WCDMA系统中基于网络处理器的REM设计

论文摘要

网关作为最常见的网络设备之一，连接着多个差别很大的网络，同时处理着网络间大量的数据流，其性能直接关系到网络用户的通信质量。传统的网关主要基于专用集成电路解决方案(ASIC)，这种方案在带来高性能的同时，却无法回避灵活性不足的问题。而网络应用中对网络设备的最重要的一个要求就是网络设备必须能够适应新协议和新业务的需求，因此将网络处理器(Network Processor，NP)引入传统的网关就显得尤其重要。在WCDMA系统中，RNC(无线网络控制器)与RNC之间，RNC与CN(核心网)之间以及RNC与NodeB(基站)之间信令和数据的传输依赖的是ATM协议，而它们内部信令和数据的传输却采用的是IP协议。为了将CN，RNC和NodeB连接为一个完整的系统，需要设计一个集成路由功能的多功能网关——路由引擎模块(Routing Engine Module，REM)。本文以WCDMA系统中基于网络处理器的REM的设计为例，充分展示NP在现代网关设计中的重要性。本文首先简要介绍了：多功能网关设计的研究现状；网络处理器的发展背景、体系结构、工作原理和发展趋势；第三代移动通信系统和WCDMA基础知识。接着介绍了WCDMA中REM的使用位置和主要功能；通过对原有的基于ASIC的路由引擎模块的归纳和分析，指出原有路由引擎模块存在的问题。为了解决上述问题，本文设计了一种基于网络处理器的旨在进一步挖掘WCDMA中RNC优点的REM实现方案。对比原有基于ASIC的设计方案，该方案所做出的改进有：1)采用支持2.5G全双工吞吐量的网络处理器，极大提高数据包的处理速度；2)增加了一个支持SPI3接口的协处理器，专门处理音频和视频数据，更有效的进行协议转换，减小延迟；3)基于可编程的网络处理器，采用专用编程语言，使软件开发更容易。最后，对本文所设计的路由引擎模块进行了性能和功能测试。测试结果显示，基于网络处理器的路由引擎模块，在性能上和灵活性上都有相当的优越性。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 研究现状与趋势
• 1.3 本文主要的工作
• 1.4 本文组织结构
• 1.5 本章小结
• 第2章 网络处理器简介
• 2.1 NP 的发展背景
• 2.2 NP 的体系结构与工作原理
• 2.3 NP 的发展现状与趋势
• 2.3.1 NP 的市场概况
• 2.3.2 市场发展趋势
• 2.3.3 技术发展趋势
• 2.4 Agere 网络处理器
• 2.4.1 APP550
• 2.4.2 APP100
• 2.5 本章小结
• 第3章 WCDMA 系统及其 REM
• 3.1 第三代移动通信系统
• 3.2 WCDMA
• 3.2.1 WCDMA 关键技术
• 3.2.2 WCDMA 体系结构
• 3.2.3 WCDMA 接入网体系结构
• 3.3 WCDMA 中的 REM
• 3.3.1 ATM 协议简介
• 3.3.2 REM
• 3.3.3 REM 的主要功能
• 3.4 传统 REM 的问题
• 3.4.1 ASIC 简介
• 3.4.2 ASIC 与 NP 的对比
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于 NP 的 REM 设计
• 4.1 硬件设计结构
• 4.2 软件设计结构
• 4.2.1 NP 模块
• 4.2.2 HOST 模块
• 4.3 本章小结
• 第5章 基于 NP 的 REM 实现
• 5.1 NP 模块
• 5.1.1 AAL2 信元转为 UDP/IP/Ethernet 包
• 5.1.2 UDP/IP/Ethernet 包转为 AAL2 信元
• 5.1.3 AAL5 信元转为 UDP/IP/Ethernet 包
• 5.1.4 UDP/IP/Ethernet 包转为 AAL5 信元
• 5.1.5 IPOA 从以太网到 ATM
• 5.1.6 IPOA 从 ATM 到以太网
• 5.1.7 APP550 到 Host CPU 的控制流
• 5.2 HOST 模块
• 5.2.1 初始化流程
• 5.2.2 ATMI 消息
• 5.2.3 ARP 和 ICMP
• 5.2.4 BOOTP
• 5.3 本章小结
• 第6章 系统测试及结果分析
• 6.1 测试导言
• 6.2 测试环境
• 6.3 测试数据及分析
• 6.3.1 功能测试
• 6.3.2 性能测试
• 6.4 测试结论
• 6.5 本章小结
• 第7章 结论
• 7.1 全文总结
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者攻硕期间取得的成果