CN1307829C

CN1307829C - 一种用户数据报文转送方法及转送装置

Info

Publication number: CN1307829C
Application number: CNB2004100464676A
Authority: CN
Inventors: 秦志峰; 任岗; 李铁; 吴应祥
Original assignee: ZTE Corp
Current assignee: ZTE Corp
Priority date: 2004-02-26
Filing date: 2004-06-09
Publication date: 2007-03-28
Anticipated expiration: 2024-06-09
Also published as: CN1561052A

Abstract

本发明涉及一种用户数据报文转发方法及转发装置，应用于集群系统，该装置包含网络处理器，设置于该集群系统网络侧的集群服务器上，用于按群组线速转送用户数据报文。通过在集群系统中建立群组，并利用该网络处理器以实现按群组转发该群组中当前使用用户的数据报文。本发明的用户数据报文转发方法及转发装置实现了用户数据的高效、线速转发，提高了集群系统网络侧资源的利用效率，减少了由报文转发引起的网络延迟，提高了系统处理数据报文的吞吐量。

Description

一种用户数据报文转送方法及转送装置

技术领域

本发明涉及一种用户数据报文转送方法及转送装置，尤其涉及一种应用于集群系统，并在系统中使用网络处理器技术线速转发用户数据报文的方法及转送装置。

背景技术

集群通信系统是一种共享资源、分担费用、共用信道设备及服务的多用途、高效能的无线调度通信系统。它能够提供群组用户之间的一对一或一对多快速语音连接，提供半双工的工作方式。它允许大量用户(谈话群组)共享相对较少的通信链路，由系统来管理通信链路的共享问题，信道的选择和分配对用户而言都是透明的。

与传统语音业务大多都是一对一通信不同，集群业务能实现一对多的话音连接。当使用一对多的集群业务时，可预先定义一组用户，发起呼叫，成功建立一个群组后，系统当前说话用户的话音信息在无线侧被封装成IP数据报文，通过IP网络路由到集群系统的网络侧相应功能实体。网络侧功能实体在收到该群组的用户数据报文(即携带当前说话用户话音信息的IP数据报文)后，复制并修改用户数据报文，然后把复制修改后的报文再发送给无线侧对应的用户。

现有的大多数集群系统方案采用通用处理器实现用户数据报文的上述转发处理。当一个群组同时拥有大量的在线用户时，用通用处理器实现这种复制转发报文的过程，容易在同一群组不同用户的数据流之间产生大的延迟，且限制了系统处理数据报文的流量。

现有的多数集群系统，在网络侧为每一个在线用户都建立一条独立的数据链路，按用户复制转发数据报文。随着谈话群组在线用户数的大量增加，这种按用户复制转发数据报文的方法会大大增加网络侧的数据链路数量，大大增加网络侧的业务流量，增加业务流的迟延。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种用户数据报文转发方法，利用网络处理器，并结合按群组转发用户数据报文的思想，实现用户数据报文的线速转发，克服现有技术存在的网络侧业务流量过大，业务流迟延明显的缺陷。

本发明的另一目的在于提供一种用户数据报文转发装置，利用设置于网络侧的网络处理器，线速地转发用户数据报文。

为了实现上述目的，本发明提供了一种用户数据报文转发方法，应用于集群系统，通过在集群系统中建立群组，并利用设置于该集群系统网络侧的网络处理器实现按群组转发该群组中当前使用用户的数据报文。

上述的用户数据报文转发方法，其中该方法包括如下步骤：

步骤一，该集群系统建立群组，并为该群组的用户与服务器之间建立共享集群数据链路，该共享集群数据链路的状态信息存储于共享集群数据链路连接表；

步骤二，接收当前使用用户的数据报文，根据数据报文中所携带的特定信息查找描述该群组的群组属性表，得到与数据转发相关的信息并形成该用户数据报文的报文描述符；

步骤三，根据该报文描述符查找记录转发信息的共享集群数据链路连接表，并根据查表结果复制修改该用户数据报文形成修改后的用户数据报文；

步骤四，对步骤三得到的修改后的用户数据报文进行路由查找处理；

步骤五，将该处理过的用户数据报文发送至该群组的所有共享集群数据链路上，进而发送给该群组的所有当前使用用户。

上述的用户数据报文转发方法，其中，在步骤二中还包括一步骤：根据数据报文中携带的唯一用户标识信息过滤非法的用户数据报文。

上述的用户数据报文转发方法，其中，所述的唯一用户标识信息为国际移动用户识别码信息。

上述的用户数据报文转发方法，其中，所述的用户数据报文格式为IP/GRE格式。

上述的用户数据报文转发方法，其中，在步骤二中是根据数据报文中的源IP地址和GRE关键字查找该群组的群组属性表。

群组的群组属性表。

上述的用户数据报文转发方法，其中，该算法为哈希算法。

上述的用户数据报文转发方法，其中，在步骤二中所述的与数据转发相关的信息为指向该群组所有共享集群数据链路连接表所构成的链表的指针，需复制修改的用户数据报文的数目。

上述的用户数据报文转发方法，其中，在步骤三中，该查表及根据查表结果复制修改用户数据报文的过程还包括如下步骤：

根据报文描述符记录的信息查找共享集群数据链路连接表，得到该链路的详细转发信息：链路的源端IP地址，目的端IP地址，GRE关键字，GRE序列号；

复制该用户数据报文，并根据上面查表得到的信息修改复制所得报文的IP报头，GRE报头；

重复上述过程直到为每一条共享集群数据链路都复制修改一份该用户数据报文。

上述的用户数据报文转发方法，其中，在步骤四中，该路由查找处理过程还包括如下步骤：

从该修改后的用户数据报文中提取该数据报文的目的IP地址；

根据目的IP地址、以最长匹配路由查找算法查找路由表，得到下一跳MAC地址；

以该得到的MAC地址为目的MAC地址，以集群系统服务器的MAC地址为源地址修改该数据报文的以太网报头。

本发明还提供了一种用户数据报文转送装置，应用于集群系统，其中该装置包含网络处理器，设置于该集群系统网络侧的集群服务器上，用于按群组线速转送用户数据报文。

上述的用户数据报文转送装置，其中该网络处理器为Intel的IXP1200网络处理器，并且该网络处理器对数据报文的处理过程通过消息队列进行通信。

与现有的使用通用处理器技术、按用户转发集群系统用户数据报文的方法相比，本发明具有以下优点：

与按用户转发集群系统用户数据报文的方法相比，使用按群组转发用户数据报文的方法，能够带来分组网络侧资源的高效利用：减少网络侧的数据链路数量、减少网络侧的业务流量、减少业务流的迟延。

与使用通用处理器相比，使用网络处理器技术实现上述的报文处理转发流程，可以极大的提高报文转发的速度，减少由报文转发引起的网络延迟，并可以使整个数据报文的处理形成一条流水线，极大的提高了系统处理用户数据报文的吞吐量。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1A是实现共享集群数据链路的网络结构图；

图1B是本发明所应用的集群系统网络结构图；

图2是本发明中接收进程处理流程；

图3是本发明中复制修改进程处理流程；

图4是本发明中路由进程处理流程；

图5是本发明中发送进程处理流程。

具体实施方式

网络处理器技术主要使用在集群系统网络侧的相应功能实体之中，在本发明中将使用网络处理器技术实现按群组转发用户数据报文的功能模块称为微码子系统。

在群组呼叫情况下，集群系统按一定的方法把该群组的在线用户分成几个小的群组，在网络侧为每个小群组建立一条数据链路，该小群组下的用户都共享该数据链路。在本发明网络侧群组实现链路共享的方案中，集群系统由基站，调度客户端和调度服务器三部分组成，基站是接入设备，调度服务器负责用户数据分发，用户鉴权等，调度客户端用于连接基站和调度服务器，在调度客户端和调度服务器之间为每个群组只建立一条数据链路，称为共享集群数据链路(STDL，Shared Trunk Data Link)，称描述该链路信息的表项为共享集群数据链路连接表(STDL连接表)。链路上的数据为整个群组所共享，调度客户端进行数据分发。

STDL按其处于整个链路的位置分为两部分，其中连接基站与调度客户端部分称为A8d，每个组用户对应一条链路，每条链路有一个关键字(Key)，关键字的一部分用于区别链路，另一部分为区别群组的组编号；连接调度客户端与调度服务器之间的部分称为A10d，每个组对应一条，该链路为该组所有成员共享，同样通过关键字区别不同的链路。

下面结合附图对在集群系统中如何为群组建立共享集群数据链路的问题进行描述。

图1A描述了STDL的网络结构图，从图中可以看出。STDL是基站和调度服务器之间用于传送数据的通道，起点是基站，终点是调度服务器，SDTL分为两部分，中间通过调度客户端相连，连接基站和调度客户端之间的链路为A8d，群组中每一用户对应一条；连接调度服务器和调度客户端为A10d，每个群组对应一条。

本发明提供一种共享集群数据链路的处理方法，包括以下步骤：

步骤1、链路建立消息；其进一步包括下列步骤：

1-1、调度客户端接收共享数据链路建立请求消息，获取该用户所在群组信息，并在组信息表中查找该组信息是否存在；

1-2、如果组信息表中该组信息存在，则进一步判断此建链过程是否为跨调度客户端的切换，如是，则发送登记消息给调度服务器，并填写相应的切换信息和标识该组共享集群数据链路的关键字，登记成功后向基站发送基站和调度客户端之间的共享集群数据链路建立成功的消息，如果不是切换，则直接向基站发送基站和调度客户端之间的共享集群数据链路建立完成消息，并根据组信息表中的该组的用户链表信息将相应的用户信息插入用户链表中；

1-3、如果组信息表中该组信息不存在，调度客户端首先为该组申请组信息空间，申请成功后将组信息插入组表中，并创建该组的用户链表，然后向调度服务器发送登记消息请求建立调度客户端和调度服务器之间的共享集群数据链路部分，登记成功后向基站返回基站和调度客户端之间的共享集群数据链路建立成功消息，否则返回基站和调度客户端之间的共享集群数据链路建立失败消息，并清除相应的信息；

步骤2、处理前向业务帧；其进一步包括以下步骤：

2-1、调度客户端定位到用户信息表中相应组的第一个用户的信息；

2-2、调度客户端从数据缓冲区中取出业务数据，填上帧序号，根据用户信息中保存的该用户所对应的基站和调度客户端之间的共享集群数据链路的关键字将数据发给基站；

2-3、调度客户端从当前用户信息中取出下一个用户的指针，直接定位到下一个用户信息，并跟据其对应的基站和调度客户端之间的共享集群数据链路的关键字将数据发给基站；

2-4、如果当前用户的后续用户指针为空，则从数据缓冲区中删除已发送完的数据；

步骤3、链路释放消息，其进一步包括以下步骤：

3-1、调度客户端获得相应的组用户的链表，并根据标识基站和调度客户端之间的共享集群数据链路的关键字查找到相应用户的信息；

3-2、调度客户端判断该用户是不是该共享集群数据链路上存在的最后一个用户；

3-3、如果判断该用户不是其所在的共享集群数据链路上的最后一个用户，则进一步判断是不是切换消息，如果是切换消息，则向调度服务器发登记消息，登记完成后，从链表中删除相应信息，然后向基站返回基站和调度客户端之间的共享集群数据链路释放完成的消息，如果不是切换消息，则不向调度服务器进行登记，直接从链表中删除相应信息，并向基站返回基站和调度客户端之间的共享集群数据链路释放完成的消息；

3-4、如果是该共享集群数据链路上的最后一个用户，则拆除调度客户端和调度服务器之间共享集群数据链路部分，向调度服务器发送登记消息，请求释放共享集群数据链路，登记完成后，从用户链表中删除相应信息，并向基站返回基站和调度客户端之间的共享集群数据链路释放完成的消息。

本发明的共享集群数据链路的建立，有效地减轻了网络数据流量，减少了数据拥塞，而且为空中共享业务信道提供了可能。

本发明的微码子系统包含有网络处理器，位于该集群系统网络侧的功能实体PDS之内，用于按群组线速转送用户数据报文。本发明的微码子系统使用的网络处理器不仅可以使用Intel公司的网络处理器IXP1200，而且也可以使用其它各种型号的网络处理器，如Motorola公司的网络处理器C-Port、IBM公司的Rainier等。

在本发明的具体实施方式中，微码子系统将本发明所描述的处理方法划分成接收进程、报文复制修改进程、路由进程和发送进程四个进程，一个进程对应于IXP1200网络处理器中的一个微引擎，进程之间通过消息队列进行通信。其主要按如下步骤对用户数据报文进行处理：

步骤二，接收当前使用用户的数据报文，根据数据报文中所携带的特定信息查找描述该群组的群组属性表，得到与数据转发相关的信息并形成该用户数据报文的报文描述符；所述的与数据转发相关的信息为指向该群组所有共享集群数据链路连接表所构成的链表的头指针，需复制修改的用户数据报文的数目。

在本实施方式中，本发明把整个数据报文的处理流程分成了四个进程。当然，也完全可以按不同的需求将整个处理流程划分成不同的进程，只要能够保证各个进程的处理负荷均匀即可。

下面结合附图和实例，对本发明的实施方式进行详细描述。

请参阅图1B，为本发明所应用的数字集群系统的网络结构图，根据需要可以增加功能实体分组数据服务系统(PDSS)。其中：

MS：移动终端11，用户通过使用该设备进行话音业务或数据业务。

BTS：基站收发信机12，完成集群系统基带信号的调制与解调、射频信号收发等功能。

BSC：基站控制器13，完成无线资源的分配、呼叫处理、功率控制以及支持移动终端的各类切换。

MSS：移动交换子系统14，主要完成电话互联业务、普通电话呼叫业务和部分增值业务，由移动交换中心(MSC)、位置归属寄存器(HLR)、拜访位置寄存器(VLR)、鉴权中心(AuC)以及短消息中心(SMC)等实体构成。

PDC：集群分派客户端15，作为集群呼叫接入到集群分派服务器(PDS)的语音数据网关，对反向集群语音业务流进行汇集，对前向集群语音流进行分发。PDC还建立到PDS的专用信令链路，在基站控制器(BSC)和集群分派服务器(PDS)之间传送和集群呼叫有关的信令。

PDS：集群分派服务器16，是集群呼叫的总控制点，完成集群调度呼叫的处理，包括鉴别集群用户、建立各种集群呼叫等。PDS作为调度服务器，还接收反向链路来的集群语音数据，根据呼叫的性质再分发到对应的前向链路

PHR：集群归属寄存器17，完成数据库管理和配置功能，为集群用户提供群组注册、群组成员注册，并提供集群成员的本地信息以及集群成员的业务权限记录，完成呼叫统计和计费功能。

当集群系统成功的建立了群组后，系统为该群组的用户所在各个PDC与PDS之间各建立一条链路，在这里称之为共享集群数据链路(STDL)，称描述该链路状态信息的表项为共享集群数据链路连接表(STDL连接表)。该链路主要用于在对应的PDC与PDS之间传送带有话音信息的用户数据流。

为了讨论方便，将图1B中的三个PDC分别编号为PDC1、PDC2和PDC3。

当系统建立起一个群组后，假设图1B中的所有用户(MS)都属于该群组，并且都同时在线，系统为图1B中的三个PDC与PDS之间各建立一条STDL。为了描述方便，将该群组的PDC1与PDS之间的STDL链路编号为STDL1，PDC2与PDS之间的STDL链路编号为STDL2，PDC3与PDS之间的STDL链路编号为STDL3。

假设PDC1下该群组的某个用户正在说话。该用户的话音帧在PDC1被编码成某种特定的数据格式，例如被封装成IP/GRE格式的数据报文后，由PDC1通过STDL1发往PDS，PDS复制并修改该用户的数据报文并通过相应的STDL发往相应的PDC，即通过STDL1发往PDC1、STDL2发往PDC2、STDL3发往PDC3，然后通过PDC将数据报文恢复成原始话音帧送给该PDC管辖的每个用户。

在图1B所示的集群系统网络结构中，一个群组的同一个PDC下的用户共享同一条网络数据链路。在不同网络结构的集群系统中，可以按不同的方式组建共享集群数据链路。

下面结合附图所示的流程，按照本发明所描述的方法，详细说明在该种网结构的集群系统中，PDS的微码子系统是如何实现群组用户数据报文的高速转发的。其中，在该实施方式中，以国际移动用户识别码(IMSI)信息作为唯一用户标识信息，该用户数据报文格式为IP/GRE格式。

结合图2，PDS的微码子系统接收进程收到用户数据报文后，按如下具体步骤处理：

步骤201、PDS接收到携带说话用户话音信息的IP/GRE形式的数据报文后，根据数据报文的源IP地址(发送该报文的PDC的IP地址)和GRE报头中的GRE Key，根据哈希算法查找该群组的群组属性表；

步骤202、判断步骤201的查表是否成功，若查表失败，则丢弃该数据报文，跳到步骤201开始下一个数据报文的处理，否则继续该数据报文的处理；

步骤203、从步骤201查找到的群组属性表中得到与数据转发相关的信息：如当前正在说话用户的IMSI、由该群组所有STDL连接表组成的链表的头指针、该群组拥有的STDL链路的数目等信息；

步骤204、从数据报文中得到当前正在说话用户的IMSI，并判断该IMSI与群组属性表得到的IMSI是否一致。如果两个IMSI不一致，则丢弃该数据报文，转到步骤201开始新的数据报文的转发处理；如果这两个IMSI一致，则继续对该数据报文进行后续处理；

步骤205、根据以上各步骤得到的相关信息及其它必要信息，如由该群组所有STDL连接表组成的链表的头指针、该群组拥有的STDL链路的数目等，形成该数据报文的报文描述符；

步骤206、将该数据报文挂入优先级低的报文复制修改队列，跳到步骤201开始下一个用户数据报文的处理。

结合图3，PDS的微码子系统报文复制修改进程收到用户数据报文后，按如下具体步骤处理：

步骤301、判断优先级高的数据报文复制修改队列是否为空，如果该队列为空，则跳到步骤302继续处理，否则跳到步骤303继续处理；

步骤302、判断优先级低的数据报文复制修改队列是否为空，如果该队列为空，则跳到步骤301继续处理，否则跳到步骤303进行后续处理；

步骤303、如果是从步骤301直接跳到这一步的，则从优先级高的队列中摘取数据报文，如果是从步骤302直接跳到这一步的，则从优先级低的队列摘取数据报文；

步骤304、从摘取报文的报文描述符中得到与报文转发有关的信息：指向当前正需要转发的链路的STDL连接表的指针、该群组拥有的STDL链路的数目等信息；

步骤305、从STDL连接表中查找得到该STDL对应的PDC的IP地址、GRE Key和GRE序列号等信息；

步骤306、以步骤305得到的PDC的IP地址作为目的IP地址、以PDS的IP地址作为源IP地址修改复制报文的IP报头，根据步骤305得到的GREKey及GRE序列号更新复制报文的GRE报头。

步骤307、将修改后的报文挂入路由处理队列，返回步骤301继续处理其他报文。

结合图4，PDS的微码子系统路由进程的具体处理步骤如下。

步骤401、判断路由队列是否为空，如果为空，则继续判断该队列状态，如果不为空，跳到步骤402继续处理；

步骤402、从路由处理队列摘取报文，并从报文中抽取该报文的目的IP地址(某个PDC的IP地址)；

步骤403、根据目的IP地址、以最长匹配路由查找算法查路由表，得到下一跳MAC地址。其中，MAC地址是固化在网卡上串行EEPROM中的物理地址，通常有48位长。以太网交换机根据某条信息包头中的MAC源地址和MAC目的地址实现包的交换和传递。

步骤404、以步骤403得到的MAC地址为目的MAC地址、以PDS的MAC地址为源MAC地址修改报文的以太网报头；

步骤405、从报文描述符中得到指向当前正需要转发的链路的STDL连接表的指针，然后查表得到指向下一个将发送的STDL连接表的指针，并以新的指针更新报文描述符的记录该项信息的域；

步骤406、将处理后的报文挂入发送队列，返回步骤401。

结合图5，PDS的微码子系统发送进程的具体处理步骤如下：

步骤501、判断发送队列是否为空，如果为空，则继续判断该队列状态，如果不为空，跳到步骤502继续处理；

步骤502、从发送队列摘取报文，从该报文的报文描述符中得到与发送报文相关的各项信息；

步骤503、分片发送数据报文到网络上；

步骤504、判断该报文是否发送完成，如果未发送完成，则跳到步骤503继续发送，如果发送完成，则跳到步骤505继续处理；

步骤505、从报文描述符中得到该报文的复制情况记录，如还剩多少份拷贝需要转发、指向下一个将发送的STDL连接表的指针值；

步骤506、判断是否需要继续复制转发该报文(还需转发的拷贝数大于1并且指向下一个STDL连接表的指针值不为空)，如果不再需要，则释放该报文，跳到步骤501，否则跳到步骤507继续处理；

步骤507、更新报文描述符中记录拷贝份数的域(将该域记录的值减1)；

步骤508、将报文挂入优先级高的数据报文复制修改队列，跳到步骤501开始新一轮处理。

上面所述的具体实施方式不仅适用于图1B所示网络结构的集群系统，而且也适用于基于其他网络结构的集群系统。

用户的话音帧不但可以被封装成本例中所用的IP/GRE格式的报文，而且可以根据不同集群系统的实际需要被封装成其他格式的报文，只是在上面所述的处理流程中的相应部分必须根据具体的报文格式作相应的修改。

并且，在本发明的接收进程中还包括一步骤：根据数据报文中携带的唯一用户标识信息过滤非法的用户数据报文。在例中主要按IMSI过滤非法用户数据报文，当然也完全可以按其它任何的准则过滤非法用户数据报文，只要该准则能够唯一的区分每一个用户。

综上所述，本发明根据集群系统处理用户数据报文的特点，使用网络处理器技术，按群组转发用户数据报文，为系统提供了一种实现用户数据高效、线速转发的技术解决方法。该方法提高了集群系统网络侧资源的利用效率，减少了由报文转发引起的网络延迟，提高了系统处理数据报文的吞吐量。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims

1、一种用户数据报文转发方法，应用于集群系统，其特征在于，通过在集群系统中建立群组，并利用设置于该集群系统网络侧的网络处理器实现按群组转发该群组中当前使用用户的数据报文，该方法包括如下步骤：

步骤一，通过该集群系统建立群组，并为该群组的用户与服务器之间建立共享集群数据链路，该共享集群数据链路的状态信息存储于共享集群数据链路连接表；

2、根据权利要求1所述的用户数据报文转发方法，其特征在于，在步骤二中还包括一步骤：根据数据报文中携带的唯一用户标识信息过滤非法的用户数据报文。

3、根据权利要求2所述的用户数据报文转发方法，其特征在于，所述的唯一用户标识信息为国际移动用户识别码信息。

4、根据权利要求1或2或3所述的用户数据报文转发方法，其特征在于，所述的用户数据报文格式为IP/GRE格式。

5、根据权利要求4所述的用户数据报文转发方法，其特征在于，在步骤二中是根据数据报文中的源IP地址和GRE关键字查找该群组的群组属性表。

6、根据权利要求1所述的用户数据报文转发方法，其特征在于，在步骤二中是根据索引算法查找该群组的群组属性表。

7、根据权利要求5所述的用户数据报文转发方法，其特征在于，该算法为哈希算法。

8、根据权利要求1所述的用户数据报文转发方法，其特征在于，在步骤二中所述的与数据转发相关的信息为指向该群组所有共享集群数据链路连接表所构成的链表的头指针，需复制修改的用户数据报文的数目。

9、根据权利要求4所述的用户数据报文转发方法，其特征在于，在步骤三中，该查表及根据查表结果复制修改用户数据报文的过程还包括如下步骤：

10、根据权利要求4所述的用户数据报文转发方法，其特征在于，在步骤四中，该路由查找处理过程还包括如下步骤：

11、一种用户数据报文转送装置，应用于集群系统，其特征在于，该装置包含网络处理器，设置于该集群系统网络侧的集群服务器上，用于按群组线速转送用户数据报文。

12、根据权利要求11所述的用户数据报文转送装置，其特征在于，该网络处理器为Intel的IXP1200网络处理器。