司偉 姚萌 劉小勇

關鍵詞：自組網；IP業(yè)務；數據包匯聚算法；Power Architecture處理器

自組網通信系統具有無中心、自組織、自愈合、抗毀性強、支持動中通等特點，可以在不依賴網絡基礎設施的場景中提供可靠的組網通信能力，在軍民用領域均有廣闊的應用前景。

無線自組網通信系統作為一種依托無線信道完成實現的通信系統，包括傳輸容量及物理帶寬等關鍵指標在內的通信能力都受到很多限制且易受到干擾。特別是在無中心自組網通信系統中，數據通信時隙需收發(fā)節(jié)點進行預約確定且每個時隙可以傳輸的數據量是確定的，在沒有進行IP業(yè)務匯聚的系統中，傳輸較短的數據包與傳輸較長的數據包需要消耗相同的時隙資源，造成時隙資源的浪費。特別是在業(yè)務帶寬受限的情況下，這種浪費會嚴重影響設備的實際使用體驗。

為了解決時隙資源的浪費問題，必須提升無線自組網通信系統在實際應用場景下的傳輸能力，本文提出了一種IP業(yè)務匯聚算法，并基于Power Architecture處理器硬件平臺進行實現。

1IP業(yè)務匯聚硬件平臺方案

本系統硬件平臺采用恩智浦公司的P4080DS開發(fā)系統進行開發(fā)。

該開發(fā)系統的核心控制模塊采用恩智浦公司P4080多核通信處理器。該處理器采用45nm工藝技術，集成了8個Power Architecture e500mc內核，運行頻率1.5GHz，同時可以提供豐富的外設總線接口和高性能數據通路加速邏輯及網絡，能夠滿足高性能應用的需求，以相對較低的功耗提供高性能的網絡服務。

P4080DS開發(fā)系統提供一個10/100/1000BASE-T網絡接口，可以方便地實現IP業(yè)務的接入；支持4GBDDR3存儲單元和128MB NOR FLASH;支持PCI-e，SGMII，Rapidl/0等多種高速接口，可以方便地與其他模塊實現互聯互通。系統硬件框圖如圖1所示。

2IP業(yè)務匯聚算法的實現

IP業(yè)務匯聚算法在P4080處理器上進行實現，具體的算法需要實現發(fā)送端和接收端的功能。其中，發(fā)送端包括數據接收模塊、路由尋址模塊、鄰節(jié)點消息隊列、業(yè)務匯聚模塊，接收端包括解匯聚模塊、路由尋址模塊、數據發(fā)送模塊、鄰節(jié)點消息隊列及業(yè)務匯聚模塊：接收端的鄰節(jié)點消息隊列及業(yè)務匯聚模塊與發(fā)送端共用，以完成數據中繼轉發(fā)：發(fā)送端將需要發(fā)送的業(yè)務或維護數據，通過路由尋址模塊送入下一跳節(jié)點所對應的消息隊列，經業(yè)務匯聚模塊在合適的時機完成匯聚后發(fā)送至傳輸信道：接收端接收到匯聚幀后，解匯聚模塊將數據包恢復，路由尋址模塊解析恢復后的數據包，依據解析結果進行中繼轉發(fā)或通過數據發(fā)送模塊送往相應的目的地址。相關原理框圖如圖2、圖3所示。

為實現對IP業(yè)務數據包的匯聚及解匯聚，需要對數據包進行封裝并增加額外的幀頭。將系統接收到的IP業(yè)務數據包、系統網絡維護數據包增加2字節(jié)幀長字段、1字節(jié)幀序號字段、1字節(jié)目的節(jié)點號字段，封裝為一個待匯聚的單幀。在匯聚時，將1個或多個單幀進行組合，并增加2字節(jié)幀長字段、1字節(jié)單幀數量字段、1字節(jié)下一跳節(jié)點號字段，封裝為一個匯聚幀。

在發(fā)送端，數據接收模塊接收來自于業(yè)務終端的以太網數據包或無線自組網設備產生的網絡維護數據包，由路由尋址模塊確定數據包的下一跳節(jié)點，將其封裝為單幀并送人對應的消息隊列中。業(yè)務匯聚模塊根據當前數據包長度及時隙資源空閑狀態(tài)來確定是否進行業(yè)務匯聚，若時隙資源空閑，則無需匯聚直接發(fā)送，若當前日寸隙資源被占用，則進行業(yè)務匯聚?；诖?，算法可以在不引入額外時延的基礎上提升傳輸效率。

在接收端，解匯聚模塊接收到數據包后進行解匯聚，并將解析出的單幀送人路由尋址模塊，路由尋址模塊進一步解析數據包，依據目的節(jié)點號判定是否進行數據轉發(fā)。若需要轉發(fā)，則送人各鄰居節(jié)點對應的消息隊列再次判斷是否匯聚，若無需轉發(fā)，則送人數據收發(fā)模塊完成數據包的傳輸。

3系統性能測試

系統性測試包括系統點對點通信吞吐量測試和傳輸時延測試。測試框圖如圖4所示。

3.1吞吐量測試

在2Mbps通信速率檔位下，使用網絡誤碼儀經過通信系統雙向對發(fā)包長為64字節(jié)的IP數據包。在未實現IP業(yè)務匯聚功能的系統上最大僅可實現約320Kbps的業(yè)務傳輸；當采用了本算法后，雙向傳輸速率可達到1.9Mbps。刨除算法開銷后基本實現了滿速率傳輸。

3.2傳輸時延測試

在2Mbps通信速率檔位下，使用網絡誤碼儀經過通信系統雙向對發(fā)共計1Mbps的背景流量，同時使用兩臺計算機經過通信系統進行ping包測試。在未實現IP業(yè)務匯聚功能的系統上，平均ping包時延（單跳往返）可達約120ms；當采用本算法后，平均ping包時延僅需約55ms。

應用IP業(yè)務匯聚算法前后測試結果的對比如表1所列。

4結束語

將基于Power Architecture處理器硬件平臺實現的具有IP業(yè)務匯聚功能的自組網通信系統的通信能力，同傳統無線自組網通信系統進行對比，其吞吐量和在具有背景流量下的通信時延均有明顯改善。其不同于傳統的點對點傳輸設備的IP業(yè)務匯聚算法，本文算法支持多節(jié)點組網中繼傳輸，且不引入額外傳輸時延。該算法有效提升了無線自組網系統的傳輸效率以及設備的實用性。