CN101262439A - 一种多业务路由器 - Google Patents
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Abstract
一种多业务融合的路由器控制方法，通过不同的业务接口模块接收来自各种不同类型通信网络的数据信息；使用连接到所述业务接口的第二处理装置对接收到的数据信息的数据类别进行检测并判断其是否属于一特定集合；当不属于所述特定集合时，第二处理装置向与之相连的第一处理装置发送该数据信息，第一处理装置对该数据信息进行检验并根据其数据类别在一内存模块为该数据信息建立专用的虚拟通道，并通过该虚拟通道将数据信息转发到相应端口，同时将所述数据信息的类别加入到所述特定集合之中；数据信息属于特定集合时，第二处理装置将数据信息送入所述内存模块中与该类数据对应的虚拟通道，并通过该虚拟通道将数据信息转发到相应端口。
Description
技术领域
本发明涉及通信网络的路由器设计，更确切地说，涉及一种能支持多种数据和网络类型的多业务路由器。
背景技术
在传统的计算机网络的报文分组交换系统中，路由选择是指选择一条路径，并在这条路径上发送报文分组的过程，而路由器则是指完成这种选择的任何计算机或具相应功能的装置。路由器涉及OSI参考模型的网络层，它是面向协议的，依据网络地址进行操作，并需进行路径选择、分段、帧格式转换、对数据报的生存时间和流量进行控制等。
传统的分组路由器架构总体上分为两大类：集总式和交换式，其均是基于数据分组的路由(Packet Routing)和转发(Packet Forwarding)策略。
图1所示为一个典型的集中式路由器具体架构，其中管理控制、路由控制和转发引擎都由CPU来完成，接口卡通过总线方式和CPU连接。输入端口通过总线把数据分组发送到转发引擎，转发引擎再确定数据分组该发往哪个输出端口。转发引擎的唯一任务是处理数据报头。所有其它的任务如处理路由协议、资源预留、对需要进一步操作的数据包的处理，以及其它的管理和维护操作都由路由控制和管理控制操作。通常低端路由器用这种设计技术实现。
图2所示为一个典型的交换式路由器具体架构，其中管理控制、路由控制和转发引擎都集成到接口卡中，接口卡多采用NP(Network Processor，网络处理器)或ASIC(Application Specific Integrated Chip，特定用途集成电路)的方式，多个接口卡通过交换结构相互连接。接口卡是数据进出路由器的端口，它们提供了从物理层和更高层到交换结构的接口。随着新应用的发展和协议的进化，接口卡的任务变得越来越复杂。大多数高端路由器都使用这种设计架构。
上述两种架构的区别在于交换式路由器的转发引擎的功能以分布的方式集成到接口卡中，多个接口卡是通过交换网相互连接。转发表从路由控制器下载，路由控制器负责维护路由表和根据路由协议如OSPF和BGP更新路由表。
图3展示了传统的分组路由器(Packet Router)的处理流程，这种类型的路由器将数据分组共同放入一个输出队列中，对数据、语音、视频的流量处理一视同仁不加区分，当队列较长时，可能会造成0.1秒延迟或更长。
所述集中式路由构架至少存在如下缺点：
1.CPU和总线始终是系统的瓶颈；
2.一颗通用的CPU和一套通用的路由和转发策略显然无法满足数据类型和接口卡的多样化；
交换式路由器虽然解决的集中式路由器的缺点，提高了系统的性能，增加了对接口卡类型的支持，但在所述交换式路由构架至少存在如下缺点：
1.每一种数据类型的接口卡都需要特定的ASIC或者特定的基于NP路由、转发算法，这样无疑增加了开发的难度和产品的成本；
2.随着互联网的快速发展，越来越多的新数据类型出现，开发特定的ASIC或算法无法跟上互联网的发展速度。
并且，随着通信手段的日益繁多，企业内部的通信网络类型并不仅有用于数据通信的Internet(互联网)、LAN(局域网)，还包括用于语音通信的电话网，以及各种无线通信网络，而目前各种不同的网络大多均使用各自的一套通信设备，例如数据通信由路由器和交换机负责，语音通信由程控交换机(PBX)负责，两套设备缺一不可。企业的数据网络和语音网络也是相互独立的两套系统，数据网络由4芯的双绞线构成，语音网络由2芯的模拟电话线构成，两套系统不能相互通信。员工的数据业务和语音业务功能在使用上也采用不同的方式，例如员工要发e-mail(电子邮件)需使用个人电脑，打电话需使用模拟电话机，发传真则必须先打印出文档再使用传真机，业务上无法统一。而现有的其它通信方式如视频电话、无线移动通信，以及未来可能出现的多种业务将需要更多的分立通信系统，这将使中小型的公司不堪重负而使大型公司不胜其烦。
这种设备的独立、网络的分割和业务上的分离给企业和员工带来很多问题：
1.建设成本高。由于数据设备和语音设备是独立的，数据网络和语音网络也是分割的，所以企业必须支付两套设备的成本，并组建两套网络系统；
2.维护成本高。一个是基于IP的数据网络，一个是基于TDM的模拟语音网络，两者技术上有很大的不同，而且多数的企业都没有配备专业的网络维护人员，网络的维护必须外包给其他公司，这给企业带来很多不便和很高的维护成本；
3.生产效率低。
为了改变这种局面，最佳地解决方式是使各种业务相互融合统一。IP语音技术和网络构架的发展使设备融合、网络融合和业务的融合成为可能。首先是设备的融合，如数据路由器和程控交换机可以是同一台设备，有线的路由器和无线的路由器也可以集成到同一台设备。其次是网络的融合，数据网和语音网共用部分网络及网络资源，如共用一个IP网。第三个层面的融合是业务的融合，业务的融合对用户而言是最有吸引力的。如在网络中引入新的业务层面架构，既能和数据网互通，也能和语音网互通。能够给用户提供统一的会话管理、统一的用户标识、统一的用户数据和统一的业务体验。
在此基础上，业界提出了将各种通信业务平台统一，为企业提供多业务统一的路由平台的技术构思。但是现有技术中网络路由器因其种种不足尚无法直接应用于多业务统一的路由平台。
发明内容
本发明的目的即在于提供一种能用于多业务统一服务平台的路由器，把数据分成不同类型的分组流，并为分组流分配必须的数据传输速率和端口，从而以低成本的方式提高路由器的处理能力，为更多的业务类型提供扩展能力。其可以适用于现有的各种通信网络之间的互通，为用户提供多业务统一的寻址和信息传递，方便构造一体化的办公信息环境。
为此，本发明提供了一种多业务路由器，其包括：
一第一处理装置，用于进行多业务路由器的管理控制；一第二处理装置，其连接到所述第一处理装置，用于对数据信息进行检验，判断输入数据信息的数据类型；一个内存模块，其连接到所述第一处理装置，用于为数据流建立虚拟通道进行转发；一个或一个以上业务接口模块，其连接到所述第一处理装置，用于多业务路由器和外部网络之间的数据连接。
本发明还提供了一种多业务融合的路由器控制方法，其包括以下步骤：S1：通过不同的业务接口模块接收来自各种不同类型通信网络的数据信息；S2：使用连接到所述业务接口的第二处理装置对S1中接收到的数据信息的数据类别进行检测并判断其是否属于一特定集合；S3：当S2中判断结果为所述数据信息的类别不属于所述特定集合的时候，所述第二处理装置向与之相连的第一处理装置发送该数据信息，所述第一处理装置对该数据信息进行检验并根据其数据类别在一内存模块为该数据信息建立专用的虚拟通道，并通过该虚拟通道将数据信息转发到相应端口，同时将所述数据信息的类别加入到所述特定集合之中，转到步骤S5；S4：当S2中判断结果为所述数据信息属于所述特定集合的时候，所述第二处理装置将数据信息送入所述内存模块中与该类数据对应的虚拟通道，并通过该虚拟通道将数据信息转发到相应端口，转到步骤S5；S5：回到S1，循环往复S1到S5的过程以进行连续的数据转发。
通过本发明的多业务路由器，可实现设备的融合、网络的融合和业务上的融合，带来诸多益处：
1.建设成本低。一个设备，一个网络，购买和组建的成本都降低。依照本发明的多业务路由器，可以处理融合通信中的数据、语音和视频，并能够提高路由和流量控制的效率，使企业能够低成本高效率的组建自己的融合通信网络。
2.维护成本低。一种基于IP的技术，一种即插即用的规范，一种自我诊断和自我恢复的功能，使维护成本降为零成为可能。
3.提高生产效率。无论是你的员工寻找客户还是客户寻找你的员工，都如此的简单和可靠。
4、更进一步地，随着IPV6等技术的广泛应用，在整个社会范围内的多通信途径统一编码业务的日益成熟，面向个人的统一编码业务使得如本发明的小型多业务路由器由于其成本低廉实现方便，将进入家庭应用领域，成为家庭解决方案的硬件首选，为解决多业务统一编码提供硬件实现基础。
附图说明
图1为现有技术集中式路由器构架示意图；
图2为现有技术交换式路由器构架示意图；
图3为现有技术分组路由器的处理流程示意图；
图4为本发明多业务路由器构架示意图；
图5为本发明的实施例示意图；
图6为本发明多业务路由器的数据流运行示意图；
图7为本发明多业务路由器的应用示意图。
具体实施方式
本发明的一种多业务路由器，包括：一第一处理装置，用于进行多业务路由器的管理控制；一第二处理装置，其连接到所述第一处理装置，用于对数据信息进行检验，判断输入数据信息的数据类型；一个内存模块，其连接到所述第一处理装置，用于为数据流建立虚拟通道进行转发；一个或一个以上业务接口模块，其连接到所述第一处理装置，用于多业务路由器和外部网络之间的数据连接。
本发明多业务路由器的一种具体架构方式如图4所示，其中，所述第一处理装置为用CPU实现；第二处理装置为现场可编程门阵列FPGA实现。所述业务接口模块由接口卡1、接口卡2，接口卡3和接口卡4实现，其包括语音通信业务接口模块、有线互连网络通信业务接口模块、无线互连网络通信接口模块、移动通信接口模块、视频通信业务接口模块、传真业务接口模块中的一种或一种以上。要说明的是，这里以4个接口卡为例但并非以此为限。
对本发明的多业务融合的路由器进行控制的方法，包括以下步骤：
S1：通过不同的业务接口模块接收来自各种不同类型通信网络的数据信息；
S2：使用连接到所述业务接口的第二处理装置对S1中接收到的数据信息的数据类别进行检测并判断其是否属于一特定集合；
S3：当S2中判断结果为所述数据信息的类别不属于所述特定集合的时候，所述第二处理装置向与之相连的第一处理装置发送该数据信息，所述第一处理装置对该数据信息进行检验并根据其数据类别在一内存模块为该数据信息建立专用的虚拟通道，并通过该虚拟通道将数据信息转发到相应端口，同时将所述数据信息的类别加入到所述特定集合之中；转到步骤S5；
S4：当S2中判断结果为所述数据信息属于所述特定集合的时候，所述第二处理装置将数据信息送入所述内存模块中与该类数据对应的虚拟通道，并通过该虚拟通道将数据信息转发到相应端口；转到步骤S5；
S5：回到S1，循环往复S1到S5的过程以进行连续的数据转发。
其中，FPGA模块读取每个数据信息(数据分组)的包头，如果发现该分组属于一个已知类别(已知流)，就将其输送到相应的输出端口，被辨识的未知流数据会被送至CPU(中央处理器)模块。CPU模块根据流的需求和路由器性能等相关信息，为未知流数据分配必须的数据传输速率和端口。并在内存模块为每一个流建立一个虚拟通道(virtual channels)，并以线速(wire speed)转发到对应的端口。多业务的接口模块，把接收到的数据信号转换成路由器能识别的数据，或者将路由器待发送的数据转换成相应接收设备能识别的数据信号。
其中，所述FPGA模块，进一步用于处理CPU模块识别后发送过来的p2p(peer to peer，对等)数据和IP层、TCP/UDP(TCP，Transfer Control Protocol，传输控制协议；UDP，User Datagram Protocol，用户数据报协议)层能够识别的数据。
其中，所述CPU模块，进一步用于通过监测数据速率、持续时间、分组大小和数据流的吞吐量，按需要进行动态调整，按需分配资源给特定的流。也用于从应用层数据的识别如p2p数据，并发送到FPGA模块进行处理。
特别地，可在CPU内设置一内存管理模块，进一步用于管理虚拟通道和维持每个会话(Session)。
其中，所述多个业务接口模块，包括WAN(Wide Area Network广域网)接口模块、ADSL(Asymmetrical Digital Subscriber Loop，非对称数字用户环线)接口模块、VDSL(Very High Bit Rate DSL，甚高速数字用户环线)接口模块、PSTN(Public Switched Telephone Network公共交换电话网络)接口模块、ISDN(Integrated Services Digital Network，综合服务数字网)接口模块、GSM(GlobalSystem for Mobile Communications，全球移动通信系统)接口模块、LAN(LocalArea Network，局域网)接口模块和WLAN(Wireless LAN，无线局域网)接口模块等其中的一种或一种以上。WAN接口模块用于接在ADSL调制解调器后面，提供互联网业务。ADSL接口模块用于接在服务商局端设备后面，提供互联网业务。VDSL接口模块用于接在服务商局端设备后面，提供互联网业务。PSTN接口模块用于接入PSTN线路，提供传统的基于电路交换的语音业务。ISDN接口模块用于接入ISDN线路，提供传统的数字的语音和数据业务。GSM接口模块用于接入GSM网络，提供无线的语音业务。LAN接口模块用于企业有线局域网接口，提供企业有线的数据路由和交换。WLAN接口模块用于企业无线局域网接口，提供企业无线的数据路由和交换。此外，对于接口模块相应的收发设备，包括个人电脑、笔记本、VoIP(Voice over Internet Protocol，通过互联网协议传输语音)电话机和Wi-Fi/GSM(Wi-Fi，Wireless Fidelity)双模手机等。
本发明的多业务路由器的一个具体实施例，如图5所示，包括：CPU模块、FPGA模块、内存模块、WAN接口模块、PSTN接口模块、LAN接口模块和WLAN接口模块。其中，FPGA模块读取每个数据包头，如果发现该分组属于一个已知流，就将其输送到相应的输出端口，被辨识的未知流数据会被送至CPU模块。CPU模块根据流的需求和路由器性能等相关信息，为未知流数据分配必须的数据传输速率和端口。CPU控制内存模块为每一个流建立一个虚拟通道(virtual channels)，并以线速(wire speed)转发到对应的端口。WAN接口模块，连接企业内部网络到互联网。PSTN接口模块，包含语音处理部分(如：DSP，DigitalSignal Processor，数字信号处理器)和模拟接口部分(如：DAA，Data AccessArrangement，数据访问阵列)，语音处理部分将从模拟接口收到的模拟语音转换成RTP格式的数据并送到FPGA模块识别，语音处理部分也将FPGA模块识别出来的RTP(Real-time Transport Protocol，实时传输协议)格式数据流转换成模拟语音信号并通过DAA接口发送到PSTN网络。LAN接口模块，连接企业内部的有线网络，提供数据交换。WLAN接口模块，连接企业内部的无线网络，提供数据交换。
本发明的多业务路由器的数据流运行方式，如图6所示，结合本发明实施例，对该过程说明如下：
数据处理流程：企业网内部用户通过本发明路由器进行Web浏览，Web数据一般为http(Hypertext Transfer Protocol，超文本传输协议)协议格式，传输层是TCP协议。首先TCP的数据通过LAN接口模块到达FPGA模块，FPGA模块识别该数据流为数据应用，在内存模块分配一个流分组虚拟通道，该流数据直接流向WAN接口。
语音处理流程：企业网内部用户通过本发明路由器进行语音通话，并且是和PSTN网络的终端通话，数字语音为RTP协议格式，传输层是UDP协议，语音编码方式为G.711u-law。首先UDP的数据通过LAN接口模块到达FPGA模块，FPGA模块识别该数据流为语音应用，在内存模块分配一个流分组虚拟通道，该流数据直接流向PSTN接口。PSTN接口的语音处理部分根据编码方式，把这个流数据转换成模拟信号并通过模拟接口送到PSTN的终端。
视频处理流程：企业网内部用户通过本发明路由器进行视频会议，数字语音和视频都为RTP协议格式，传输层是UDP协议，语音编码方式为G.711u-law，视频编码方式为H.264。首先UDP的数据通过LAN接口模块到达FPGA模块，FPGA模块识别该数据流为视频应用，在内存模块分配一个流分组虚拟通道，该流数据直接流向WAN接口。
本发明的多业务路由器的应用，如图7所示，根据图7的应用环境如下：
系统包括企业的有线局域网，电话系统，由各个AP组成的企业的无线局域网，以及运营商的蜂窝网络，四个相互独立的系统的由所述设备联系在一起。
个人电脑1连接有线局域网络，可以通过所述设备连接到互联网；
笔记本1连接无线局域网络，可以通过所述设备连接到互联网；
IP电话101连接有线局域网络，可以和IP电话102语音和视频通话；
IP电话101连接有线局域网络，可以通过所述设备连接到互联网，可以和双模设备106语音通话；
IP电话101连接有线局域网络，可以通过所述设备连接到PSTN或者ISDN网络，和PSTN或者ISDN网络的终端电话通话；
双模设备104连接无线局域网络，可以和IP电话102语音通话；
双模设备104连接无线局域网络，可以通过所述设备连接到互联网；可以和双模设备106语音通话；
双模设备104连接无线局域网络，可以通过所述设备连接到PSTN或者ISDN网络，和PSTN或者ISDN网络的终端电话通话。
为了便于将企业的各种通信途径统一管理，提高办公效率和节省通信成本，可以在企业内部建立统一的编码体系。例如：对于每一个员工，将其所使用的各种通信设备的识别标识，如IP地址、座机电话号码、传真号码、移动电话号码、Email等个人信息均关联到一个“员工统一编号”，通过此与每个员工一一对应的“员工统一编号”，可以为每个员工指定唯一的通用识别码，并将该识别码与多业务路由器的路由表中的目的地址建立对应关系，这样，当有外界通过各种不同途径的通信网络与企业内部取得联系时，均可通过统一寻址的方式实现路由转发。
更进一步地，随着IPV6等技术的广泛应用，在整个社会范围内的多通信途径统一编码业务的日益成熟，面向个人的统一编码业务使得如本发明的小型多业务路由器由于其成本低廉实现方便，将进入家庭应用领域，成为家庭解决方案的硬件首选，为解决多业务统一编码提供硬件实现基础。
Claims (10)
1、一种多业务融合的路由器控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：通过不同的业务接口模块接收来自各种不同类型通信网络的数据信息；
S2：使用连接到所述业务接口的第二处理装置对S1中接收到的数据信息的数据类别进行检测并判断其是否属于一特定集合；
S3：当S2中判断结果为所述数据信息的类别不属于所述特定集合的时候，所述第二处理装置向与之相连的第一处理装置发送该数据信息，所述第一处理装置对该数据信息进行检验并根据其数据类别在一内存模块为该数据信息建立专用的虚拟通道，并通过该虚拟通道将数据信息转发到相应端口，同时将所述数据信息的类别加入到所述特定集合之中；转到步骤S5；
S4：当S2中判断结果为所述数据信息属于所述特定集合的时候，所述第二处理装置将数据信息送入所述内存模块中与该类数据对应的虚拟通道，并通过该虚拟通道将数据信息转发到相应端口；转到步骤S5；
S5：回到S1，循环往复S1到S5的过程以进行连续的数据转发。
2、根据权利要求1所述的路由器控制方法，其特征在于，所述内存模块以线速将数据转发到相应端口。
3、根据权利要求1所述的路由器控制方法，其特征在于，所述第一处理装置中内建一专用的内存管理模块，用来对所述内存模块进行管理。
4、根据权利要求1所述的路由器控制方法，其特征在于，所述步骤S2中对数据类别进行检测是指检测数据信息所属的数据流。
5、根据权利要求1所述的路由器控制方法，其特征在于，所述步骤S2中对数据类别进行检测是通过检测数据信息的数据包头进行的。
6、一种多业务路由器，其特征在于，其特征在于，包括：
一第一处理装置，用于进行多业务路由器的管理控制；
一第二处理装置，其连接到所述第一处理装置，用于对数据信息进行检验，判断输入数据信息的数据类型；
一个内存模块，其连接到所述第一处理装置，用于为数据流建立虚拟通道进行转发；
一个或一个以上业务接口模块，其连接到所述第一处理装置，用于多业务路由器和外部网络之间的数据连接。
7、根据权利要求5所述的多业务路由器，其特征在于，所述第一处理装置为CPU。
8、根据权利要求5所述的多业务路由器，其特征在于，第二处理装置为现场可编程门阵列FPGA。
9、根据权利要求5所述的多业务路由器，其特征在于，所述业务接口模块包括语音通信业务接口模块、有线互连网络通信业务接口模块、无线互连网络通信接口模块、移动通信接口模块、视频通信业务接口模块、传真业务接口模块中的一种或一种以上。
10、根据权利要求9所述的多业务路由器，其特征在于，所述业务模块包括WAN接口模块、ADSL接口模块、VDSL接口模块、PSTN接口模块、ISDN接口模块、GSM接口模块、LAN接口模块和WLAN接口模块。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20080910 |