實(shí)現(xiàn)AAL5的重組功能；CP15實(shí)現(xiàn)AAL5的分片功能。
3.如權(quán)利要求1或2所述的SGSN設(shè)備的數(shù)據(jù)高效轉(zhuǎn)發(fā)方法，其特征在于有兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的設(shè)計(jì)模塊，Host控制管理部分和C-5 NP數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)部分；這兩個(gè)獨(dú)立部分之間存在信息交互，主要包括GTP-U部分的信令消息、統(tǒng)計(jì)消息、系統(tǒng)配置接口等內(nèi)容；這些信息交互的主要通道為通用處理器與網(wǎng)絡(luò)處理器之間的PCI總線(xiàn)進(jìn)行；C-5 NP主要完成Layer1～Layer3層協(xié)議棧處理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包高速轉(zhuǎn)發(fā)功能，而Host跟C-5 NP協(xié)同工作，大大增強(qiáng)Layer4～Layer7層協(xié)議的處理能力。
全文摘要
一種SGSN設(shè)備的數(shù)據(jù)高效轉(zhuǎn)發(fā)方法，其特征在于利用網(wǎng)絡(luò)處理器，采用單板進(jìn)單板出的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)SGSN數(shù)據(jù)面的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)；單板進(jìn)單板出的方式采用將數(shù)據(jù)平面的接口和交換功能放在一塊單板實(shí)現(xiàn)，通過(guò)控制平面與數(shù)據(jù)平面的交互將一個(gè)新用戶(hù)的所有隧道分布在同一個(gè)用戶(hù)平面的單板上?？晒?jié)約開(kāi)發(fā)成本，并且網(wǎng)絡(luò)處理器的擴(kuò)展性好，處理速率非常高，這些都是傳統(tǒng)的基于接口和交換分離的方式實(shí)現(xiàn)SGSN用戶(hù)平面所無(wú)法比擬的。
文檔編號(hào)H04L12/56GK1665222SQ200510018388
公開(kāi)日2005年9月7日 申請(qǐng)日期2005年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月16日
發(fā)明者陳世慶, 鄭亮 申請(qǐng)人:北京北方烽火科技有限公司