专利名称：具有服务质量保证的低端路由器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种面向最终用户的低端路由器，尤其是一种具有服务质量保证的低端路由器，属于通信技术领域。
近年来，骨干网使用的高端路由器普遍采用交叉开关和ASIC技术，处理速度显著提高，已相继出现了千兆位路由器(GSR)和太兆位路由器(TSR)。骨干网数据的传输和转发能力已不再是互联网的瓶颈。路由器的位置如
图1所示，图中，中间大圆代表光纤骨干网，三个小圆代表本地用户网，CR为核心路由器，ER为低端路由器，T为用户终端。虽然骨干网速率很高，但用户的接入速率仍然很低，主要原因是处于骨干网边沿，连接骨干网与本地用户网的低端路由器处理能力太低，且无QoS(服务质量保证)机制。无法支持实时视频、音频业务。
现有低端路由器的主要问题是
1.普通路由器采用基于CPU的总线处理方式，处理速度低，吞吐量小。
2.高性能路由器模拟核心路由器的结构设计，由专用的机箱、底板和线卡组成，成本高，用户无法接受。
3.无QoS保证机制，无法保证视频和音频业务的质量。
本实用新型的目的是这样实现的一种具有服务质量保证的低端路由器，它由总线处理器、交换处理器和路由处理器组成，其中交换处理器和路由处理器独立设置，总线处理器垮接在交换处理器内部总线和低端路由器外部共享总线之间，总线处理器处理具有与外部连接的接入端口。总线处理器为两片现场可编程逻辑阵列(FPGA)，分别连接交换处理器内部总线、路由处理器内部总线和外部共享总线。
所述的交换处理器由数字信号处理器、同步动态随机存取存储器以及只读存储器组成，它们通过内部总线连接在一起。总线处理器垮接在交换处理器内部总线和低端路由器外部共享总线之间，它将各接入端口提供的用于交换处理的各种信息通过内部总线交交换处理器进行处理，并根据交换处理器的处理结果，通过外部共享总线，在个接入端口间调度数据。
所述的路由处理器与交换处理器的结构基本相同，只是实现的功能不同。它也由数字信号信号处理器、同步动态随机存取存储器和只读存储器组成，它们通过内部总线连接在一起。总线处理器垮接在路由处理器内部总线和低端路由器外部共享总线之间，它将各接入端口提供的用于路由处理的各种信息通过内部总线交路由处理器进行处理，并根据路由处理器的处理结果，通过外部共享总线，在个接入端口间调度数据。
根据上述技术方案分析可知，本实用新型由总线处理器、交换处理器和路由处理器组成。所有接入端口都连接在外部共享总线上，它们一方面对数据进行缓存，一方面通过总线处理器向交换处理器和路由处理器提供处理信息。交互处理器和路由对接入端口提供的处理信息进行处理，完成数据寻址、寻路、调度、转发等一系列工作，并将结果提供给总线处理器。总线处理器根据上述处理结果，通过外部共享总线在各个接入端口间调度和转发数据。在本实用新型中，交换方式主要用于小区内各子网用户间的数据交换，路由方式主要用于小区内子网用户与公网用户间的数据交换。
本实用新型具体的特点是1、采用路由、交换双模块独立、分别处理，内外总线隔离的方式，提高了低端路由器的处理速度，强化QoS质量保证机制；2、核心处理模块采用高性能数字信号处理器(DSP)，它比CPU处理速度快，实时性强，是高性能交换和路由算法的理想平台，为QoS质量保证提供基础。
3、总线处理器采用现场可编程逻辑阵列(FPGA)，不仅可以模拟现有各种总线的功能，而且可以根据交换处理器和和路由处理器的要求，提供附加功能，较现有固定总线模式的路由器灵活性强，扩展性好。
图2为本实用新型低端路由器的总体结构示意图，图中I/O代表低端路由器的数据接入端口。
图3为本实用新型的电路框图，FPGA为现场可编程逻辑阵列，DSP为数字处理器，SDRAM为同步动态随机存取存储器。ROM为只读存储器。
图4为本实用新型的总线处理模块FPGA1电路原理图。
图5为本实用新型的总线处理模块FPGA2电路原理图。
图6为本实用新型的交换处理模块DSP、ROM、RAM部分电路原理图。
图7为本实用新型的交换处理模块DSP、ROM、RAM部分电路原理图。
本实用新型低端路由器的总体结构如图2所示。它由总线处理器、交换处理器和路由处理器组成，它由总线处理器、交换处理器和路由处理器组成，其中交换处理器和路由处理器独立设置，总线处理器垮接在交换处理器内部总线和低端路由器外部共享总线之间，总线处理器处理具有与外部连接的接入端口。总线处理器为两片现场可编程逻辑阵列(FPGA)，分别连接交换处理器内部总线、路由处理器内部总线和外部共享总线。本实用新型与一般路由器不同的是，它有路由和交换两个控制模块和8个接口模块，可分别连接4个本地用户网和4个公网出口。
交换处理器由数字信号处理器、同步动态随机存取存储器以及只读存储器组成，它们通过内部总线连接在一起。总线处理器垮接在交换处理器内部总线和低端路由器外部共享总线之间，它将各接入端口提供的用于交换处理的各种信息通过内部总线交交换处理器进行处理，并根据交换处理器的处理结果，通过外部共享总线，在个接入端口间调度数据；路由处理器与交换处理器的结构基本相同，只是实现的功能不同。它也由数字信号信号处理器、同步动态随机存取存储器和只读存储器组成，它们通过内部总线连接在一起。总线处理器垮接在路由处理器内部总线和低端路由器外部共享总线之间，它将各接入端口提供的用于路由处理的各种信息通过内部总线交路由处理器进行处理，并根据路由处理器的处理结果，通过外部共享总线，在个接入端口间调度数据。
本实用新型的电路原理图如图3所示。交换处理器由数字信号处理器、同步动态随机存取存储器和只读存储器组成，通过DSP提供的一组32位数据、32位地址的总线连接在一起，并通过总线处理器与外部共享总线相连。DSP用于对交换信息的实时处理，SDRAM用于存储待处理的交换信息、信息处理结果以及DSP的各种工作状态，ROM用于存储DSP工作的程序和交换算法指令。路由处理器由数字信号处理器、同步动态随机存取存储器和只读存储器组成，它们通过DSP提供的一组32位数据、32位地址的总线连接在一起，并通过总线处理器与外部共享总线相连。DSP用于对路由信息的实时处理，SDRAM用于存储待处理的路由信息、信息处理结果以及DSP的各种工作状态，ROM用于存储DSP工作的程序和交换算法指令。总线处理器采用2片现场可编程逻辑阵列〔FPGA〕实现，分别连接交换处理器和路由处理器，可提供120根外部共享总线接口，完成总线数据的调度和处理，具体电路设计见图4-5中的U1、U4。交换处理器和路由处理器采用高速的数字信号处理器(DSP)实现，并各用一片同步动态随机存器存储器(SDRAM)与之配合，用于存储交换地址表、路由信息表、DSP处理所需的各种程序和变量等。如图6、7所示，交换处理器的数字信号处理器(DSP)U7、ROM U11、U12，RAM U9、U10接U1的口线SW ED0-ED31、EA2-5；路由处理器的数字信号处理器(DSP)U13、ROM U17、U18，RAM U15、U16接U2的口线RT ED0-ED31、EA2-5等。
本实用新型的工作过程包括以下步骤1、本地用户数据到达路由器接入端口，接入端口一边对数据进行缓存，一边通知路由和交换模块所到数据的有关信息，如源地址，目的地址、数据类型，服务质量要求等。
2、交换模块根据目的地址判断数据是发往公网的还是发往小区内其他子网的。如果是发给小区内另一子网用户的数据，则通过总线控制器，将数据直接从上一端口的接收缓冲区发到下一端口的发送缓冲区进行转发。如果是发往公网的，则由路由模块处理。
3、路由模块根据目的地址、源地址、数据类型，服务质量要求等信息，查询路由表，以最快的速度为用户分配公网出口，并对用户的业务进行优先排队，让实时业务尽快通过。当某一端口出现拥塞时，路由器可自动在公网端口间调配业务，均衡负载。来自公网的数据到达路由模块，路由模块根据目的地址为其选择子网接口，将数据从相应的公网接口取出，通过子网接口传给目的用户。
权利要求1.一种具有服务质量保证的低端路由器，它由总线处理器、交换处理器和路由处理器组成，其特征在于交换处理器和路由处理器独立双模块独立设置，内外总线隔离，总线处理器垮接在交换处理器内部总线和低端路由器外部共享总线之间，总线处理器处理具有与外部连接的接入端口。
2.根据权利要求1所述的具有服务质量保证的低端路由器，其特征在于总线处理器为两片现场可编程逻辑阵列(FPGA)，分别连接交换处理器内部总线、路由处理器内部总线和外部共享总线。
3.根据权利要求1所述的具有服务质量保证的低端路由器，其特征在于交换处理器由数字信号处理器(DSP)、同步动态随机存取存储器和(SDRAM)和只读存储器组成(ROM)，并通过内部总线连接。
4.根据权利要求1所述的具有服务质量保证的低端路由器，其特征在于路由处理器由数字信号处理器(DSP)、同步动态随机存取存储器和(SDRAM)和只读存储器组成(ROM)，并通过内部总线连接。
专利摘要一种具有服务质量保证的低端路由器,它由总线处理器、交换处理器和路由处理器组成,其中交换处理器和路由处理器独立设置,总线处理器垮接在交换处理器内部总线和低端路由器外部共享总线之间,总线处理器处理具有与外部连接的接入端口。本实用新型提高了低端路由器的处理速度,强化QoS质量保证机制;核心处理模块采用高性能数字信号处理器(DSP),它比CPU处理速度快,实时性强,是高性能交换和路由算法的理想平台,为QoS质量保证提供基础。总线处理器采用现场可编程逻辑阵列(FPGA),不仅可以模拟现有各种总线的功能,而且可以根据交换和路由模块的要求,提供附加功能,较现有固定总线模式的路由器灵活性强,扩展性好。
文档编号H04Q3/00GK2506044SQ0123329
公开日2002年8月14日 申请日期2001年8月16日 优先权日2001年8月16日
发明者马正新, 苏东 申请人:北京百年树人远程教育有限公司