专利名称：一种sgsn中ip分片包高速重组的装置和方法
技术领域：
本发明涉及的是WCDMA(宽带码分多址)移动通信系统，具体涉及的是核心网SGSN(服务通用分组无线业务支持节点)设备数据面的IP分片数据包高速处理的装置和方法。
背景技术：
SGSN是WCDMA核心网PS(分组)域功能节点，SGSN提供核心网与无线接入系统BSS(基站子系统)、RNS(无线网络子系统)的连接，它通过Iu_PS(SGSN与RNS之间接口简称)接口与UTRAN(通用移动通信系统的陆地无线接入网络)相连。通过Gn/Gp(SGSN与GGSN之间的接口简称)接口与GGSN(网关GPRS支持节点)相连。SGSN的主要功能是提供PS(分组交换域)域的路由转发移动性。SGSN完成分组型数据业务的移动性管理、会话管理等功能，管理MS(移动台)在移动网络内的移动和通信业务，并提供计费信息。
GTP-U(GPRS隧道协议用户面)用来在给定的GTP-U隧道端点对之间传送用户数据和GTP-U信令消息。隧道的建立和维护是由GTP-C(GPRS隧道协议控制面)控制平面完成的，GTP-U用户平面负责管理用户数据的传输和一些管理数据传输的信令。由于GTP-U用户平面的数据量很大，为此选用了网络处理器来实现数据包的转发处理。网络处理器对分组数据的高速处理特性使其适合于数据平面实现，但是在处理大流量的IP分片数据包时，由于分片包的大小不一，到达处理器的顺序不一致，这就需要处理器能够缓存到达的每个分片包，但是网络处理器作为一种嵌入式处理器，存在着缓存小，计算能力弱的特点，导致IP包的分片重组功能实现起来十分困难，这样网络处理器无法完全满足用户平面的需要。
为了能够克服其资源缺乏的弱点，可以使用通用处理器来实现分片数据包的重组功能，网络处理器负责将接收到的分片包转发给通用处理器，但是两者之间就需要一条高速通道，而通用处理器和网络处理器之间通常使用的是PCI总线，这种总线的传输速率以兆为单位，它只适合于传送一些控制信息，对于需要大数据量的高速传输，也就是数据面实现是不合适的。为实现两个处理器之间的高速数据转发，迫切需要一种新的连接传送方式来实现IP包分片重组功能。
发明内容
本发明目的在于提供一种SGSN中IP分片包高速重组的装置和方法，大大提高SGSN设备的大流量分片数据包的处理能力和速度。
本发明的技术方案是一种SGSN中IP分片包高速重组的装置，其特征在于它包括网络处理器、通用处理器和PCI总线，网络处理器由CP(通道处理器)、XP(执行处理器)、FP(交换处理器)构成，而通用处理器中的两个接口分别为PCI总线和HT(高速传输)接口；其中网络处理器的XP与通用处理器的PCI接口互连，网络处理器的FP与通用处理器的HT接口互连。
一种SGSN中IP分片包高速重组的方法，其特征在于使用网络处理器和通用处理器组成硬件系统；网络处理器由CP、XP、FP构成，而通用处理器中的两个接口分别为PCI和HT；其中网络处理器的XP与通用处理器的PCI接口互连，网络处理器的FP与通用处理器的HT接口互连；由FP将IP分片包分割成信元，高速交换到HT接口，再由HT接口传送到通用处理器进行IP包的重组或者是分片。
如上所述的SGSN中IP分片包高速重组的方法，其特征在于将IP分片包按照FP的交换信元格式来进行分割，在每个分割的信元加上信元头部，然后通过交换处理器交换到HT接口的对应端口，按照信元头部的格式字段进行排队重组，将每个信元重组成原始的IP分片包，在交由通用处理器处理。通用处理器对IP分片包在进行一次IP包的重组，由此完成IP分片包的高速重组处理。
本发明的原理是该方法采用NP(网络处理器)中的FP处理器来实现高速数据转发功能，FP是网络处理器中负责信元交换的一个处理器，其交换速度最高可达0C-48。FP原来的设计目的是作为信元交换接口，可以和外部交换矩阵互连的一个高速网络接口，因此可以配置成多种交换格式。FP的高速交换能力使得其可以与HT接口的传输速度匹配，这样就可以通过FP接口和HT接口互通，然后HT接口再和通用处理器互连。这就达到了在网络处理器和通用处理器之间的高速数据转发的目的。
因为FP接口是为信元交换准备的，为了让IP包通过FP接口，需要使用自定义的信元分组格式将分片包划分为信元，这样FP接口可以将原始的IP分片包识别成一个个信元，然后就可以使用FP规定的交换程序将信元交换到HT接口，通用处理器从HT接口接收到信元后，按照信元到达顺序将其排队，直到一个分组的所有信元都接收完整后，然后将每个信元中的净荷组合成原始的IP分片包，并转发给通用处理器处理。通用处理器接着缓存接收到的IP分片包，并按照序列号进行排队，然后开始计时，一旦在规定时间内收到了所有的IP分片包，就对其进行重组为一个完整的IP数据包，否则就丢弃所缓存不完整的分片数据包。然后将重组后的IP包发送至HT接口，HT接口也按照与FP协商好的信元分组格式将数据包进行信元分割，然后交换到FP端口，FP此时通过查询自定义的路由表决定将信元转送到处理IP包的CP中，由此完成网络处理器对GTP-U协议栈的处理。
本发明的有益效果通过对FP处理器采取这样的连接方式，可以有效解决网络处理器在处理IP分片包时受到的资源限制问题，同时，通过通用处理器的大容量缓存和高速的查找算法，可以使得对分片包的处理速度与网络处理器的处理速度相匹配，从而达到GTP-U协议栈的高速处理要求。
图1是本发明的高速重组的装置实施例结构图。
图2是本发明的FP数据流向图。
图3是本发明IP分片包经FP分组流程图。
图4是本发明分组信元经FP重组流程图。
具体的实施方式下面结合附图详细描述本发明。
图1是高速重组的装置实施例结构图。本发明中所涉及的硬件系统是由一块板卡构成，其中板卡上的处理器分别为通用处理器和网络处理器NP。通用处理器中的两个接口分别为PCI32和HT，而网络处理器则由CP、XP、FP构成，其中XP与通用处理器的PCI接口互连，此接口作为低速通道，主要是传输一些通用控制信息。而FP则是交换处理器，原本是与另外的交换矩阵互连，用来进行高速信元交换，在本发明中则与外部的HT接口互连，通过HT接口在与通用处理器的HT接口相连，此通道即为本发明中的IP数据包高速传输通道。硬件系统由网络处理器(NP)100、执行处理器(XP)101、通到处理器(CP)102、交换处理器(FP)103、高速传输接口控制器(Hyper Transport IFC)104、HT接口105、通用处理器(MIPS64)106、PCI总线107组成。
对应于本发明描述的情况，网络处理器100拥有GBE(千兆以太网)接口和ATM(异步传输模式)接口，每个接口的数据由CP102负责接收并进行处理。当GTP-U协议栈分组数据中存在分片包时，CP102会将收到的IP分片数据包转发给FP103处理，FP103此时会按照本发明中定义的信元分组格式对IP分片包进行信元分割，并通过高速传输接口控制器104发送到HT接口，HT接口会将收到的信元去掉信元头部，将每个信元的PDU(协议数据单元)保存并重组成IP分片包，然后交由通用处理器106进行分片包重组处理。
图2是对应本发明的FP分片数据流向图。当外部网络送来的分组数据经过GBE接口200和ATM部分205处理后，如果发现是IP分片包，则会将此数据包转发到FP处理器201的19号端口，FP处理器将此IP分片包分割成自定义格式的信元后，在送往HT接口202。HT接口接收到FP信元，会送往HT SAR(分片重组)协议栈203，进行FP信元的重组处理，然后形成了原始的IP分片数据。此分片数据在送往通用处理器204进行分片数据的重组。重组后的IP数据包又通过HT SAR层处理，再次分割成FP所要求的信元格式，然后交由HT接口的驱动程序发送到FP的18号端口，FP接收到分组信元后，会去掉自定义的信元头部，将信元中的PDU部分抽取出来，形成完整的IP数据包，然后在送往GTPU协议栈处理。处理后的GTPU包再次沿着FP处理器的传输路径送往通用处理器进行分片处理成IP分片包，然后在将此分片数据包通过FP发送到不同的网络接口进行处理。
图3是对应本发明的IP分片包经FP分组流程图。FP是为了进行信元交换而设计的处理器，为了能够使用FP的高速交换性质，不能直接将IP分片包交由FP交换，而必须将IP分片包按照自定义的信元分组格式，将IP包分割成一个个信元，这时FP才能将信元交换到主机处理器的HT接口。自定义的信元分组大小为64字节，包含8字节的信元头部，此头部的定义格式如下表所示
表1交换结构信元分组头部格式分组格式固定使用8字节包头，用户净荷填充到净荷域，每个分组可以使用56字节的净荷域。其中的BOM(开始信元)代表是所属IP分片包的第一个分割信元。EOM(结束信元)代表是最后一个分割信元。
FP处理器先进行初始化步骤300，主要是初始化一些寄存器数据，以便当IP分片包送到FP后，FP可以对其进行处理。当FP完成300初始化步骤后，则进入等待数据状态301，一旦在此过程中收到了一个IP分片包，则会进入步骤302，在此步骤中判断TX(发送)状态寄存器，看当前的TX发送单元是否可用。在步骤303中，如果当前发送单元可用，则进入发送步骤304，否则，则仍然返回到302中继续等待可用的TX发送单元。
在步骤304中，首先要为IP分片包的第一个信元分组添加信元头部的第一个字节0xC4，进入步骤305后，发送信元头部第二个字节0x38，表示当前信元的净荷长度为58个字节，这个长度对每个信元都是固定的。进入步骤306后，发送信元头部第三个字节0x00，表示当前信元所属类别。进入步骤307后，读取TX状态寄存器中信元发送顺序状态内容，在步骤308中，按照信元头部第四个字节的当前信元顺序字段要求，填充BOM或者是EOM字段，然后发送信元头部的第四个字节。进入步骤309后，发送信元头部第五和第六个字节，即当前信元所属的PDU ID和发送端口信息。进入步骤310后，发送信元头部第七八字节，表示当前信元的所属的IP分片包的长度。在步骤311中，将发送scope(当前处理机)切换给下一个处理器单元，步骤312中，进入继续等待分片包状态。
图4是对应本发明分组信元经FP重组流程图。
FP处理器先进入步骤400，即等待数据状态，一旦在此过程中收到了来自于通用处理器HT接口的信元，则会进入步骤401，在此步骤中判断RX(接收)状态寄存器，看当前的接收单元是否可用。在步骤402中，如果当前接收单元可用，则进入接收步骤403，否则，则仍然返回到401中继续等待可用的RX接收单元。
在步骤403中，首先接收第一个信元的头部的第一个字节0xC4，进入步骤404后，接收信元头部第二个字节0x38，表示当前信元的净荷长度为58个字节，这个长度对每个信元都是固定的，接着接收信元头部第三个学节0x00，表示当前信元所属类别。进入步骤405后，读取信员头部的第四个字节，即当前信元发送顺序状态，并将当前状态信息保存到FP控制空间寄存器，用于后续的信元重组顺序信息指示。在步骤406中，读取信元头部的第五和第六个字节，即当前信元所属的PDU ID和发送端口信息，保存到FP的控制空间寄存器，用于后续信元重组排队的指示信息。进入步骤407后，判断当前接收信元是否为同一IP包的第一个信元，即BOM，如果是，则读取接收信元头部第七八字节，表示当前信元的所属的IP包的长度，并保存以供后续重组时使用，并在步骤408中，在Extract Space(提取信息存储空间)中填入接收端口号，在步骤409中，将当前信元的PDU ID填入Extract Space，这两个信息是用于后续的信元重组后的查表处理。如果在步骤407中，当前信元不是BOM，则可以忽略后续的字节处理，直接将接收到的信元保存，然后在步骤410中，将接收scope切换给下一个处理器单元，步骤411中，进入继续等待分组信元状态。
以上结合实例对本发明作了说明，应指出，本领域技术人员可以做出各种形式的和细节上的改变，而不偏离由所附权利要求所确定的本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种SGSN中IP分片包高速重组的装置，其特征在于它包括网络处理器、通用处理器和PCI总线，网络处理器由通道处理器CP、执行处理器XP、交换处理器FP构成，而通用处理器中的两个接口分别为PCI总线接口和高速传输接口HT；其中网络处理器的XP与通用处理器的PCI接口互连，网络处理器的FP与通用处理器中HT接口互连。
2.一种SGSN中IP分片包高速重组的方法，其特征在于使用网络处理器和通用处理器组成硬件系统；网络处理器由CP、XP、FP构成，而通用处理器中的两个接口分别为PCI和HT；其中网络处理器的XP与通用处理器的PCI接口互连，网络处理器的FP与通用处理器的HT接口互连；由FP将IP分片包分割成信元，高速交换到HT接口，再由HT接口传送到通用处理器进行IP包的重组或者是分片。
3.如权利要求2所述的SGSN中IP分片包高速重组的方法，其特征在于将IP分片包按照FP的交换信元格式来进行分割，在每个分割的信元加上信元头部，然后通过交换处理器交换到HT接口的对应端口，按照信元头部的格式字段进行排队重组，将每个信元重组成原始的IP分片包，在交由通用处理器处理。通用处理器对IP分片包在进行一次IP包的重组，由此完成IP分片包的高速重组处理。
全文摘要
一种SGSN中IP分片包高速重组的装置和方法，其特征在于使用网络处理器和通用处理器组成硬件系统；网络处理器由CP、XP、FP构成，而通用处理器中的两个接口分别为PCI和HT；其中网络处理器的XP与通用处理器的PCI接口互连，网络处理器的FP与通用处理器的HT接口互连；由FP将IP分片包分割成信元，高速交换到HT接口，再由HT接口传送到通用处理器进行IP包的重组或者是分片。本发明通过结合网络处理器处理数据快和通用处理器缓存计算资源丰富的优点，克服了网络处理器缓存资源小，无法进行多个数据包的缓存处理的弱点，将数据包高速转发给通用处理器处理，同时通用处理器的缓存容量可以保证处理二者速度的匹配，大大提高了SGSN设备的处理能力和速度。
文档编号H04L12/56GK1710883SQ20051001841
公开日2005年12月21日 申请日期2005年3月21日 优先权日2005年3月21日
发明者靳辉, 郑亮 申请人:北京北方烽火科技有限公司