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基于DPAA的LTE系统加速方案的设计与实现

作　者: 李斌
导　师: 朱宇霞
学　校: 武汉邮电科学研究院
专　业: 通信与信息系统
关键词: 长期演进网络处理器数据路径加速架构
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 3次
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内容摘要

因特网的迅速发展和推广应用使人们对它提出了不断增长带宽和复杂服务的需求。未来的网络不仅需要更大的带宽,还要求它能不断增加新的服务,包括数据包调度以提供IP上的区分服务质量(QoS),在公共网络上提供安全通信等。如何实现这些新的功能,以及如何适应不断增加的网络业务类型增长的需求是对网络系统厂商提出的挑战之一。为适应这种不断发展的网络技术,出现了网络处理器这种新的微处理器。网络处理器是一种专用于网络系统的微处理器,它使得网络系统能够具备高性能和灵活性,能够通过软件的升级以适合不断增长的功能需求,为网络技术的发展提供了开放的舞台,因而具有十分重要的意义。而且随着时代的发展,涌现了一大批性能卓越的新型处理器,而且越来越多的应用到网络设备中来。本文使用飞思卡尔公司多核网络处理器P4080作为开发平台,重点研究该处理器的架构,并对现有LTE系统中设备功能及其相关软件进行实现和优化。本文首先描述了LTE系统架构和相关性能指标,分析了LTE系统软件要实现的功能。随后重点介绍了网络处理器P4080的硬件架构,特别是重点分析和研究了其中的重要模块,即数据路径加速架构DPAA,对其内部模块的原理和应用做了详细的研究和分析,包括队列管理,内部管理和帧管理等。同时分析了VxWorks系统中,基于DPAA的网络数据包的处理流程。在此基础上,结合DPAA在硬件性能上的优势和LTE系统中具体要实现的功能,提出了DPAA优化方案,包括使用DPAA完成PDCP子层的加密和平台软件的优化。最后搭建了系统验证平台,分别作了功能和性能测试。测试结果表明,该设计方案能够满足LTE系统处理要求,而且优化后,整体性能得到较大提升。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
第1章绪论  7-14
  1.1 LTE系统概述  7-8
  1.2 空口协议栈概述  8-10
    1.2.1 用户面协议栈结构  8-10
    1.2.2 控制面协议栈结构  10
  1.3 网络处理器研究现状及其趋势  10-12
  1.4 论文研究主要内容  12-14
第2章 P4080硬件平台概述  14-31
  2.1 P4080网络处理器  14-15
  2.2 数据通道加速架构DPAA  15-30
    2.2.1 队列管理器QMAN  21-23
    2.2.2 缓存管理器BMAN  23-24
    2.2.3 帧管理器FMAN  24-28
    2.2.4 SEC加密引擎  28-30
  2.3 本章小结  30-31
第3章 VXWORKS下基于DPAA的网络数据包处理流程分析  31-43
  3.1 网络数据包处理流程分析  31-42
    3.1.1 VxWorks TCP/IP协议栈及数据包处理流程分析  31-37
    3.1.2 DPAA下数据包的处理流程分析  37-42
  3.2 本章小结  42-43
第4章基于DPAA的PDCP加解密及其完整性保护实现  43-51
  4.1 PDCP子层结构及功能  43-45
  4.2 PDCP的加密及其完整性保护流程  45-47
  4.3 DPAA加密实现过程  47-50
  4.4 本章小结  50-51
第5章 DPAA优化平台软件方案实现  51-59
  5.1 LTE系统软件概述  51
  5.2 平台软件(OSP)介绍  51-55
    5.2.1 内存管理功能  53-54
    5.2.2 队列管理功能  54-55
  5.3 优化方案实现  55-58
    5.3.1 队列管理优化方案  56-57
    5.3.2 内存管理优化方案  57-58
  5.4 本章小结  58-59
第6章实验与测试  59-65
  6.1 PDCP加密及其完整性保护方案测试  59-61
    6.1.1 单板功能测试  59-60
    6.1.2 系统性能测试  60-61
  6.2 平台软件优化方案测试  61-64
    6.2.1 BMAN优化内存池管理测试  61-62
    6.2.2 QMAN优化消息队列管理测试  62-63
    6.2.3 BMAN/QMAN优化后消息吞吐量测试  63-64
  6.3 本章小结  64-65
第7章总结与展望  65-67
  7.1 全文总结  65-66
  7.2 下一步工作  66-67
参考文献  67-69
致谢  69-70
附录1 攻读硕士学位期间发表的论文  70-71
附录2 主要英文缩写语对照表  71

基于DPAA的LTE系统加速方案的设计与实现

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