CN107070537B - 一种基于ip业务数据转发的星载交换装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于IP业务数据转发的星载交换装置，涉及基于IP业务星上交换的卫星通信领域。它由多个输入接口处理模块、接收调度模块、流分类模块、分组处理模块、查表处理模块、队列管理模块、中心调度模块、流量控制模块、发送调度模块以及多个输出接口处理模块等部分组成。本发明具有支持大容量交换、可扩展性强、占用资源少等优点，特别适用于基于IP业务数据转发的卫星通信系统的星上交换装置。

Description

一种基于IP业务数据转发的星载交换装置

技术领域

本发明涉及一种基于IP业务数据转发的交换装置，属于卫星通信系统的星上处理领域。

背景技术

近年来，卫星通信传输距离远、部署快速灵活、全球无缝覆盖、高传输带宽、良好的广播能力和不受各种地域条件限制等优点使卫星通信发挥越来越重要的作用。随着用户对于各类通信服务需求的不断提高，互联网应用的不断普及和影响范围的逐步扩大，各种通信方式都在适应IP协议的应用，卫星通信也不例外。卫星通信已经从传统的透明传输方式，向IP传输方式发展。在IP协议极大普及的今天，卫星通信网络融合采用IP协议，将以更加有效的方式提供数据传输业务，提高卫星信道的利用率，从而降低通信成本。

目前，卫星通信系统星上交换形式只有电路交换和ATM交换，这两种交换形式不适用于IP与卫星通信融合。而卫星有效载荷因对资源、功耗等的高要求，传统的地面IP分组交换的架构不能直接搬到星上使用。

发明内容

本发明的目的在于上述背景技术中的不足之处而提供一种基于IP业务数据转发的星载交换装置。本发明具有支持各类IP业务、可扩展性强、占用资源少、服务质量很好保障等优点，特别适用于基于IP业务的卫星通信系统中。

本发明的目的是这样实现的：

一种基于IP业务数据转发的星载交换装置，包括多个输入接口处理模块1、接收调度模块2、流分类模块3、分组处理模块4、查表处理模块5、队列管理模块6、中心调度模块7、流量控制模块8、发送调度模块9、多个输出接口处理模块10；

多个输入接口处理模块1分别对外部输入的数据帧进行校验适配后存储；接收调度模块2根据设定的算法分别对多个输入接口处理模块1进行调度处理，将调度的数据帧分别输出至流分类模块3和分组处理模块4；流分类模块3提取数据帧的关键信息，并依据流分类器的规则定义进行匹配得到对应的指令码；分组处理模块4发送查询指令至流分类模块3，流分类模块3收到查询指令后将指令码输出至分组处理模块4；分组处理模块4根据指令码对接收调度模块2输出的数据帧进行分类处理操作，得到需要查表的数据帧和不需要查表的数据帧，提取需要查表的数据帧的查表信息和不需要查表的数据帧的调度信息，将需要查表的数据帧的查表信息输出至查表处理模块5，将不需要查表的数据帧的调度信息输出至中心调度模块7，并将不需要查表的数据帧输出至队列管理模块6；查表处理模块5根据需要查表的数据帧的查表信息和外部CPU配置的表项指示对外部CPU配置的表项进行查找，得到查找结果输出至分组处理模块4；分组处理模块4根据查找结果和设定的处理过程对需要查表的数据帧进行处理，并提取需要查表的数据帧的调度信息，将处理后的需要查表的数据帧输出至队列管理模块6，将需要查表的数据帧的调度信息输出至中心调度模块7；队列管理模块6根据接收到的需要查表的数据帧和不需要查表的数据帧更新队列信息，将队列信息发送至中心调度模块7；中心调度模块7根据需要查表的数据帧的调度信息、不需要查表的数据帧的调度信息以及队列信息决策数据帧是否入队，将决策信息输出至队列管理模块6；队列管理模块6将入队的数据帧搬入内部的共享缓存中，将不入队的数据帧丢弃；中心调度模块7将调度信息中的数据帧长信息通过发送调度模块9输出至流量控制模块8；流量控制模块8利用数据帧长信息和令牌桶算法进行运算，得到允许出队信号或不允许出队信号，并输出至发送调度模块9；发送调度模块9对不允许出队信号不作处理，对允许出队信号根据设定的算法对队列管理模块6的各个端口队列进行调度出队，将出队后的数据帧输出至多个输出接口处理模块10经过格式适配后发送出去。

其中，所述的查表处理模块5包括表项配置模块5-1、查表控制模块5-2、精确匹配查找模块5-3、最长匹配查找模块5-4、第一表项存储模块5-5和第二表项存储模块5-6；

所述表项配置模块5-1根据外部CPU配置的表项指示将外部CPU配置的表项配置到第一表项存储模块5-5或第二表项存储模块5-6；分组处理模块4将需要查表的数据帧的查表信息输出至查表控制模块5-2；查表控制模块5-2通过分析查表信息进行决策将查表信息输出至精确匹配查找模块5-3或最长匹配查找模块5-4；精确匹配查找模块5-3接收到查表信息后根据外部CPU配置的表项指示决策查找第一表项存储模块5-5或第二表项存储模块5-6，通过二分查找算法获取到查找结果，将查找结果输出至分组处理模块4；最长匹配查找模块5-4接收到查表信息后根据外部CPU配置的表项指示决策查找第一表项存储模块5-5或第二表项存储模块5-6，通过基于最长前缀的二分查找算法获取到查找结果，将查找结果输出至分组处理模块4。

本发明相比背景技术具有如下优点：

1.本发明所述的查表处理模块5使用两个表项方式查表，同时采用二分法和改进的二分法算法进行精确查找和范围匹配查找，算法简单、处理时延少并且配置时不影响正常通信，满足大容量交换需求。

2.本发明采用多级流水线方法大幅减少数据处理时间，针对单个端口可支持多个优先级队列，输入输出接口数目可根据实际需求扩展，满足各类IP业务交换的需求。

3.本发明的组成部件采用大规模现场可编程器件制作，具有线路简单、体积小、成本低廉、性能稳定可靠等优点，在工程中使用性强。

附图说明

图1是本发明一种基于IP业务数据转发的星载交换装置实施电原理图。

图2是本发明查表处理的实施电原理图。

具体实施方式

参照图1，本发明一种基于IP业务数据转发的星载交换装置，包括多个输入接口处理模块1、接收调度模块2、流分类模块3、分组处理模块4、查表处理模块5、队列管理模块6、中心调度模块7、流量控制模块8、发送调度模块9以及多个输出接口处理模块10。图1是本发明一种基于IP业务数据转发的星载交换装置实施例电原理图，实施例按照图1连接线路。

所述一种基于IP业务数据转发的星载交换装置的多个输入接口处理模块1的作用是对外部输入的数据帧校验适配后存储，等待接收调度模块2调度处理；接收调度模块2的作用是根据设定的算法对多个输入接口处理模块1进行调度处理后将数据帧分别交给流分类模块3和分组处理模块4；流分类模块3的作用是提取数据帧的关键信息，并依据流分类器的规则定义进行匹配得到对应的指令码，并在接收到查询指令后将指令码输出至分组处理模块4；分组处理模块4的作用是发送查询指令至流分类模块3，并依照流分类模块3输出的指令码对接收调度模块2输出的数据帧进行分类处理操作，提取需要查表的数据帧的查表信息，将查表信息交给查表处理模块5，将不需要查表的数据帧交给队列管理模块6，并提取不需要查表的数据帧的调度信息，将不需要查表的数据帧的调度信息交给中心调度模块7；查表处理模块5的作用是根据需要查表的数据帧的查表信息和外部CPU配置的表项指示对外部CPU配置的表项进行查找，得到查找结果交给分组处理模块4；分组处理模块4的另一个作用是依照查表处理模块5送来的查找结果依据设定的处理过程对需要查表的数据帧进行处理，将处理后的数据帧交给队列管理模块6，同时提取处理后的数据帧的调度信息，将需要查表的数据帧的调度信息交给中心调度模块7；队列管理模块6的作用是根据数据帧更新队列信息，将队列信息发送至中心调度模块7；中心调度模块7的作用是根据需要查表的数据帧的调度信息、不需要查表的数据帧的调度信息以及队列信息决策是否入队，若可以入队则队列管理模块6将数据帧搬入内部的共享缓存中，否则丢弃该数据帧；中心调度模块7的另一个作用是将调度信息中的数据帧长信息通过发送调度模块9交给流量控制模块8；流量控制模块8的作用是利用数据帧长信息和令牌桶算法进行运算，得到允许出队信号或不允许出队信号给发送调度模块9；发送调度模块9的另一个作用是对不允许出队的信号不作处理，对允许出队的信号依据设定的算法对队列管理模块6的各个端口队列进行调度出队，出队后的数据帧交给多个输出接口处理模块10；输出接口处理模块10的作用是将收到的数据帧格式适配后发送出去。

所述的查表处理模块5包括表项配置模块5-1、查表控制模块5-2、精确匹配查找模块5-3、最长匹配查找模块5-4、第一表项存储模块5-5以及第二表项存储模块5-6；实施例按照图2连接线路。

其中表项配置模块5-1的作用是根据外部CPU配置的表项指示将表项配置到第一表项存储模块5-5或第二表项存储模块5-6；分组处理模块4将查表信息交给查表控制模块5-2，查表控制模块5-2的作用是通过分析查表信息决策将查表信息交给精确匹配查找模块5-3或者最长匹配查找模块5-4；精确匹配查找模块5-3的作用是接收到查表信息后根据外部CPU配置的表项指示决策查找第一表项存储模块5-5或第二表项存储模块5-6，通过二分查找算法获取到查找结果后交给分组处理模块4；最长匹配查找模块5-4的作用是接收到查表信息后根据外部CPU配置的表项指示决策查找第一表项存储模块5-5或第二表项存储模块5-6，通过基于最长前缀的二分查找算法获取到查找结果后交给分组处理模块4。

实施例中的各功能模块均可在一片Xilinx原厂生产的FPGA系列产品XC4VSX55型号上实现，若输入接口处理模块和输出接口处理模块较多时可进行调整使用多个芯片。

本发明简要工作原理如下：

多个输入接口处理模块1对收到数据帧校验适配存储；接收调度模块2根据设定算法对多个输入接口处理模块1调度处理，将其中一个接口的数据帧搬移至流分类模块3和分组处理模块4，流分类模块3提取数据帧的关键信息分析匹配规则得到指令码；分组处理模块4依据指令码对数据帧进行分类处理操作，提取需要查表的数据帧的查表信息交给查表处理模块5，对不需要查表的数据帧交给队列管理模块6并提取调度信息交给中心调度模块7；查表处理模块5根据需要查表的数据帧的查表信息得到查表结果交给分组处理模块4；中心调度模块7决策数据是否入队，若可入队则将数据搬移到队列管理模块6，否则丢弃当前数据帧；队列管理模块6根据各队列信息，将需要出队的帧的帧长、输出端口和优先级等信息发送给发送调度模块9；发送调度接收到上述信息后，立刻向流量控制模块8发出帧输出申请，若流控通过，发送调度模块9则将此帧出队搬移到输出接口处理模块10；否则将此帧信息寄存等待输出流控通过后再进行处理；输出接口处理模块10对接收到数据帧进行格式匹配发送出去。

Claims (2)

1.一种基于IP业务数据转发的星载交换装置，包括多个输入接口处理模块(1)、接收调度模块(2)、流分类模块(3)、分组处理模块(4)、队列管理模块(6)、中心调度模块(7)、流量控制模块(8)、发送调度模块(9)和多个输出接口处理模块(10)；其特征在于：还包括查表处理模块(5)；

多个输入接口处理模块(1)分别对外部输入的数据帧进行校验适配后存储；接收调度模块(2)根据设定的算法分别对多个输入接口处理模块(1)进行调度处理，将调度的数据帧分别输出至流分类模块(3)和分组处理模块(4)；流分类模块(3)提取数据帧的关键信息，并依据流分类器的规则定义进行匹配得到对应的指令码；分组处理模块(4)发送查询指令至流分类模块(3)，流分类模块(3)收到查询指令后将指令码输出至分组处理模块(4)；分组处理模块(4)根据指令码对接收调度模块(2)输出的数据帧进行分类处理操作，得到需要查表的数据帧和不需要查表的数据帧，提取需要查表的数据帧的查表信息和不需要查表的数据帧的调度信息，将需要查表的数据帧的查表信息输出至查表处理模块(5)，将不需要查表的数据帧的调度信息输出至中心调度模块(7)，并将不需要查表的数据帧输出至队列管理模块(6)；查表处理模块(5)根据需要查表的数据帧的查表信息和外部CPU配置的表项指示对外部CPU配置的表项进行查找，得到查找结果输出至分组处理模块(4)；分组处理模块(4)根据查找结果和设定的处理过程对需要查表的数据帧进行处理，并提取需要查表的数据帧的调度信息，将处理后的需要查表的数据帧输出至队列管理模块(6)，将需要查表的数据帧的调度信息输出至中心调度模块(7)；队列管理模块(6)根据接收到的需要查表的数据帧和不需要查表的数据帧更新队列信息，将队列信息发送至中心调度模块(7)；中心调度模块(7)根据需要查表的数据帧的调度信息、不需要查表的数据帧的调度信息以及队列信息决策数据帧是否入队，将决策信息输出至队列管理模块(6)；队列管理模块(6)将入队的数据帧搬入内部的共享缓存中，将不入队的数据帧丢弃；中心调度模块(7)将调度信息中的数据帧长信息通过发送调度模块(9)输出至流量控制模块(8)；流量控制模块(8)利用数据帧长信息和令牌桶算法进行运算，得到允许出队信号或不允许出队信号，并输出至发送调度模块(9)；发送调度模块(9)对不允许出队信号不作处理，对允许出队信号根据设定的算法对队列管理模块(6)共享缓存中各个端口的队列进行调度出队，将出队后的数据帧输出至多个输出接口处理模块(10)经过格式适配后发送出去。

2.根据权利要求1所述的一种基于IP业务数据转发的星载交换装置，其特征在于：所述的查表处理模块(5)包括表项配置模块(5-1)、查表控制模块(5-2)、精确匹配查找模块(5-3)、最长匹配查找模块(5-4)、第一表项存储模块(5-5)和第二表项存储模块(5-6)；

所述表项配置模块(5-1)根据外部CPU配置的表项指示将外部CPU配置的表项配置到第一表项存储模块(5-5)或第二表项存储模块(5-6)；分组处理模块(4)将需要查表的数据帧的查表信息输出至查表控制模块(5-2)；查表控制模块(5-2)通过分析查表信息进行决策将查表信息输出至精确匹配查找模块(5-3)或最长匹配查找模块(5-4)；精确匹配查找模块(5-3)接收到查表信息后根据外部CPU配置的表项指示决策查找第一表项存储模块(5-5)或第二表项存储模块(5-6)，通过二分查找算法获取到查找结果，将查找结果输出至分组处理模块(4)；最长匹配查找模块(5-4)接收到查表信息后根据外部CPU配置的表项指示决策查找第一表项存储模块(5-5)或第二表项存储模块(5-6)，通过基于最长前缀的二分查找算法获取到查找结果，将查找结果输出至分组处理模块(4)。