CN100417140C - 一种流分类装置和方法以及采用该流分类装置的基站 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种流分类装置，包括用户站标识SSID查找模块和一个以上分别与不同SSID对应的流分类器，SSID查找模块分别与每个流分类器连接，SSID查找模块根据自身存储的SSID分类规则查找自身收到的高层协议数据流的SSID，并传输添加SSID字段后的高层协议数据流到与查找到的SSID对应的流分类器；每个与不同SSID对应的流分类器，根据自身存储的连接标识CID分类规则查找所接收到的添加有对应SSID字段的高层协议数据流的CID，并输出添加CID字段后的高层协议数据流。本发明同时还公开了一种流分类方法和采用该流分类装置的基站BS。本发明提供的流分类装置及方法对存储器资源占用较小、成本较低。

Description

一种流分类装置和方法以及采用该流分类装置的基站
技术领域
本发明涉及流分类技术，特别涉及用于对诸如以太网或者IP包(Packet)之类高层协议数据流进行分类的流分类装置和方法以及采用该流分类装置的基站(Base Station，BS)。
背景技术
当前，在世界微波接入互操作组织(WiMAX)的宽带无线接入标准802.16中，定义了物理(PHY)层和媒体接入控制(MAC)层，其中MAC层又包括服务识别会聚子层(CS)、公共部分子层和安全子层(CPS&SS)。
具体来说，PHY层主要用于建立物理连接，实现信道基带编码和解码、中射频调制解调、射频子系统控制等功能。
MAC层主要用于建立逻辑连接，实现业务流的识别和分类、逻辑连接的建立和管理、带宽分配和调度以及数据加密和解密等功能。其中，CS用于接收来自MAC层上层的数据，并将经转换和处理后的数据发送到CPS，具体的处理操作可包括上层数据分类、业务流标识(SFID)与连接标识(CID)的关联以及包头压缩(PHS)等；作为MAC层的核心子层，CPS用于MAC层数据成帧、上下行带宽分配和调度、连接的建立和维护以及保证服务(QoS)处理等；作为MAC层的加密子层，SS用于对用户数据进行加密。
对于CS来说，802.16中定义了针对异步传输模式(ATM)的CS，以及针对以太网或IP包的包CS，本发明主要与包CS的实现相关。802.16所定义的包CS，其主要功能是通过流分类，实现从诸如以太网或IP包之类的高层协议数据流到连接标识(CID)的映射，亦即查找各数据包相对应的CID并将之添加到各数据包，以便将上层数据包区分到不同的连接中。为此，802.16定义了全面而复杂的流分类相关协议域，其中包括：MAC目的地址、MAC源地址、802.1p，虚拟局域网标识(VLAN ID)、以太网类型、IP目的地址、IP源地址、IP协议类型、用户数据报协议/传送控制协议(UDP/TCP)目的端口、UDP/TCP源端口、IP区别服务编码点(DSCP)域，并且要求能够按精确、按掩码、按范围匹配流分类规则，亦即实现多域流分类功能。
当前的无线网络接入，通常由位于网络侧的基站和位于用户终端侧的用户站(Subscriber Station，SS)实现，常见的，一个BS连接有多个SS，其中，BS用于将多个SS接入网络，SS用于为多个用户终端提供接入网络的功能。在从BS到用户站SS的下行方向，由BS侧完成流分类，在从SS到BS的上行方向，由SS侧完成流分类，常见的，它们支持802.16。本文主要涉及从BS到多个SS的下行流分类装置及方法。
图1是现有技术中BS的结构图，现有技术的BS 100包括：PHY层设备130，以及包含有CS设备115和CPS&SS设备114的MAC层设备110。其中，CS设备115包括作为流分类装置的下行流分类器(DLC)156，DLC 156存储BS 100的流分类规则，常见的，其采用三值内容寻址访问存储器(TCAM)、递归流分类算法(RFC)或者基于二叉树的查找算法(Tries)及其相应的改进算法对数据包进行流分类。
CS设备115用于通过MAC层上层接口A0接收来自MAC层上层的数据包，来自接口A0的数据一般表现为外部网络的待服务数据单元，在DLC 156根据其存储的流分类规则查找到该数据包的CID，并将相应CID字段添加到数据包后，通过接口A1传送添加了CID字段的数据包到CPS&SS设备114。
CPS&SS设备114用于通过接口A1接收来自CS设备115的添加了CID字段的数据包，根据其CID进行调度、加密，并将成帧后的MAC层数据帧传送到PHY设备130。
PHY层设备130接收来自MAC层设备110的MAC层数据帧，对其进行信道编码和解码以及中射频调制解调后发送到相应的SS。
以连接两个SS的某一BS即BS0为例，假设这两个SS分别是：SS1，其连接有MAC为“0x000011111111”的用户终端；SS2，其连接有MAC为“0x000011111112”的用户终端，在BS0中实现桥接功能，其中，为SS1下接的用户终端配置2个业务流，为SS2下接的用户终端配置3个业务流。也就是说，BS0将把MAC目的地址为“0x000011111111”的数据包转发到SS1，把MAC目的地址为“0x000011111112”的数据包转发到SS2。
相应的，位于BS0中的流分类装置如图2所示，图2是采用现有技术BS0的流分类装置的结构图，作为流分类装置的DLC 156存储用于查找来自MAC层上层的数据包的CID的流分类规则，根据802.16-2004标准的定义，一种可能的流分类规则如表1所示，表1为DLC 156的流分类规则表，表1中列出了各条流分类规则的规则描述、规则映射的CID以及CID连接的SS。
  规则序号 规则描述 映射的CID 该CID连接的SS
11   {DMAC＝0x000011111111，VLAN ID＝0x1，1p＝7} CID2 SS1
21   {DMAC＝0x000011111111，VLAN ID＝0x1，DIP＝0x10.11.13.*，SIP＝0x10.20.20.20，IP Protocol＝6，TCP SPort＝161} CID4 SS1
31   {DMAC＝0x000011111112，VLAN ID＝0x2，1p＝6} CID1 SS2
41   {DMAC＝0x000011111112，VLAN ID＝0x2，DIP＝0x10.11.15.*，IP Protocol＝6，TCP SPort＝80} CID3 SS2
51   {DMAC＝0x000011111112，VLAN ID＝0x2，DIP＝0x10.11.15.*，SIP＝0x10.20.20.21，IP Protocol＝17，UDP SPort＝67} CID5 SS2
表1
假设DLC 156共接收到5个数据包，它们分别是：与流分类规则11匹配的数据包1，与流分类规则21匹配的数据包2，与流分类规则31匹配的数据包3，与流分类规则41匹配的数据包4，与流分类规则51匹配的数据包5。
现有技术的流分类方法为：DLC 156根据表1中的流分类规则查找到CID后，将相应的CID字段添加到这些数据包并输出添加了CID字段的数据包，它们分别是：添加了CID2的数据包1，BS0将转发该数据包到SS1；添加了CID4的数据包2，BS0将转发该数据包到SS1；添加了CID1的数据包3，BS0将转发该数据包到SS2；添加了CID3的数据包4，BS0将转发该数据包到SS2；添加了CID5的数据包5，BS0将转发该数据包到SS2。
在当前的无线网络中，一个BS通常管理多个SS，这就使得BS侧必须支持大量的流分类规则才能满足多个SS的需求，常见的，如果一个BS管理了512个SS，每个SS支持16条流分类规则，那么BS侧支持的流分类规则总数将达到512×16＝8K条，在现有技术中，DLC 156常采用三值内容寻址访问存储器(TCAM)、递归流分类算法(RFC)或者基于二叉树的查找算法(Tries)及其相应的改进算法进行流分类，其优势在于能够实现高速、大容量多域流分类，但其不利在于，采用TCAM时成本较高，且不利于范围匹配，而采用RFC或者Tries及其相应的改进算法时，必须在存储器资源和查找速度之间找到平衡点，如果流数目较少，可采用简单的算法，如果流数目较多，就必须采用较复杂的算法。总的来说，现有技术的流分类装置及方法，虽然能够实现高速、大容量多域流分类，但是对存储器资源占用较大、成本较高。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种流分类装置，其对存储器资源占用较小、成本较低。
本发明的目的还在于提供一种流分类方法，其对存储器资源占用较小、成本较低。
本发明的目的进一步在于提供一种BS，其采用的流分类装置对存储器资源占用较小、成本较低。
根据上述目的的一个方面，本发明提供了一种流分类装置，该装置包括SSID查找模块和一个以上分别与不同SSID对应的流分类器，所述SSID查找模块分别与每个流分类器连接，
所述SSID查找模块，根据自身存储的SSID分类规则查找自身收到的高层协议数据流的SSID，并传输添加SSID字段后的高层协议数据流到与查找到的SSID对应的流分类器；
所述每个与不同SSID对应的流分类器，根据自身存储的CID分类规则查找所接收到的添加有对应SSID字段的高层协议数据流的CID，并输出添加CID字段后的高层协议数据流。
其中，所述SSID查找模块包括：用于存储SSID分类规则的存储器和用于执行SSID查找操作的处理器。
其中，所述每个与不同SSID对应的流分类器包括：用于存储CID分类规则的存储器和用于执行CID查找操作的处理器。
其中，所述存储器是静态随机存取存储器SRAM、或动态随机存储存储器DRAM。
其中，所述处理器是现场可编程门阵列FPGA、网络处理器NP、或中央处理单元CPU。
根据上述目的的另一个方面，本发明提供了一种流分类方法，适用于包括SSID查找模块和一个以上分别与不同SSID对应的流分类器的流分类装置，该方法包括：
A、SSID查找模块接收高层协议数据流，根据自身存储的SSID分类规则查找高层协议数据流的SSID并将相应SSID字段添加到高层协议数据流，发送添加SSID字段后的高层协议数据流到与该SSID对应的流分类器；
B、每个流分类器分别接收添加有与其对应的SSID字段的高层协议数据流，根据自身存储的CID分类规则查找高层协议数据流的CID并将相应CID字段添加到高层协议数据流，输出添加CID字段后的高层协议数据流。
其中，所述高层协议数据流是以太网包。所述高层协议数据流是IP包。
根据上述目的的再另一个方面，本发明进一步提供了一种BS，包括用于建立物理连接的物理层设备和用于建立逻辑连接的MAC层设备，所述MAC层设备包括CS设备以及CPS&SS设备，
所述MAC层设备进一步包括流分类装置，该装置包括SSID查找模块和一个以上分别与不同SSID对应的流分类器，所述SSID查找模块分别与每个流分类器连接，
所述SSID查找模块，根据自身存储的SSID分类规则查找自身收到的高层协议数据流的SSID，并传输添加SSID字段后的高层协议数据流到与查找到的SSID对应的流分类器；
所述每个与不同SSID对应的流分类器，根据自身存储的CID分类规则查找所接收到的添加有对应SSID字段的高层协议数据流的CID，并输出添加CID字段后的高层协议数据流到所述CPS&SS设备。
其中，所述一个以上与不同SSID对应的流分类器位于所述CS设备中。所述SSID查找模块位于所述CS设备中。
可见，本发明提供的流分类装置及方法，通过将现有技术中较大数量的流分类规则按照用户站标识(SSID)划分到多个DLC中，对某一具体的数据包来说，先由SSID查找模块对其进行首次流分类得到该数据包的用户站标识(SSID)，并将添加了SSID字段的数据包发送到该SSID对应的DLC中，而后由该SSID对应的DLC对添加了SSID字段的数据包进行二次流分类得到该数据包的CID，并输出添加了CID字段的数据包。由于首次流分类仅需查找数据包的SSID，二次流分类仅需在一个SSID对应的较少数量流分类规则中查找相应的CID，故而这两次流分类的规则空间较之现有技术的流分类规则空间都要小很多，这就使得这两次流分类都可以采用直接匹配的方法，即从数据包的头部提取若干域，逐一比较每一匹配空间的每一相关域，直到找到相匹配的规则为止，达到了对存储器资源占用较小、成本较低的目的。
附图说明
图1是现有技术中BS的结构图；
图2是采用现有技术BS0的流分类装置的结构图；
图3是本发明中BS的结构图；
图4是采用本发明BS0的流分类装置的结构图。
具体实施方式
本发明的核心思想是：将现有技术中较大数量的流分类规则按照SSID划分到多个DLC中，其中每一DLC仅存储用于对添加了某一SSID字段的数据包进行流分类的部分流分类规则。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下举实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
图3是本发明中BS的结构图，本发明的BS 300包括：PHY层设备130，以及包含有CS设备315和CPS&SS设备114的MAC层设备310。与现有技术不同的是，本发明的流分类装置包括：SSID查找模块370和多个根据SSID划分的DLC 356，其中SSID查找模块370和多个DLC 356相互连接。
具体来说，SSID查找模块370存储BS 300的SSID分类规则，其通过接口A0接收来自MAC层上层的数据包，根据自身存储的SSID分类规则查找到该数据包的SSID，将相应SSID字段添加到具体的数据包，并发送添加了SSID的数据包给该SSID对应的DLC 356。
每一DLC 356分别存储BS 300根据SSID划分的CID分类规则，每一DLC356分别接收来自SSID查找模块370的添加了SSID字段的数据包，根据自身存储的CID分类规则查找到该数据包的CID，并将相应CID字段添加到具体的数据包后，通过接口A1将添加了CID的数据包发送给CPS&SS设备114。
其中，SSID查找模块370位于MAC层上层接口A0和多个根据SSID划分的DLC 356之间，所述多个根据SSID划分的DLC 356常位于CS设备315中，而SSID查找模块370可如图3所示位于CS设备315中，也可位于CS设备315之外。如果SSID查找模块位于CS设备之外，则其与CS设备间可进一步包括一个接口A2，以便传输添加了SSID字段的数据包到相应的DLC。
常见的，SSID查找模块370和多个根据SSID划分的DLC 356中的每一个DLC中都包括用于存储流分类规则的存储器和用于执行查找操作的处理器。在具体实现中，存储器可以是静态随机存取存储器(SRAM)或动态随机存取存储器(DRAM)，处理器可以是现场可编程门阵列(FPGA)、网络处理器(NP)或中央处理单元(CPU)。
仍以连接SS1和SS2的BS0为例，本发明中位于BS0中的流分类装置如图4所示，图4是采用本发明BS0的流分类装置的结构图，该流分类装置包括：SSID查找模块370、与SS1对应的DLC1以及与SS2对应的DLC2，其中SSID查找模块370分别与DLC1和DLC2连接。
其中，SSID查找模块370存储用于查找来自MAC层上层的数据包的SSID的流分类规则，其流分类规则如表2所示，表2为SSID查找模块370的流分类规则表。
  规则序号 规则描述   映射的SSID
  12 {DMAC＝0x000011111111，VLAN ID＝0x1，}   SSID1
  22 {DMAC＝0x000011111112，VLAN ID＝0x2}   SSID2
表2
DLC1存储用于查找待转发到SS1的数据包的CID的流分类规则，其流分类规则如表3所示，表3为DLC1的流分类规则表。
  规则序号   规则描述  映射的CID  该CID连接的SS
  13   {1p＝7}  CID2  SS1
23   {DIP＝0x10.11.13，SIP＝0x10.20.20.20，IP Protoco＝6，TCP SPort＝161} CID4 SS1
表3
DLC2存储用于查找待转发到SS2的数据包的CID的流分类规则，其流分类规则如表4所示，表4为DLC2的流分类规则表。
  规则序号   规则描述  映射的CID  该CID相连接的SS
  14   {1p＝6}  CID1  SS2
24   {DIP＝0x10.11.15.*，IP Protocol＝6，TCP SPort＝80} CID3 SS2
34   {DIP＝0x10.11.15.*，SIP＝0x10.20.20.21，IP Protocol＝17，UDP SPort＝67} CID5 SS2
表4
明显的，现有技术中表1的五个流分类规则按照SS进行了划分，其中，适用于待转发到SS1的数据包的流分类规则11和21划分到DLC1中，适用于待转发到SS2的数据包的流分类规则31、41和51划分到DLC2中。
仍假设本发明的流分类装置共接收到五个数据包，它们分别是：与流分类规则11匹配的数据包1，明显的，数据包1与流分类规则12并进一步与流分类规则13匹配；与流分类规则21匹配的数据包2，明显的，数据包2与流分类规则12并进一步与流分类规则23匹配；与流分类规则31匹配的数据包3，明显的，数据包3与流分类规则22并进一步与流分类规则14匹配；与流分类规则41匹配的数据包4，明显的，数据包4与流分类规则22并进一步与流分类规则24匹配；与流分类规则51匹配的数据包5，明显的，数据包5与流分类规则22并进一步与流分类规则34匹配。
利用本发明的流分类装置对MAC层上层数据包进行流分类的方法包括以下步骤：
A、SSID查找模块接收到MAC层上层数据包后，根据自身存储的用于查找SSID的流分类规则查找到数据包的SSID，将相应SSID字段添加到这些数据包，并输出添加了SSID字段的数据包到与该SSID对应的DLC，
具体到BS0的流分类装置，SSID查找模块370根据表2匹配数据包1～5的DMAC和VLAN字段，由于数据包1和2的DMAC和VLAN字段与流分类规则12匹配，故SSID查找模块370分别在数据包1和2上添加SSID1字段并转发添加了SSID1字段的数据包1和2到DLC1，由于数据包3～5的DMAC和VLAN字段与流分类规则22匹配，故SSID查找模块370在数据包3～5上添加SSID2字段并转发添加了SSID2字段的数据包3～5到DLC2。
B、多个DLC分别接收到来自SSID查找模块370的添加了SSID字段的数据包后，根据各自的流分类规则查找到数据包的CID，分别将相应CID字段添加到这些数据包并输出添加了CID字段的数据包。
具体到BS0的流分类装置，DLC1接收到来自SSID查找模块370的添加了SSID1字段的数据包1和2后，根据流分类规则表3匹配数据包1和2的相应字段，由于数据包1和2分别与流分类规则31和32匹配，故DLC1分别在数据包1和2上添加CID2字段和CID4字段并输出添加了CID字段的数据包1和2。
DLC2接收到来自SSID查找模块370的添加了SSID2字段的数据包3～5后，根据流分类规则表4匹配数据包3～5的相应字段，由于数据包3、4和5上分别与流分类规则14、23、34匹配，故DLC2分别在数据包3、4和5上添加CID1字段、CID3字段和CID5字段并输出添加了CID字段的数据包3～5。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (13)

1. 一种流分类装置，其特征在于，该装置包括用户站标识SSID查找模块和一个以上分别与不同SSID对应的流分类器，所述SSID查找模块分别与每个流分类器连接，
所述SSID查找模块，根据自身存储的SSID分类规则查找自身收到的高层协议数据流的SSID，并传输添加SSID字段后的高层协议数据流到与查找到的SSID对应的流分类器；
所述每个与不同SSID对应的流分类器，根据自身存储的连接标识CID分类规则查找所接收到的添加有对应SSID字段的高层协议数据流的CID，并输出添加CID字段后的高层协议数据流。
2. 如权利要求1所述的流分类装置，其特征在于，所述SSID查找模块包括：用于存储SSID分类规则的存储器和用于执行SSID查找操作的处理器。
3. 如权利要求1所述的流分类装置，其特征在于，所述每个与不同SSID对应的流分类器包括：用于存储CID分类规则的存储器和用于执行CID查找操作的处理器。
4. 如权利要求2或3所述的流分类装置，其特征在于，所述存储器是静态随机存取存储器SRAM、或动态随机存取存储器DRAM。
5. 如权利要求2或3所述的流分类装置，其特征在于，所述处理器是现场可编程门阵列FPGA、网络处理器NP、或中央处理单元CPU。
6. 一种流分类方法，适用于包括SSID查找模块和一个以上分别与不同SSID对应的流分类器的流分类装置，其特征在于，该方法包括：
A、SSID查找模块接收高层协议数据流，根据自身存储的SSID分类规则查找高层协议数据流的SSID并将相应SSID字段添加到高层协议数据流，发送添加SSID字段后的高层协议数据流到与该SSID对应的流分类器；
B、每个流分类器分别接收添加有与其对应的SSID字段的高层协议数据流，根据自身存储的CID分类规则查找高层协议数据流的CID并将相应CID字段添加到高层协议数据流，输出添加CID字段后的高层协议数据流。
7. 如权利要求6所述的流分类方法，其特征在于，所述高层协议数据流是以太网包。
8. 如权利要求6所述的流分类方法，其特征在于，所述高层协议数据流是IP包。
9. 一种基站BS，包括用于建立物理连接的物理层设备和用于建立逻辑连接的媒体接入控制MAC层设备，所述MAC层设备包括服务识别会聚子层CS设备以及公共部分子层和安全子层CPS&SS设备，其特征在于：
所述MAC层设备进一步包括流分类装置，该装置包括SSID查找模块和一个以上分别与不同SSID对应的流分类器，所述SSID查找模块分别与每个流分类器连接，
所述SSID查找模块，根据自身存储的SSID分类规则查找自身收到的高层协议数据流的SSID，并传输添加SSID字段后的高层协议数据流到与查找到的SSID对应的流分类器；
所述每个与不同SSID对应的流分类器，根据自身存储的CID分类规则查找所接收到的添加有对应SSID字段的高层协议数据流的CID，并输出添加CID字段后的高层协议数据流到所述CPS&SS设备。
10. 如权利要求9所述的BS，其特征在于，所述一个以上与不同SSID对应的流分类器位于所述CS设备中。
11. 如权利要求10所述的BS，其特征在于，所述SSID查找模块位于所述CS设备中。
12. 如权利要求9所述的BS，其特征在于，所述SSID查找模块包括：用于存储SSID分类规则的存储器和用于执行SSID查找操作的处理器。
13. 如权利要求9所述的BS，其特征在于，所述每个与不同SSID对应的流分类器包括：用于存储CID分类规则的存储器和用于执行CID查找操作的处理器。
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