基于Power Architecture处理器的IP业务汇聚算法实现

司伟 姚萌 刘小勇

关键词：自组网；IP业务；数据包汇聚算法；Power Architecture处理器

自组网通信系统具有无中心、自组织、自愈合、抗毁性强、支持动中通等特点，可以在不依赖网络基础设施的场景中提供可靠的组网通信能力，在军民用领域均有广阔的应用前景。

无线自组网通信系统作为一种依托无线信道完成实现的通信系统，包括传输容量及物理带宽等关键指标在内的通信能力都受到很多限制且易受到干扰。特别是在无中心自组网通信系统中，数据通信时隙需收发节点进行预约确定且每个时隙可以传输的数据量是确定的，在没有进行IP业务汇聚的系统中，传输较短的数据包与传输较长的数据包需要消耗相同的时隙资源，造成时隙资源的浪费。特别是在业务带宽受限的情况下，这种浪费会严重影响设备的实际使用体验。

为了解决时隙资源的浪费问题，必须提升无线自组网通信系统在实际应用场景下的传输能力，本文提出了一种IP业务汇聚算法，并基于Power Architecture处理器硬件平台进行实现。

1IP业务汇聚硬件平台方案

本系统硬件平台采用恩智浦公司的P4080DS开发系统进行开发。

该开发系统的核心控制模块采用恩智浦公司P4080多核通信处理器。该处理器采用45nm工艺技术，集成了8个Power Architecture e500mc内核，运行频率1.5GHz，同时可以提供丰富的外设总线接口和高性能数据通路加速逻辑及网络，能够满足高性能应用的需求，以相对较低的功耗提供高性能的网络服务。

P4080DS开发系统提供一个10/100/1000BASE-T网络接口，可以方便地实现IP业务的接入；支持4GBDDR3存储单元和128MB NOR FLASH;支持PCI-e，SGMII，Rapidl/0等多种高速接口，可以方便地与其他模块实现互联互通。系统硬件框图如图1所示。

2IP业务汇聚算法的实现

IP业务汇聚算法在P4080处理器上进行实现，具体的算法需要实现发送端和接收端的功能。其中，发送端包括数据接收模块、路由寻址模块、邻节点消息队列、业务汇聚模块，接收端包括解汇聚模块、路由寻址模塊、数据发送模块、邻节点消息队列及业务汇聚模块：接收端的邻节点消息队列及业务汇聚模块与发送端共用，以完成数据中继转发：发送端将需要发送的业务或维护数据，通过路由寻址模块送入下一跳节点所对应的消息队列，经业务汇聚模块在合适的时机完成汇聚后发送至传输信道：接收端接收到汇聚帧后，解汇聚模块将数据包恢复，路由寻址模块解析恢复后的数据包，依据解析结果进行中继转发或通过数据发送模块送往相应的目的地址。相关原理框图如图2、图3所示。

为实现对IP业务数据包的汇聚及解汇聚，需要对数据包进行封装并增加额外的帧头。将系统接收到的IP业务数据包、系统网络维护数据包增加2字节帧长字段、1字节帧序号字段、1字节目的节点号字段，封装为一个待汇聚的单帧。在汇聚时，将1个或多个单帧进行组合，并增加2字节帧长字段、1字节单帧数量字段、1字节下一跳节点号字段，封装为一个汇聚帧。

在发送端，数据接收模块接收来自于业务终端的以太网数据包或无线自组网设备产生的网络维护数据包，由路由寻址模块确定数据包的下一跳节点，将其封装为单帧并送人对应的消息队列中。业务汇聚模块根据当前数据包长度及时隙资源空闲状态来确定是否进行业务汇聚，若时隙资源空闲，则无需汇聚直接发送，若当前日寸隙资源被占用，则进行业务汇聚。基于此，算法可以在不引入额外时延的基础上提升传输效率。

在接收端，解汇聚模块接收到数据包后进行解汇聚，并将解析出的单帧送人路由寻址模块，路由寻址模块进一步解析数据包，依据目的节点号判定是否进行数据转发。若需要转发，则送人各邻居节点对应的消息队列再次判断是否汇聚，若无需转发，则送人数据收发模块完成数据包的传输。

3系统性能测试

系统性测试包括系统点对点通信吞吐量测试和传输时延测试。测试框图如图4所示。

3.1吞吐量测试

在2Mbps通信速率档位下，使用网络误码仪经过通信系统双向对发包长为64字节的IP数据包。在未实现IP业务汇聚功能的系统上最大仅可实现约320Kbps的业务传输；当采用了本算法后，双向传输速率可达到1.9Mbps。刨除算法开销后基本实现了满速率传输。

3.2传输时延测试

在2Mbps通信速率档位下，使用网络误码仪经过通信系统双向对发共计1Mbps的背景流量，同时使用两台计算机经过通信系统进行ping包测试。在未实现IP业务汇聚功能的系统上，平均ping包时延（单跳往返）可达约120ms；当采用本算法后，平均ping包时延仅需约55ms。

应用IP业务汇聚算法前后测试结果的对比如表1所列。

4结束语

将基于Power Architecture处理器硬件平台实现的具有IP业务汇聚功能的自组网通信系统的通信能力，同传统无线自组网通信系统进行对比，其吞吐量和在具有背景流量下的通信时延均有明显改善。其不同于传统的点对点传输设备的IP业务汇聚算法，本文算法支持多节点组网中继传输，且不引入额外传输时延。该算法有效提升了无线自组网系统的传输效率以及设备的实用性。