专利名称：基于并行架构的嵌入式移动IPv4/v6转换网关装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种网关，具体涉及一种基于并行架构的嵌入式移动IPv4/v6转 换网关装置。
背景技术：
随着网络技术的发展和网络规模的扩大，IPv4(Internet Protocol version 4) 已经不能满足网络发展的要求。IPv6 (Internet Protocol version 6)作为IPv4的替代版 本，能够提供巨大的地址空间，并具有许多IPv4所不具备的新特性，受到了越来越多的重 视。由于我国拥有的IPv4地址数量很少，地址枯竭的问题尤为突出，我国正大力推进IPv6 的研究和发展。另一方面，随着人们对移动通信需求的日益增加，对移动通信的研究也达到 了前所未有的高度。移动通信是互联网承载的最为重要的应用，为了解决移动通信的问题，人们引入 了 MobileIP(简称“移动IP”)技术。Mobile IP技术的一个显著特点是移动节点的移动对 于网络层上所承载的应用具有透明性。简单地说，就是移动节点在不同的网络之间移动，传 输层及传输层以上的应用都不必改变通信的源地址和目的地址，从而保持通信的连续性。目前，IETF已经颁布了 IPv4网络承载移动通信(以下简称“移动IPv4”)的解决 方案RFC3344和IPv6网络承载移动通信(以下简称“移动IPv6”)的解决方案RFC3775。但 RFC3344只是适合IPv4网络，RFC3775只是适合IPv6网络，两者都不能作为IPv4和IPv6 的混合网络(以下简称“IPv4/v6混合网络”)承载移动通信(以下简称“移动IPv4/v6”) 的解决方案。IPv4向IPv6过渡是一个长期的过程。在过渡期，互联网是一个IPv4/v6混合网 络。目前，解决混合网络中的互连技术主要有双栈技术、隧道技术以及NAT-PT技术。其中， NAT-PT技术无需对现有主机进行任何改变，因为进行地址协议转换都是在具有NAT-PT功 能的网关上进行；除要求网关配置NAT-PT功能外，其无需对现有网络进行任何改变就可实 现IPv4/v6混合网络中的相互通信。作为混合网的过渡技术之一，NAT-PT技术最大限度地 保护了现有运营商的利益，已经成为网络边缘互通的主要部署手段。网关，即Gateway，又称网间连接器、协议转换器。网关在传输层以上实现网络互 连，是最复杂的网络连接设备，仅用于两个高层协议不同的网络互连，既可以用于广域网互 连，也可以用于局域网互连。网关是本地网络的标记，也就是说数据从本地网路跨过网关， 就代表走出该本地网络。所以，网关也是不同网络(不同协议或者不同大小的网络)间的 通信设备。它能将局域网分割成若干网段、互连私有广域网中相关的局域网以及将各广域 网互连而形成因特网。随着互联网上混合网络环境愈来愈复杂、异构网络愈来愈多、网速愈来愈快，网关 承担的任务也愈来愈繁重，目前单CPU架构的网关已经力不从心，以至网关常常成为网络 拥塞的主要瓶颈。而在大吞吐数据处理环境下，单纯地提高单个处理器的运算能力和处理 能力正变得越来越难。因此，研制多CPU、适合并行处理架构的网关成为提高网关设备处理
3能力和数据吞吐量的有效途径。鉴于上述原因，考虑开发大型专用计算机系统的软硬件费用较大等因素，本实用 新型应用NAT-PT技术，提出一种通过多CPU并行处理来实现移动IPv4/v6转换的嵌入式网 关装置。该装置充分利用嵌入式系统的优势，采用商用程度极高的通用嵌入式处理器ARM， 围绕网关设备的需求，构建最小系统。在控制设备成本的同时，使得该装置具有优越性能， 即除能够完成一般网关的路由转发任务外，它还能够完成移动IPv4/v6转换，从而保证移 动节点在IPv4/v6混合网络中的通信，提高网关设备处理能力和数据吞吐量。此外，该装置 还能够简单地利用模块数量的增减来实现网关性能的选择以适应实际网络环境。
发明内容本实用新型提出一种基于并行架构的嵌入式移动IPv4/v6转换网关装置，该装置 在控制设备成本的同时，保证了移动节点在IPv4/v6混合网络中的通信，提高了网关设备 处理能力和数据吞吐量，并且能够简单地利用模块数量的增减来实现网关性能的选择以适 应实际网络环境。见图1，基于并行架构的嵌入式移动IPv4/v6转换网关装置，其特征在于，包括多 层交换的包处理器(1)、物理层接口(2) (3)、双倍速率同步动态随机存储器(4) (5) (6)、桥 接模块(7) (24) (25) (26) (27)、嵌入式处理器(8) (9) (10) (11)、闪存(12) (13) (14) (15)、同 步动态随机存储器(16) (17) (18) (19) (20) (21) (22) (23)、电源模块(28)；其中，物理接口 (2)、(3)分别与多层交换的包处理器(1)相连接，双倍速率同步动态随机存储器(4)、(5)、 (6)分别与多层交换的包处理器(1)相连接，多层交换的包处理器(1)通过桥接模块(7) 与高速PCI总线相连接，闪存(12)、(13)、(14)、(15)分别对应与嵌入式处理器(8)、(9)、、(11)相连接，同步动态随机存储器(16)、(17)、(18)、(19)分别对应与嵌入式处理器 (8)、(9)、(10)、(11)相连接，同步动态随机存储器(20)、(21)、(22)、(23)分别对应与桥接 模块(24)、(25)、(26)、(27)相连接，嵌入式处理器(8)、(9)、(10)、(11)分别对应通过桥接 模块(24)、(25)、(26)、(27)与高速PCI总线相连接，电源模块(28)与各部分相连从而为 整个装置供电。本实用新型提供的基于并行架构的嵌入式移动IPv4/v6转换网关装置具体各部 分如下多层交换的包处理器(1)，型号Prestera EX116。Prestera EX116是本装置实 现高端网关设备的关键技术之一，其在极短的时间内完成IP包的接收、重组、完整性检查、 校验、计算、分类、过滤检查以及路由转发等网络层及数据链路层的所有工作。Prestera EX116是工作在OSI协议堆栈第二层和第三层的交换IC，针对快速以太网、千兆以太网甚至 万兆以太网提供交换、路由以及流量分类等多种服务，并能够达到线速处理的要求。其支持 全线速的IPv6/IPv4单播和组播路由，能够通过外部存储器扩展路由表；支持IP-in-IP隧 道技术，能够进行流量分类、过滤和优先级判断；除IPv4功能外全方位支持IPv6功能，包 括扩展地址路由、桥接、QOS以及安全认证等。物理层接口(2)，型号FE PHY(88E3083)。用SSMII接口与多层交换的包处理器 (1)相连，为其提供48个快速以太网端口。物理层接口(3)，型号Gbe PHY(88E1145)。用RGMII接口与多层交换的包处理器⑴相连，为其提供4个千兆以太网端口。双倍速率同步动态随机存储器(4) (5) (6)。双倍速率同步动态随机存储器(4)与 多层交换的包处理器(1)相连，作为其主存储器存储IP包等。双倍速率同步动态随机存储 器(5)与多层交换的包处理器(1)相连，作为其IPv4路由存储器存储IPv4路由相关数据， 如IPv4路由表等。双倍速率同步动态随机存储器(6)与多层交换的包处理器(1)相连，作 为其IPv6路由存储器存储IPv6路由相关数据，如IPv6路由表等。桥接模块(7) (24) (25) (26) (27)，型号=GT 64260。桥接模块(7)将多层交换的包 处理器(1)与高速PCI总线相连，桥接模块(24)、(25)、(26)、(27)分别对应将嵌入式处 理器(8)、(9)、(10)、(11)与高速PCI总线相连。GT 64260支持行业标准的MIPS处理器， 包括PMC系列的RM7000X、RM527X、RM526X以及其他的R4XXX和R5000处理器；支持传统 的SysAD和扩展的PMC系列RM7000X的总线协议；片上的SDRAM存储控制器带有72位宽、 IOOMHz的接口，提供处理器、存储器以及PCI外围之间的高速数据传输。GT 64260所采用 的高速交叉架构能够同时提供CPU、PCI、LAN、WAN以及存储器之间的无阻塞传输，总吞吐量 高达76Gbps。本装置采用此桥接模块将处理器、存储器和PCI总线三者连接起来，保证数据 吞吐量，从整体上提高了装置性能。嵌入式处理器(8) (9) (10) (11)，型号ARM946E-S。嵌入式处理器是整个网关装置 的核心，它负责完成IP数据包网络层以上的处理，包括本装置的关键功能-移动IPv4/v6 转换；此外，它还负责整个装置系统的维护及管理。本装置采用ARM946E-S作为微处理器， 由于其具有以下优点支持DSP指令集，可适合于需要高速数字信号处理的场合；具有5级 整数流水线，指令执行效率更高；支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集；支持32位 的高速AMBA总线接口 ；支持VFP9浮点处理协处理器；具有全性能的MMU，支持WindowsCE、 Linux, Palm OS等多种主流嵌入式操作系统；具有高性能MPU，支持实时操作系统；支 持数据Cache和指令Cache，具有更高的指令和数据处理能力；主频最高可达300MIPS。 ARM946E-S微处理器为可综合处理器，使用单一的处理器内核提供了微控制器、DSP、Java 应用系统的解决方案，极大的减少了芯片的面积和系统的复杂程度。此外还提供了增强的 DSP处理能力，很适合于需要同时使用DSP和微控制器的应用场合。因而，采用其作为本网 关装置的微处理器能够保证网关的处理能力，提高装置的整体性能。闪存(12) (13) (14) (15)。闪存(12)、(13)、(14)、(15)分别对应与嵌入式处理器 (8)、(9)、(10)、(11)相连接，为每个嵌入式处理器提供专用的存储设备储存操作系统以及 BIOS等，保证每个嵌入式处理器都有独立工作的能力。同步动态随机存储器(16) (17) (18) (19) (20) (21) (22) (23)。同步动态随机存储器 (16)、(17)、(18)、(19)分别对应与嵌入式处理器(8)、(9)、(10)、(11)相连接，为每个嵌入 式处理器提供专用的缓存，减少共享储存带来的冲突，增强嵌入式处理器的独立处理能力。 同步动态随机存储器(20)、(21)、(22)、(23)分别对应与桥接模块(24)、(25)、(26)、(27) 相连接，既可以作为对应桥接模块的缓存，又可以作为对应嵌入式处理器的缓存存储相关 数据，如IP数据包、NAT表(以下简称“NATT”)以及移动IP表(以下简称“MIPT”)等，保 证了嵌入式处理器的独立处理能力以及整个装置的数据吞吐能力。电源模块(28)。电源模块(28)与各部分相连，为装置各个部分提供所需的各种电 压。
5[0021]本实用新型所提供的基于并行架构来实现移动IPv4/v6转换的嵌入式网关装置， 负责IP包的接收、重组、检验、分类、过滤以及路由转发等网络层及网络层以下层的所有工 作由多层交换的包处理器、物理层接口、双倍速率同步动态随机存储器以及桥接模块所构 成部分来完成，这里我们称这部分为高速转发模块；负责移动IPv4/v6转换等IP数据包网 络层以上的处理以及系统管理维护等工作均由嵌入式处理器、闪存、同步动态随机存储器 以及桥接模块所构成部分来完成，这里我们称这部分为嵌入式处理模块。在本网关装置中， 嵌入式处理模块和高速转发模块的数目影响了网关的性能，一般来说，数量越多性能越好， 当然数量多所涉及的成本会增加，因而实际应用中嵌入式处理模块和高速转发模块的数目 需依据具体网络环境以及两种模块之间的速度匹配来进行最优选择。显然，图1所示的本 装置中采用了四个嵌入式处理模块和一个高速转发模块。本实用新型所提供的网关装置，四个嵌入式处理模块其中一个负责系统配置、管 理维护以及任务调度等工作，其余三个负责移动IPv4/v6转换等IP数据包网络层以上的处 理。这里不妨将嵌入式处理器(8)所在的嵌入式处理模块作为系统管理模块，其余三个作 为包处理模块。对于四个嵌入式处理模块，各模块中的嵌入式处理器都独立运行Linux操 作系统，嵌入式处理器(8)进行系统配置及维护、任务调度以及管理多层交换的包处理器 (1)等系统工作，而嵌入式处理器(9)、(10)、(11)负责完成嵌入式处理器(8)所分配的任 务，进行移动IPv4/v6转换等IP数据包网络层以上的处理；各模块中的所有同步动态随机 存储器主要存储大量待处理的IP数据包，由于还作为嵌入式处理器的缓存，因而还可能存 储系统内核、应用程序、系统配置信息等数据；各模块中闪存都要存储所连嵌入式处理器的 操作系统以及BIOS等，使得系统上电后各嵌入式处理器均能独立工作，由于嵌入式处理器 (8)所在的模块进行系统管理，因而闪存(12)还需存储路由表、NATT以及MIPT，并在系统上 电后将路由表读入多层交换的包处理器(1)的相关存储器以供其使用，将NATT和MIPT读 入同步动态随机存储器(20)，以供嵌入式处理器(9)、(10)、(11)查询及更新。见图2，本实用新型所提供网关装置的工作过程如下多层交换的包处理器(1)通 过物理层接口(2)或(3)从网络中接收IP包分片，进行重组后得到完整的IP包存储于双 倍速率同步动态随机存储器(4)中，并进行完整性检查、校验、计算、过滤检查、分类等网络 层处理；若IP包为IP控制包，则多层交换的包处理器(1)直接对该包进行相应的网络层处 理；若IP包为IP数据包，则多层交换的包处理器⑴直接向嵌入式处理器⑶发出信号， 请求进行上层处理。在嵌入式处理器(8)收到多层交换的包处理器(1)的信号后，其通过 总线提取该IP数据包，判断该数据包是否需要进行网络层以上的处理(本装置中主要指判 断是否为移动IP包，即移动IP消息包或移动IP数据包，判断移动IP消息包可依据UDP封 装、端口号或者负载中的MH值，判断移动IP数据包可依据MIPT)，若需要处理则进行任务 调度，向嵌入式处理器(9)、(10)、(11)中相应的处理器发出信号，指示其提取该包进行处 理，若不需要处理则直接向多层交换的包处理器(1)发出信号，指示其提取该包进行路由 转发；嵌入式处理器(9)、(10)、(11)收到嵌入式处理器(8)调度的任务后，通过总线提取 该IP数据包后进行相应处理，这里主要指移动IPv4/v6转换，此处理过程还需要利用同步 动态随机存储器(20)中的NATT及MIPT，处理完成后向多层交换的包处理器(1)发出信号， 指示其提取该包进行路由转发；多层交换的包处理器(1)收到上层嵌入式处理器发出的转 发信号后，通过总线提取该IP数据包，利用双倍速率同步动态随机存储器(5)或(6)进行
6相应的路由转发等处理工作，最后通过物理层接口(2)或(3)将IP数据包分片发送至网络 中。此外，本网关装置提出MIPT (上文所述“移动IP表”的简称)，并通过MIPT来实现 移动IPv4/v6转换。MIPT为每一个经过本网关的移动IPv4/v6通信过程创建一个表项，记 录该通信过程的信息，例如家乡代理、移动节点和通信节点所处网络版本的信息、地址信息 以及通信过程中用到的绑定缓存等。本网关上的MIPT类似于NAT-PT上的NAT表，当一个 数据报文经过本网关时，网关能够通过某种方法找到与该通信过程对应的表项，进而根据 该表项提供的信息决定应该对数据报文进行怎样的处理。MIP表项的建立总是由注册消息 触发的，当本网关找不到与该注册消息相对应的移动IP通信过程时，说明该通信过程是一 个新的通信过程，这时，本网关将为该过程创建一个新的表项。MIP表项的主要内容包括 类型值域、IPv6消息查询域、IPv6报文查询域、IPv4消息查询域、IPv4报文查询域、绑定缓 存域、源端口域、目的端口域、状态域、有效时间域、备注选项域。其中，类型值域指明家乡代 理、移动节点和通信节点所处网路类型，其值范围为1到6 ；IPv6消息查询域用于在IPv6网 络一侧检索MIP表，找出某个通信过程对应的MIP表项，这个域的值通常是移动节点IPv6 格式的家乡地址；IPv6报文查询域用于在IPv6网络一侧检索MIP表，找出某个通信过程对 应的MIP表项，这个域的值通常是IPv6数据报文的目的地址；IPv4消息查询域用于在IPv4 网络一侧检索MIP表，找出某个通信过程对应的MIP表项，这个域的值通常是移动节点的 IPv4格式的家乡地址；IPv4报文查询域用于在IPv4网络一侧检索MIP表，找出某个通信过 程对应的MIP表项，这个域的值通常是IPv4数据报文的目的地址；绑定缓存域存储转交地 址与家乡地址的绑定，用于维持通信；源端口域存储网关接收到的注册请求消息、扩展的注 册请求消息以及代理请求消息的源端口 ；目的端口域用途与源端口域是一样的，只不过这 里记录的是目的端口信息；状态域指示该MIP表项是否已经完全建立，，其值分别用0和1 表示“未完成”和“已完成”；有效时间域指明该MIP表项的生存期；备注选项域用于在某些 情况下记录家乡代理的地址信息，这个域的值通常是家乡代理的地址。MIPT示意图如图3 所示。本实用新型提供基于并行架构的移动IPv4/v6转换网关装置，其优点显而易见， 主要可以归纳如下多层交换的包处理器Prestera EXl 16是工作在OSI协议堆栈第二层和第三层的 高性能交换IC，能够在极短的时间内完成IP包的接收、重组、完整性检查、校验、计算、分 类、过滤检查以及路由转发等网络层及数据链路层的所有工作。其针对快速以太网、千兆以 太网甚至万兆以太网提供交换、路由以及流量分类等多种服务，并能够达到线速处理的要 求。此外，其支持全线速的IPv6/IPv4单播和组播路由，能够通过外部存储器扩展路由表； 支持IP-in-IP隧道技术，能够进行流量分类、过滤和优先级判断；除IPv4功能外全方位支 持IPv6功能，包括扩展地址路由、桥接、QOS以及安全认证等。嵌入式处理器ARM946E-S的优越性能保证了网关的处理能力。ARM946E-S微处理 器为可综合处理器，支持DSP指令集，可适合于需要高速DSP和微控制器的应用场合；具有 5级整数流水线，指令执行效率更高；支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集；支持32位 的高速AMBA总线接口 ；支持VFP9浮点处理协处理器；具有全性能的MMU，支持WindowsCE、 Linux, Palm OS等多种主流嵌入式操作系统；具有高性能MPU，支持实时操作系统；支持数据CaChe和指令CaChe，具有更高的指令和数据处理能力；主频最高可达300M工PS。桥接模块GT 64260将处理器、存储器和PC工总线三者连接起来，保证数据的高速传输。GT64260支持行业标准的M工PS处理器；支持传统的SySAD和扩展的PMC系列RM7000X的总线协议；片上的SI)RAM存储控制器带有72位宽、lOOMt{Z的接口，提供处理器、存储器以及PC工外围之间的高速数据传输；其采用的高速交叉架构能够同时提供CPU、PC工、LAN、wAN以及存储器之间的无阻塞传输，总吞吐量高达76(bpS。[0028]装置通过扩展DDR SI)RAM作为多层交换的包处理器PreStera EXll6的缓存，扩展SI)RAM作为嵌入式处理器ARM946E—S的缓存，扩展SI)RAM作为桥接模块GT 64260的缓存，减少共享储存带来的冲突，增强嵌入式处理器独立处理的能力，提高整个装置的数据吞吐能力。[0029]装置充分利用嵌入式系统的优势，具有成本低，体积小，功耗低，稳定性高以及开发周期短等特点。[0030]装置除能够完成一般网关的路由转发任务外，还能够完成移动工PV4／V6转换。[003、] 装置提出M工PT，在NAT—PT技术的基础上利用M工PT来实现移动工PV4／V6转换，保证移动节点在工PV4／V6混合网络中的通信。公开文献资料表明，在本实用新型发明之前，尚未有利用M工PT来实现移动工PV4／V6转换的嵌入式网关。[0032]装置采用并行架构，通过多CPU并行处理来提高网关的处理能力和数据吞吐量。此外，装置还能够简单地利用嵌入式处理模块以及高速转发模块的数量增减来实现网关性能的选择以适应实际网络环境。
[0033]图l为本实用新型发明的基于并行架构的移动工PV4／V6转换网关装置的结构示意图，其中[0034] (1)多层交换的包处理器(2)物理层接口[0035](3)物理层接口(4)双倍速率同步动态随机存储器[0036](5)双倍速率同步动态随机存储器(6)双倍速率同步动态随机存储器[0037] (7)桥接模块(8)嵌入式处理器[0038](9)嵌入式处理器(10)嵌入式处理器[0039](11)嵌入式处理器(12)闪存[0040](13)闪存(14)闪存[004、] (15)闪存(16)同步动态随机存储器[0042] (17)同步动态随机存储器(18)同步动态随机存储器[0043] (19)同步动态随机存储器(20)同步动态随机存储器[0044] (21)同步动态随机存储器(22)同步动态随机存储器[0045] (23)同步动态随机存储器(24)桥接模块[0046] (25)桥接模块(26)桥接模块[0047] (27)桥接模块(28)电源模块[0048] 图2为本实用新型发明的基于并行架构的移动工PV4／V6转换网关装置的工作流程图[0049]图3为MIPT示意图具体实施方式
以下结合附图和实施实例对本实用新型作进一步描述。 图1是本实用新型发明的基于并行架构的移动IPv4/v6转换网关装置的结构示意 图。从图中可以看出，装置主要由四个嵌入式处理模块和一个高速转发模块分别高速PCI 总线相连而构成。高速转发模块由多层交换的包处理器、物理层接口、双倍速率同步动态随 机存储器以及桥接模块构成，负责IP包的接收、重组、检验、分类、过滤以及路由转发等网 络层及网络层以下层的所有工作；嵌入式处理模块由嵌入式处理器、闪存、同步动态随机存 储器以及桥接模块构成，负责移动IPv4/v6转换等IP数据包网络层以上的处理以及系统管 理维护等工作。对于高速转发模块，多层交换的包处理器(1)选用工作在OSI协议堆栈第二层和 第三层的高性能交换IC Prestera EX116，能够在极短的时间内完成IP包的接收、重组、 完整性检查、校验、计算、分类、过滤检查以及路由转发等网络层及数据链路层的所有工作， 支持IP-in-IP隧道技术，除IPv4功能外全方位支持IPv6功能，针对快速以太网、千兆以 太网甚至万兆以太网提供交换、路由以及流量分类等多种服务，并能够达到线速处理的要 求；桥接模块(7)选用GT 6似60，将多层交换的包处理器(1)与高速PCI总线相连，即将 整个高速转发模块与高速PCI总线相连，保证数据的高速传输。物理层接口( 选用FE PHY(88E3083)，其使用SSMII接口与多层交换的包处理器(1)相连，为多层交换的包处理器 ⑴提供48个快速以太网端口 ；物理层接口( 选用(ibe PHY(88E1145)，其使用RGMII接 口与多层交换的包处理器⑴相连，为多层交换的包处理器⑴提供4个千兆以太网端口 ； 将双倍速率同步动态随机存储器(4)与多层交换的包处理器(1)相连，作为其主存储器存 储IP包等；将双倍速率同步动态随机存储器( 与多层交换的包处理器(1)相连，作为其 IPv4路由存储器存储IPv4路由相关数据，如IPv4路由表等；将双倍速率同步动态随机存 储器(6)与多层交换的包处理器(1)相连，作为其IPv6路由存储器存储IPv6路由相关数 据，如IPv6路由表等。对于四个嵌入式处理模块，嵌入式处理器⑶、(9)、(10)、(11)均选用具有优越性 能的ARM946E-S，其为可综合处理器，支持DSP指令集，具有5级整数流水线，支持32位ARM 指令集和16位Thumb指令集，支持32位的高速AMBA总线接口，支持VFP9浮点处理协处理 器，支持Windows CE,Linux,Palm OS等多种主流嵌入式操作系统，支持实时操作系统，支持 数据Cache和指令Cache，具有更高的指令和数据处理能力，主频最高可达300MIPS ；桥接模 块(24)、(25)、(26)、(27)仍选用GT 64260,它们分别对应将嵌入式处理器(8)、(9)、(10)、 (11)与高速PCI总线相连，即将各嵌入式处理模块与高速PCI总线相连，提供处理器、存储 器和PCI总线三者之间的高速数据传输。将同步动态随机存储器(16)、(17)、(18)、(19) 分别对应与嵌入式处理器(8)、(9)、(10)、(11)相连接，为每个嵌入式处理器提供专用的缓 存，减少共享储存带来的冲突，增强嵌入式处理器的独立处理能力；将同步动态随机存储器 (20)、(21)、(22)、(23)分别对应与桥接模块(24)、(25)、(26)、(27)相连接，既可以作为对 应桥接模块的缓存，又可以作为对应嵌入式处理器的缓存存储相关数据，保证嵌入式处理 器的独立处理能力以及整个装置的数据吞吐能力；将闪存(12)、(13)、(14)、(15)分别对应与嵌入式处理器(8)、(9)、(10)、(11)相连接，为每个嵌入式处理器提供专用的存储设备储 存Linux操作系统以及BIOS等，保证每个嵌入式处理器都有独立工作的能力。此外，将嵌入式处理器(8)所在的嵌入式处理模块作为系统管理模块，其余三个 作为包处理模块，即嵌入式处理器(8)进行系统配置及维护、任务调度以及管理多层交换 的包处理器(1)等系统工作，而嵌入式处理器(9)、(10)、(11)负责完成嵌入式处理器(8) 所分配的任务，进行移动IPv4/v6转换等IP数据包网络层以上的处理。由于嵌入式处理器 ⑶所在的模块进行系统管理，因而闪存(12)除了储存Linux操作系统以及BIOS外，还需 存储路由表、NATT以及MIPT。最后，电源模块08)与各部分相连，为装置各个部分提供所需的各种电压。本实用新型所提供的网关装置的工作过程参见图2。上电后，嵌入式处理器(8)、
(9)、(10)、(11)对应把预先存放在闪存(12)、(13)、(14)、(15)内的操作系统、BIOS、应用程 序等数据读入本身内存及相应同步动态随机存储器(16)、(17)、(18)、(19)，同时，嵌入式处 理器⑶还需将闪存(12)里存储的路由表读入多层交换的包处理器⑴的相关存储器，还 需将闪存(1 里存储的NATT和MIPT将NATT和MIPT读入同步动态随机存储器Q0)。系 统开始工作后，多层交换的包处理器(1)通过物理层接口( 或C3)从网络中接收IP包分 片，进行重组后得到完整的IP包存储于双倍速率同步动态随机存储器中，并进行完整 性检查、校验、计算、过滤检查、分类等网络层处理；若IP包为IP控制包，则多层交换的包处 理器(1)直接对该包进行相应的网络层处理；若IP包为IP数据包，则多层交换的包处理器 (1)向嵌入式处理器(8)发出信号，请求进行上层处理。在嵌入式处理器(8)收到多层交换 的包处理器(1)的信号后，其通过总线提取该IP数据包，判断该数据包是否为移动IP包， 即移动IP消息包或移动IP数据包，若为移动IP包则进行任务调度，向嵌入式处理器(9)、
(10)、(11)中相应的处理器发出信号，指示其提取该包进行处理，若不为移动IP包则直接 向多层交换的包处理器(1)发出信号，指示其提取该包进行路由转发；嵌入式处理器(9)或 (10)或(11)收到嵌入式处理器(8)调度的任务后，通过总线提取该IP数据包，利用同步动 态随机存储器00)中的NATT及MIPT进行移动IPv4/v6转换等网络层以上的相应处理，处 理完成后向多层交换的包处理器(1)发出信号，指示其提取该包进行路由转发；多层交换 的包处理器(1)收到上层嵌入式处理器发出的转发信号后，通过总线提取该IP数据包，利 用双倍速率同步动态随机存储器( 或(6)进行相应的路由转发等处理工作，最后通过物 理层接口( 或C3)将IP数据包分片发送至网络中。通过上述具体实施实例可以看出，本实用新型所提供的网关装置充分利用嵌入式 系统的优势，具有成本低，体积小，功耗低，稳定性高以及开发周期短等特点；采用多CPU架 构进行并行处理，提高了网关设备的处理能力和数据吞吐量；以NAT-PT技术为基础利用 MIPT来实现移动IPv4/v6转换，从而使得网关除能够完成一般的路由转发任务外还能够完 成移动IPv4/v6转换，保证了移动节点在IPv4/v6混合网络中的通信；此外，装置还能够简 单地利用嵌入式处理模块以及高速转发模块的数量增减来实现网关性能的选择以适应实 际网络环境。
权利要求1.一种基于并行架构的嵌入式移动IPv4/v6转换网关装置，其特征在于包括电源模 块、四个并行的嵌入式处理器模块、高速转发模块、桥接模块和高速PCI总线，嵌入式处理 器模块和高速转发模块通过桥接模块连接高速PCI总线。
2.根据权利要求1所述的基于并行架构的嵌入式移动IPv4/v6转换网关装置，其特征 在于所述嵌入式处理器模块由ARM9E嵌入式处理器(8，9，10，11)、与嵌入式处理器连接的 闪存(12，13，14，15)、与嵌入式处理器连接的同步动态随机存储器(16，17，18，19)、把嵌入 式处理器与高速PCI总线相连的桥接模块04，25，26，27)以及与桥接模块连接的同步动态 随机存储器(20，21，22，2 组成，嵌入式处理器模块负责应用层的工作，进行移动IPv4与 移动IPv6之间消息和报文的转换。
3.根据权利要求1所述的基于并行架构的嵌入式移动IPv4/v6转换网关装置，其特征 在于所述高速转发模块由I^restera EX116多层交换的包处理器(1)、与包处理器连接的二 个物理层接口 0，3)、与包处理器连接的双倍数率同步动态随机存储器(4，5，6)和把包处 理器与高速PCI总线相连的桥接模块(7)组成，高速转发模块负责网络层以及网络层以下 各层的所有工作，这些工作包括IP包的接收、重组、检验、分类、过滤以及路由转发。
专利摘要本实用新型提出一种基于并行架构的嵌入式移动IPv4/v6转换网关装置，它由电源模块、多个并行的嵌入式处理器模块、高速转发模块、桥接模块和高速PCI总线组成。高速转发模块由多层交换的包处理器(1)以及与其相连的物理层接口(2)(3)、双倍速率同步动态随机存储器(4)(5)(6)和桥接模块(7)构成。高速转发模块通过桥接模块(7)与高速PCI总线相连。高速转发模块负责网络层以及网络层以下各层的工作。并行的嵌入式处理器模块分别由嵌入式处理器(8)(9)(10)(11)以及与它们分别相连的闪存(12)(13)(14)(15)、同步动态随机存储器(16)(17)(18)(19)、桥接模块(24)(25)(26)(27)以及与桥接模块连接的同步动态随机存储器(20)(21)(22)(23)组成。嵌入式处理器模块通过桥接模块与高速PCI总线相连。嵌入式处理器模块负责IPv4与IPv6之间地址协议的转换以及移动IPv4与移动IPv6之间消息和报文的转换。
文档编号H04L29/12GK201878184SQ201020107738
公开日2011年6月22日 申请日期2010年1月29日 优先权日2010年1月29日
发明者张飞, 杨美娜, 王波涛, 马争鸣 申请人:中山大学