专利名称：一种基于fpga的3g链路atm信元识别重组处理系统及方法
技术领域：
本发明涉及网络通信技术领域，具体涉及3G网络中链路层ATM网络适配层的 ATM信元识别及重组。
背景技术：
随着3G通信技术的发展，通信网络能提供多种类型、高质量的多媒体业务， 满足全球漫游能力，任何地点任何时间进行任何种类的通信。ATM技术融合了分 组交换的高效率与电路交换的高速率的优点，支持语音、数据、视频多种业务应 用。
基于ATM的优势，在3G网络中采用了异步传输模式(ATM)技术，其核心网(CN) 与无线网络控制器(RNC)之间的Iu接口， RNC之间的Iur接口， RNC与基站间的Iub 接口均采用了ATM技术，根据不同的业务，分别采用了ATM适配层类型2 (AAL2) 和ATM适配层类型5 (ML5)封装。在采集3G链路数据时，必须对ATM信元类型进 行识别，才能正确的重组，然后送给网络高层进行进一步的分析。因此在3G数据 采集设备中，对ATM信元适配类型进行识别变得尤为重要。传统的ATM适配层类型 识别在高层通过软件的方式来实现，这样执行的速度慢，增大开销，实时性不能 满足网络测试需求。因此，有必要设计一种纯硬件实现的快速识别适配层类型并 进行重组处理的系统。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术3G网络中ATM适配层类型识别时 执行速度慢，开销大，实时性不能满足网络测试需求的缺陷，基于现场可编程门 阵列(FPGA)设计一种3G链路ATM信元识别和处理系统，提高处理速度，给系统 更大的弹性和适用性。
本发明解决上述问题的技术方案是提供了一种基于FPGA的3G链路ATM信元识别和处理系统。实现从物理层芯片接受ATM信元并解包和从应用层发送数据到物 理层芯片的过程。该信元识别和处理系统包括接收模块，査找模块，ML2重组 模块，AAL5重组模块，发送模块，虚通道标志/虚通路标志(VPI/VCI)表。
VPI/VCI表存储VPI/VCI和ATM信元适配类型之间的对应关系，预先由应用层 指定；接收模块接收物理层的ATM信元，提取ATM信元头部的VPI/VCI;查找模块 根据接收模块提取的VPI/VCI，在VPI/VCI表中査找与ATM信元相应的AAL适配类 型，根据VPI/VCI的ML类型属于AAL2或AAL5送入相应的AAL2重组模块或ML5重组 模块对ATM信元进行处理，如果在VPI/VCI表中未査找到与ATM信元头部的VPI/VCI 相适应的适配类型，将ATM信元送入ML2重组模块进行处理；AAL2重组模块根据 接收模块提供的VPI/VCI，按照AAL2标准对ATM信元进行解码处理得到信息帧并 进行校验，ML5重组模块根据接收模块提供的VPI/VCI，按照ML5标准对ATM信 元进行解码处理得到信息帧并进行校验；发送模块将经AAL2重组模块和AAL5重组 模块重组后得到的信息帧填充完整后通过PCI接口发送到应用层。
所述AAL2重组和校验具体包括，AAL2重组模块根据起始域STF中的偏移段提 取公共部分子层分组CPS- Packet,对CPS-Packet进行HEC校验，根据起始域STF 中的标识位对公共部分子层协议数据单元CPS-PDU进行奇偶校验。所述ML5重组 和校验具体包括，AAL5重组模块对接收的ATM信元进行重组，形成公共部分汇聚 子层协议数据单元CPCS-PDU，对整个CPCS-PDU进行CRC校验。为保证数据校验的 正确性AAL2重组模块和ML5重组模块可对数据进行两次ML2校验或ML5校验，两 次校验均通过时则判决为与之相应的类型。所述ML2校验采用奇偶校验和信头差 错控制HEC校验。所述ML5校验采用循环冗余校验CRC校验，对经过AAL5重组后的 CPS-PDU进行CRC校验。
对于在查找模块中未找到与之相适应ML类型的ATM信元，送入ML2重组模块 后，ML2重组模块将其适配类型标识为ML2，按照ML2标准进行重组并进行ML2 校验，校验通过则提示应用层更新VPI/VCI表，提交信息帧，校验未通过则将所述ATM信元的ML类型标识为ML5，按照ML5标准进行重组和校验，如校验通过， 提示应用层更新VPI/VCI表，提交信息帧，否则丢弃该ATM信元。
本发明采用以上技术方案，基于FPGA实现，完成3G网络链路ATM适配类型识 别，信元的重组。能够提高系统处理速度，给系统更大的弹性和适用性。由于FPGA 资源的限制，VPI/VCI表可根据网络实际情况进行配置，这样可以对3G链路进行 信元识别，满足数据采集处理实时性的要求。本发明用于ATM数据采集处理的装 置中，实现信元的识别，并完成用户信息的重组。
图l根据本发明设计的链路ATM信元识别及重组系统原理框图 图2本系统工作处理流程图 图3 VPI/VCI表中的信息存储格式 图4 ATM信元格式的方框图 图5 ML2中信息包CPS-Packet的格式 图6 ML2中信息CPS-PDU的格式 图7 AAL5中信息包CPCS-PDU的格式 图8提交给应用层的数据帧的格式 图9 3G链路ATM信元识别及重组流程图
具体实施例方式
下面参考附图对本发明的实施进行清楚说明，本发明采用纯硬件的FPGA方 式，实现3G链路ATM信元识别和重组。
图1所示为本发明基于FPGA的3G链路ATM信元识别及重组系统原理框图。该系 统包括以下功能模块接收模块、AAL2重组模块、ML5重组模块、发送模块、 VPI/VCI表。接收模块从物理层芯片接收ATM信元数据，将接收的ATM信元放在一 个信元缓冲区中，提取ATM信元头部的VPI/VCI。其中的査找单元根据ATM信元的 VPI/VCI对在VPI/VCI表中查找相应的适配层类型，判断其适配类型属于AAL2或AAL5，并根据所属的适配类型分别送入相应的ML2重组模块或AAL5重组模块， AAL2重组模块按照ML2标准对ATM信元进行解码处理，AAL5重组模块按照AAL5标 准对ATM信元进行解码处理，处理完后由发送模块通过PCI接口总线发送到应用 层。解码处理具体是提取公共部分子层一分组数据包(CPS-PACKET)和VPI/VCI 信息，通过PCI接口提交给应用层处理。
在系统中由FPGA维护有一张VPI/VCI表，该VPI/VCI表存储有ATM信元的 VPI/VCI和与之相应的信元适配类型，根据ATM协议，VPI/VCI的取值为0 4095 (NNI)或0 255 (UNI) ， VCI的取值为0 65535，在识别为AAL2类型时信道标识 符CID的取值为1 255。该VPI/VC,I表具有更新功能，应用层通过预设可对此表进 行更新。
查找单元根据接收模块提取的VPI/VCI对，采用哈希表査找算法在VPI/VCI 表中查找与之相应的ML的类型。根据查找结果，对ML2类型的ATM信元，送入ML2 重组模块按照AAL2进行重组，对ML5类型的ATM信元，送入ML5重组模块按照AAL5 进行重组，对于在VPI/VCI表中没有査找到相应类型的ATM信元，直接送入ML2
重组模块进行处理。
AAL2重组模块，对送入ML2重组模块的ATM信元按照ML2标准进行重组，重 组的内容主要包括，从公共部分子层协议数据单元CPS-PDU中提取出公共部分子 层数据包CPS-PACKET,再次从CPS-PACKET中提取CPS-PACKET净荷CPS-PP，将从ATM 信元头部提取的VPI/VCI中的CID参数和CPS-PACKET净荷CPS-PP重组后提交信息 帧。对不是AAL2类型的ATM信元，按照AAL2进行重组，重组后进行AAL2校验，如 果通过校验，则识别其为AAL2类型，重组后向发送模块提交信息帧，通知应用层 是否更新VPI/VCI表。
AAL5重组模块，对送入AAL5重组模块的ATM信元按照ML5标准进行重组，重 组后进行AAL5校验，如果通过校验，则识别其为AAL5类型，提取VPI/VCI参数， 和CPCS-PDU净荷，然后提交信息帧，通知应用层是否更新VPI/VCI表，如校验仍失败则丢弃该ATM信元。
图2为本发明系统工作流程图。
S101:检测物理层信息，数据接收模块接收ATM信元，提取ATM信元中的信道参数VPI/VCI对，发送给数据査找单元；
S102:根据数据接收模块中提取的VPI/VCI对，在VPI/VCI表中査找ATM信元
负载类型对应的适配类型，根据找到的适配类型发送给相应的处理模块；对于没有找到对应适配类型的ATM信元发送给AAL2重组模块；
S103:当査找模块査找到接收的ATM信元负载类型为ML2时，送入ML2重组模块按照AAL2进行重组，即进行解码处理，提取相关参数，向发送模块提交信息帧；对于在VPI/VCI表中没有找到对应适配类型的ATM信元按照AAL2进行重组，重组后进行ML2校验，在校验通过的情况下，识别AAL的类型为ML2，向发送模块提交信息帧，通知应用层是否更新VPI/VCI表；
S104:当查找模块査找到接收的ATM信元负载类型为AAL5时，送入AAL5重组模块按照ML5进行重组，即进行解码处理，提取相关参数，向发送模块提交信息帧。对于在ML2重组模块中进行AAL2校验失败的ATM信元，送入AAL5重组模块按照AAL5进行重组，然后进行ML5校验，当校验通过后，识别接收的ATM信元负载类型为AAL5，提取相关参数，提交信息帧，通知应用层是否更新VPI/VCI表。如进行AAL5校验失败则丢弃该ATM信元；
S105:当ML2重组模i央对ATM信元进行自适应处理进行AAL2校验失败后，则将该ATM信元传送给AAL5重组模块；
S106、 S107:当ATM信元按照ML2、 AAL5进行重组，校验正确后，将数据帧发送出去，当在VPI/VCI表中没有査找到从该ATM信元中提取的VPI/VCI时，按照设置更新VPI/VCI表。返回S101,重新从物理层接收ATM信元；
AAL2重组模块对ATM信元进行AAL2校验处理采用奇偶校验和HEC校验。ML5重组模块对ATM信元进行ML5校验处理采用CRC校验。为保证校验正确性，AAL2和ML5的校验次数可分别采用两次。
对被判决为AAL2适配类型的ATM信元，或在VPI/VCI查找表中未找到适配类型的信元进行ML2校验，对通过AAL2校验的发送命令提示应用层更新VPI/VCI表，并提交信息帧，在未通过ML2校验时将ATM信元类型标示为AAL5，并送入AAL5重组模块进行解码处理，并进行ML5校验，如果通过校验，发送命令提示应用层更新VPI/VCI表，提交信息帧，否则丢弃信元。
系统通过FPGA维护VPI/VCI表，用来査找对应的适配类型，VPI/VCI表的格式如图3所示，VPI/VCI表可以根据设置进行更新。VPI/VCI表为37位，前面28位为ATM适配类型，确定适配类型是ML2或ML5，当确定为ML2类型时，再确定信道标识CID，查询属于哪一个信道。由于采用FPGA的方式实现，资源有限，故可以对VPI/VCI表縮减使用，如只使用低位或高位有效位。
图4所示为ATM信元格式方框示意图，分别示出UNI接口的ATM信元和NNI接口的ATM信元的结构示意图，包括数据单元VPI、 VCI、 GFC、 PTI、 CLP、 HEC以及负载单元。
图5所示为ML2中信息包CPS-Packet的格式，其中字段标识及占用比特数如
下信道标识符CID: 8 bit,长度指示LI: 6 bit，用户到用户指示UUI: 5 bit，
头部错误校验HEC: 5 bit, CPS-INFO信息l-45字节。
图6所示为AAL2中信息CPS-PDU的格式，其中字段标识及占用比特数如下起始域0SF: 6 bit,系列号SN: 1 bit,就校验位P: 1 bit,填充域PAD: 0—47字节。
图7所示为ML5中信息包CPCS-PDU的格式，其中字段标识及占用比特数如下填充字节PAD: 0—47字节，用户到用户指示CPCS-UU: l字节，公共部分指示CPI: l字节，CPCS—SDC的长度2字节，循环冗余校验CRC: 4字节。
AAL2重组模块和AAL5重组模块根据上述字段标识对ATM信元进行相应的重组、校验、ML类型标识等操作。
9图8为根据本发明，数据重组完毕检测无误后数据发送时信息格式，包含了相应的信道信息VPI/VCI， CID, UUI， Length,用户信息。本结构是根据AAL2和AAL5的特征自己定义的一种帧结构，首部的四个字节标识VPI/VCI的值，第五个字节标识CID的值，第六个字节标识UUI信息，第六和第七个字节标识本数据单元净荷的长度，从第八个字节开始即为数据净荷开始。
图9为本发明ATM信元识别及重组的数据处理流程图。
3G数据链路ATM信元适配类型识别运用了ATM适配层的校验原理。当接收到ATM信元时首先提取参数VPI/VCI，在VPI/VCI表中对提取的参数VPI/VCI进行适配类型査找，根据查找结果对ATM信元进行ML2或AAL5重组，先按照ML2进行重组，当ATM信元剥去信头的5个字节时便形成48个字节的公共部分子层协议数据单元CPS-PDU，根据起始域STF中的P标识位对CPS-PDU进行奇偶校验并检査传输是否错误，然后根据STF域中的偏移段OSF字段确定CPS-PDU中的第一个CPS- Packet的位置，从而提取到公共部分子层分组CPS-Packet，再对CPS-Packet进行HEC校验，校验两次均正确则认定为AAL2类型；如果通过HEC校验后判断为不是ML2类型，则对CPS-PDU按照ML5标准进行重组，形成公共部分汇聚子层协议数据单元CPCS-PDU， CPCS-PDU由多个CPS-PDU对接而成，最后一个CPS-PDU由PTI的最低位确定，若为<1'则是最后一个CPS-PDU，否则不是。然后对整个CPCS-PDU进行CRC校验，若校验结果为<0'，则校验正确，校验两次均正确则认定为AAL5类型，形成相应的信息帧，发送出去，并fe据设置请求应用层更新VPI/VCI表。
本发明基于FPGA实现，完成3G网络链路ATM适配类型识别，信元的重组。提供的3G链路ATM信元识别和重组处理系统，可以应用到相应的通信设备、3G测试仪表，实现信道识别。
权利要求
1、一种基于FPGA的3G链路ATM信元识别和重组处理系统，包括接收模块、查找模块、VPI/VCI表、AAL2重组模块、AAL5重组模块，其特征在于，接收模块接收物理层ATM信元，提取ATM信元头部的VPI/VCI，查找模块根据提取的VPI/VCI，在VPI/VCI表中查找ATM信元的AAL类型，根据查找到的AAL类型送入相应的AAL2重组模块或AAL5重组模块，AAL2重组模块对接收到的ATM信元按照AAL2标准进行重组及AAL2校验，AAL5重组模块对接收到的ATM信元按照AAL5标准进行重组及AAL5校验，经过校验后提交信息帧。
2、 根据权利要求1所述的3G链路ATM信元识别和重组处理系统，其特征在于， 如査找模块在VPI/VCI表中未找到与接收的ATM信元相适应的ML类型，将所述ATM 信元送入ML2重组模块，并将其类型标识为ML2，按照ML2标准重组并进行AAL2 校验，通过校验则提示应用层更新VPI/VCI表，提交信息帧，校验未通过则将类 型标识为AAL5，送入ML5重组模块，ML5重组模块对其按AAL5标准重组，并进行 AAL5校验，如通过校验，提示应用层更新VPI/VCI表，提交信息帧，否则丢弃信 元。
3、 根据权利要求1或2所述的3G链路ATM信元识别和重组处理系统，其特征在 于，所述AAL2重组和校验具体包括，ML2重组模块根据起始域STF中的偏移段提 取公共部分子层分组CPS- Packet,对CPS-Packet进行HEC校验，根据起始域STF 中的标识位对公共部分子层协议数据单元CPS-PDU进行奇偶校验。
4、 根据权利要求1或2所述的3G链路ATM信元识别和重组处理系统，其特征在 于，所述ML5重组和校验具体包括，AAL5重组模块对接收的ATM信元进行重组， 形成公共部分汇聚子层协议数据单元CPCS-PDU，对整个CPCS-PDU进行CRC校验。
5、 一种基于FPGA的3G链路ATM信元识别和重组处理方法，其特征在于，接收 模块接收物理层ATM信元，提取ATM信元头部的VPI/VCI，査找模块根据提取的VPI/VCI，在VPI/VCI表中查找ATM信元的ML类型，根据査找到的ML类型送入相 应的AAL2重组模块或ML5重组模块，ML2重组模块对接收到的ATM信元按照AAL2 标准进行重组及AAL2校验，ML5重组模块对接收到的ATM信元按照AAL5标准进行 重组及AAL5校验，经过校验后提交信息帧。
6、 根据权利要求5所述的3G链路ATM信元识别和重组处理方法，其特征在于， 如查找模块在VPI/VCI表中未找到与接收的ATM信元相适应的ML类型，将所述ATM 信元送入ML2重组模块，并将其类型标识为ML2，按照ML2标准重组并进行AAL2 校验，通过校验则提示应用层更新VPI/VCI表，提交信息帧，未通过校验则将其 AAL类型标识为ML5，送入AAL5重组模块，AAL5重组模块对其按AAL5标准重组， 并进行AAL5校验，如通过校验，提示应用层更新VPI/VCI表，提交信息帧，否则 丢弃信元。
7、 根据权利要求5所述的3G链路ATM信元识别和重组处理方法，其特征在于， 所述AAL2重组和校验具体包括，AAL2重组模块根据起始域STF中的偏移段提取公 共部分子层分组CPS- Packet,对CPS-Packet进行HEC校验，根据起始域STF中的 标识位对公共部分子层协议数据单元CPS-PDU进行奇偶校验。
8、 根据权利要求5所述的3G链路ATM信元识别和重组处理方法，其特征在于， 所述ML5重组和校验具体包括，ML5重组模块按照AAL5标准对接收的ATM信元进 行重组，形成公共部分汇聚子层协议数据单元CPCS-PDU，对整个CPCS-PDU进行CRC 校验。
全文摘要
本发明公开了一种基于3G链路的ATM信元识别和重组处理系统及方法，属于通信技术领域。本发明根据接收模块提取的VPI/VCI，在VPI/VCI表中查找ATM信元的AAL类型，根据查找到的AAL类型送入相应的AAL2重组模块或AAL5重组模块，对其进行重组及校验，AAL2重组模块对接收到的ATM信元按照AAL2标准进行重组及校验，AAL5重组模块对接收到的ATM信元按照AAL5标准进行重组及校验，并提交给网络应用层进行相应处理。本发明提供的3G链路ATM信元识别和重组处理系统，可以应用到相应的通信设备、3G测试仪表，实现信道识别。
文档编号H04L1/00GK101488834SQ200910103099
公开日2009年7月22日 申请日期2009年1月20日 优先权日2009年1月20日
发明者张治中, 朱志亮, 邱绍峰, 郭晓金, 雒江涛, 俊 黄 申请人:重庆邮电大学