一种基于FPGA的3G链路ATM信元识别重组处理系统及方法

摘要

本发明公开了一种基于3G链路的ATM信元识别和重组处理系统及方法，属于通信技术领域。本发明根据接收模块提取的VPI/VCI，在VPI/VCI表中查找ATM信元的AAL类型，根据查找到的AAL类型送入相应的AAL2重组模块或AAL5重组模块，对其进行重组及校验，AAL2重组模块对接收到的ATM信元按照AAL2标准进行重组及校验，AAL5重组模块对接收到的ATM信元按照AAL5标准进行重组及校验，并提交给网络应用层进行相应处理。本发明提供的3G链路ATM信元识别和重组处理系统，可以应用到相应的通信设备、3G测试仪表，实现信道识别。

说明书

技术领域

本发明涉及网络通信技术领域，具体涉及3G网络中链路层ATM网络适配层的ATM信元识别及重组。

背景技术

随着3G通信技术的发展，通信网络能提供多种类型、高质量的多媒体业务，满足全球漫游能力，任何地点任何时间进行任何种类的通信。ATM技术融合了分组交换的高效率与电路交换的高速率的优点，支持语音、数据、视频多种业务应用。

基于ATM的优势，在3G网络中采用了异步传输模式(ATM)技术，其核心网(CN)与无线网络控制器(RNC)之间的Iu接口，RNC之间的Iur接口，RNC与基站间的Iub接口均采用了ATM技术，根据不同的业务，分别采用了ATM适配层类型2(AAL2)和ATM适配层类型5(AAL5)封装。在采集3G链路数据时，必须对ATM信元类型进行识别，才能正确的重组，然后送给网络高层进行进一步的分析。因此在3G数据采集设备中，对ATM信元适配类型进行识别变得尤为重要。传统的ATM适配层类型识别在高层通过软件的方式来实现，这样执行的速度慢，增大开销，实时性不能满足网络测试需求。因此，有必要设计一种纯硬件实现的快速识别适配层类型并进行重组处理的系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术3G网络中ATM适配层类型识别时执行速度慢，开销大，实时性不能满足网络测试需求的缺陷，基于现场可编程门阵列(FPGA)设计一种3G链路ATM信元识别和处理系统，提高处理速度，给系统更大的弹性和适用性。

本发明解决上述问题的技术方案是提供了一种基于FPGA的3G链路ATM信元识别和处理系统。实现从物理层芯片接受ATM信元并解包和从应用层发送数据到物理层芯片的过程。该信元识别和处理系统包括：接收模块，查找模块，AAL2重组模块，AAL5重组模块，发送模块，虚通道标志/虚通路标志(VPI/VCI)表。

VPI/VCI表存储VPI/VCI和ATM信元适配类型之间的对应关系，预先由应用层指定；接收模块接收物理层的ATM信元，提取ATM信元头部的VPI/VCI；查找模块根据接收模块提取的VPI/VCI，在VPI/VCI表中查找与ATM信元相应的AAL适配类型，根据VPI/VCI的AAL类型属于AAL2或AAL5送入相应的AAL2重组模块或AAL5重组模块对ATM信元进行处理，如果在VPI/VCI表中未查找到与ATM信元头部的VPI/VCI相适应的适配类型，将ATM信元送入AAL2重组模块进行处理；AAL2重组模块根据接收模块提供的VPI/VCI，按照AAL2标准对ATM信元进行解码处理得到信息帧并进行校验，AAL5重组模块根据接收模块提供的VPI/VCI，按照AAL5标准对ATM信元进行解码处理得到信息帧并进行校验；发送模块将经AAL2重组模块和AAL5重组模块重组后得到的信息帧填充完整后通过PCI接口发送到应用层。

所述AAL2重组和校验具体包括，AAL2重组模块根据起始域STF中的偏移段提取公共部分子层分组CPS-Packet，对CPS-Packet进行HEC校验，根据起始域STF中的标识位对公共部分子层协议数据单元CPS-PDU进行奇偶校验。所述AAL5重组和校验具体包括，AAL5重组模块对接收的ATM信元进行重组，形成公共部分汇聚子层协议数据单元CPCS-PDU，对整个CPCS-PDU进行CRC校验。为保证数据校验的正确性AAL2重组模块和AAL5重组模块可对数据进行两次AAL2校验或AAL5校验，两次校验均通过时则判决为与之相应的类型。所述AAL2校验采用奇偶校验和信头差错控制HEC校验。所述AAL5校验采用循环冗余校验CRC校验，对经过AAL5重组后的CPS-PDU进行CRC校验。

对于在查找模块中未找到与之相适应AAL类型的ATM信元，送入AAL2重组模块后，AAL2重组模块将其适配类型标识为AAL2，按照AAL2标准进行重组并进行AAL2校验，校验通过则提示应用层更新VPI/VCI表，提交信息帧，校验未通过则将所述ATM信元的AAL类型标识为AAL5，按照AAL5标准进行重组和校验，如校验通过，提示应用层更新VPI/VCI表，提交信息帧，否则丢弃该ATM信元。

本发明采用以上技术方案，基于FPGA实现，完成3G网络链路ATM适配类型识别，信元的重组。能够提高系统处理速度，给系统更大的弹性和适用性。由于FPGA资源的限制，VPI/VCI表可根据网络实际情况进行配置，这样可以对3G链路进行信元识别，满足数据采集处理实时性的要求。本发明用于ATM数据采集处理的装置中，实现信元的识别，并完成用户信息的重组。

附图说明

图1根据本发明设计的链路ATM信元识别及重组系统原理框图

图2本系统工作处理流程图

图3VPI/VCI表中的信息存储格式

图4ATM信元格式的方框图

图5AAL2中信息包CPS-Packet的格式

图6AAL2中信息CPS-PDU的格式

图7AAL5中信息包CPCS-PDU的格式

图8提交给应用层的数据帧的格式

图93G链路ATM信元识别及重组流程图

具体实施方式

下面参考附图对本发明的实施进行清楚说明，本发明采用纯硬件的FPGA方式，实现3G链路ATM信元识别和重组。

图1所示为本发明基于FPGA的3G链路ATM信元识别及重组系统原理框图。该系统包括以下功能模块：接收模块、AAL2重组模块、AAL5重组模块、发送模块、VPI/VCI表。接收模块从物理层芯片接收ATM信元数据，将接收的ATM信元放在一个信元缓冲区中，提取ATM信元头部的VPI/VCI。其中的查找单元根据ATM信元的VPI/VCI对在VPI/VCI表中查找相应的适配层类型，判断其适配类型属于AAL2或AAL5，并根据所属的适配类型分别送入相应的AAL2重组模块或AAL5重组模块，AAL2重组模块按照AAL2标准对ATM信元进行解码处理，AAL5重组模块按照AAL5标准对ATM信元进行解码处理，处理完后由发送模块通过PCI接口总线发送到应用层。解码处理具体是提取公共部分子层—分组数据包(CPS-PACKET)和VPI/VCI信息，通过PCI接口提交给应用层处理。

在系统中由FPGA维护有一张VPI/VCI表，该VPI/VCI表存储有ATM信元的VPI/VCI和与之相应的信元适配类型，根据ATM协议，VPI/VCI的取值为0～4095(NNI)或0～255(UNI)，VCI的取值为0～65535，在识别为AAL2类型时信道标识符CID的取值为1～255。该VPI/VCI表具有更新功能，应用层通过预设可对此表进行更新。

查找单元根据接收模块提取的VPI/VCI对，采用哈希表查找算法在VPI/VCI表中查找与之相应的AAL的类型。根据查找结果，对AAL2类型的ATM信元，送入AAL2重组模块按照AAL2进行重组，对AAL5类型的ATM信元，送入AAL5重组模块按照AAL5进行重组，对于在VPI/VCI表中没有查找到相应类型的ATM信元，直接送入AAL2重组模块进行处理。

AAL2重组模块，对送入AAL2重组模块的ATM信元按照AAL2标准进行重组，重组的内容主要包括，从公共部分子层协议数据单元CPS-PDU中提取出公共部分子层数据包CPS-PACKET，再次从CPS-PACKET中提取CPS-PACKET净荷CPS-PP，将从ATM信元头部提取的VPI/VCI中的CID参数和CPS-PACKET净荷CPS-PP重组后提交信息帧。对不是AAL2类型的ATM信元，按照AAL2进行重组，重组后进行AAL2校验，如果通过校验，则识别其为AAL2类型，重组后向发送模块提交信息帧，通知应用层是否更新VPI/VCI表。

AAL5重组模块，对送入AAL5重组模块的ATM信元按照AAL5标准进行重组，重组后进行AAL5校验，如果通过校验，则识别其为AAL5类型，提取VPI/VCI参数，和CPCS-PDU净荷，然后提交信息帧，通知应用层是否更新VPI/VCI表，如校验仍失败则丢弃该ATM信元。

图2为本发明系统工作流程图。

S101：检测物理层信息，数据接收模块接收ATM信元，提取ATM信元中的信道参数VPI/VCI对，发送给数据查找单元；

S102：根据数据接收模块中提取的VPI/VCI对，在VPI/VCI表中查找ATM信元负载类型对应的适配类型，根据找到的适配类型发送给相应的处理模块；对于没有找到对应适配类型的ATM信元发送给AAL2重组模块；

S103：当查找模块查找到接收的ATM信元负载类型为AAL2时，送入AAL2重组模块按照AAL2进行重组，即进行解码处理，提取相关参数，向发送模块提交信息帧；对于在VPI/VCI表中没有找到对应适配类型的ATM信元按照AAL2进行重组，重组后进行AAL2校验，在校验通过的情况下，识别AAL的类型为AAL2，向发送模块提交信息帧，通知应用层是否更新VPI/VCI表；

S104：当查找模块查找到接收的ATM信元负载类型为AAL5时，送入AAL5重组模块按照AAL5进行重组，即进行解码处理，提取相关参数，向发送模块提交信息帧。对于在AAL2重组模块中进行AAL2校验失败的ATM信元，送入AAL5重组模块按照AAL5进行重组，然后进行AAL5校验，当校验通过后，识别接收的ATM信元负载类型为AAL5，提取相关参数，提交信息帧，通知应用层是否更新VPI/VCI表。如进行AAL5校验失败则丢弃该ATM信元；

S105：当AAL2重组模块对ATM信元进行自适应处理进行AAL2校验失败后，则将该ATM信元传送给AAL5重组模块；

S106、S107：当ATM信元按照AAL2、AAL5进行重组，校验正确后，将数据帧发送出去，当在VPI/VCI表中没有查找到从该ATM信元中提取的VPI/VCI时，按照设置更新VPI/VCI表。返回S101，重新从物理层接收ATM信元；

AAL2重组模块对ATM信元进行AAL2校验处理采用奇偶校验和HEC校验。AAL5重组模块对ATM信元进行AAL5校验处理采用CRC校验。为保证校验正确性，AAL2和AAL5的校验次数可分别采用两次。

对被判决为AAL2适配类型的ATM信元，或在VPI/VCI查找表中未找到适配类型的信元进行AAL2校验，对通过AAL2校验的发送命令提示应用层更新VPI/VCI表，并提交信息帧，在未通过AAL2校验时将ATM信元类型标示为AAL5，并送入AAL5重组模块进行解码处理，并进行AAL5校验，如果通过校验，发送命令提示应用层更新VPI/VCI表，提交信息帧，否则丢弃信元。

系统通过FPGA维护VPI/VCI表，用来查找对应的适配类型，VPI/VCI表的格式如图3所示，VPI/VCI表可以根据设置进行更新。VPI/VCI表为37位，前面28位为ATM适配类型，确定适配类型是AAL2或AAL5，当确定为AAL2类型时，再确定信道标识CID，查询属于哪一个信道。由于采用FPGA的方式实现，资源有限，故可以对VPI/VCI表缩减使用，如只使用低位或高位有效位。

图4所示为ATM信元格式方框示意图，分别示出UNI接口的ATM信元和NNI接口的ATM信元的结构示意图，包括数据单元：VPI、VCI、GFC、PTI、CLP、HEC以及负载单元。

图5所示为AAL2中信息包CPS-Packet的格式，其中字段标识及占用比特数如下：信道标识符CID：8bit，长度指示LI：6bit，用户到用户指示UUI：5bit，头部错误校验HEC：5bit，CPS-INFO信息：1-45字节。

图6所示为AAL2中信息CPS-PDU的格式，其中字段标识及占用比特数如下：起始域OSF：6bit，系列号SN：1bit，就校验位P：1bit，填充域PAD：0—47字节。

图7所示为AAL5中信息包CPCS-PDU的格式，其中字段标识及占用比特数如下：填充字节PAD：0—47字节，用户到用户指示CPCS-UU：1字节，公共部分指示CPI：1字节，CPCS_SDC的长度：2字节，循环冗余校验CRC：4字节。

AAL2重组模块和AAL5重组模块根据上述字段标识对ATM信元进行相应的重组、校验、AAL类型标识等操作。

图8为根据本发明，数据重组完毕检测无误后数据发送时信息格式，包含了相应的信道信息VPI/VCI，CID，UUI，Length，用户信息。本结构是根据AAL2和AAL5的特征自己定义的一种帧结构，首部的四个字节标识VPI/VCI的值，第五个字节标识CID的值，第六个字节标识UUI信息，第六和第七个字节标识本数据单元净荷的长度，从第八个字节开始即为数据净荷开始。

图9为本发明ATM信元识别及重组的数据处理流程图。

3G数据链路ATM信元适配类型识别运用了ATM适配层的校验原理。当接收到ATM信元时首先提取参数VPI/VCI，在VPI/VCI表中对提取的参数VPI/VCI进行适配类型查找，根据查找结果对ATM信元进行AAL2或AAL5重组，先按照AAL2进行重组，当ATM信元剥去信头的5个字节时便形成48个字节的公共部分子层协议数据单元CPS-PDU，根据起始域STF中的P标识位对CPS-PDU进行奇偶校验并检查传输是否错误，然后根据STF域中的偏移段OSF字段确定CPS-PDU中的第一个CPS-Packet的位置，从而提取到公共部分子层分组CPS-Packet，再对CPS-Packet进行HEC校验，校验两次均正确则认定为AAL2类型；如果通过HEC校验后判断为不是AAL2类型，则对CPS-PDU按照AAL5标准进行重组，形成公共部分汇聚子层协议数据单元CPCS-PDU，CPCS-PDU由多个CPS-PDU对接而成，最后一个CPS-PDU由PTI的最低位确定，若为‘1’则是最后一个CPS-PDU，否则不是。然后对整个CPCS-PDU进行CRC校验，若校验结果为‘0’，则校验正确，校验两次均正确则认定为AAL5类型，形成相应的信息帧，发送出去，并根据设置请求应用层更新VPI/VCI表。

本发明基于FPGA实现，完成3G网络链路ATM适配类型识别，信元的重组。提供的3G链路ATM信元识别和重组处理系统，可以应用到相应的通信设备、3G测试仪表，实现信道识别。