基于FPGA的TD-SCDMA数据包重组与分流系统的设计

摘要

随着3G移动技术的发展，移动用户的数量呈爆炸式增长。3G网络在给人们通信带来极大便利的同时，也给国家安全和社会稳定带来了很大隐患，网络监管成为网络安全保障的重要手段。本文在国家863课题“TD-SCDMA大规模用户群信息安全关键技术研究”的资助下，主要研究了网络监管系统数据包捕获过程中，基于FPGA的数据重组与数据分流等关键技术。
　　 本文旨在针对TD-SCDMA核心网结构的特点，研究数据包重组查找算法，设计并实现基于FPGA的数据包重组与分流系统，为TD-SCDMA网络的信息安全提供技术支撑。
　　 全文的主要研究工作如下：
　　 1.研究TD-SCDMA网络特点，提出监控系统中数据获取方案的整体架构；在阐述GTP协议的基础上，根据协议中TEID与用户身份IMSI信息之间的关系，提出数据包重组和分流的方案。
　　 2.研究FPGA特性，使用并修改Virtex-5嵌入式三模式以太网媒体接入控制核(Virtex-5Embedded Tri-Mode Ethernet MAC)，打通用户数据传输模块链路；根据MIG核，设计DDR2控制器的用户接口，使用硬件开发平台上的DDR2 SDRAM，为重组中的查找算法提供存储空间。
　　 3.研究查找算法。根据项目需求，提出并实现基于DDR2的硬件查找算法，详细论述该算法的理论基础及实现过程；阐述在FPGA上实现数据包重组和分流的原理，并根据数据包重组和分流方案，设计系统实现的逻辑结构；在完成整体设计的基础上，对系统功能和性能做实物测试，最终实现基于FPGA的TD-SCDMA数据包重组与分流系统。
　　 借助于ISE综合布线工具和Xilinx硬件平台验证，该系统可以实现对100万用户数据重组与分流，处理速度达到1.6Gbps，可实现对TD-SCDMA核心网数据实时处理，满足TD-SCDMA监管系统的需求。