基于fpga的td-scdma数据包过滤方法的分析

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1、第l章绪论表1．1算法性能列表过滤算法时间复杂度空间复杂度动态更新备注晰e树算法o(wd)O(NdW)是复杂度以分层树算法为例BV算法O(N／带宽O(dNz)是性能与实现方式有+logN)关，更新速度较慢RFC算法O(1)O(d2w+logN)否更新速度非常缓慢决策树算法O(树深度)O(树宽度)是性能与树深度、宽度的预处理选择有关Hash算法O(1)OfN)是性能与Hash函数的选择和冲突处理策略有关Tuple算法小于O(N)OCN)是不支持范围匹配实际应用对分类规则的灵活性、扩展性、更新性有较高的要求，研究分析表明

2、，目前还没有一种算法能在各方面都满足高速(大于10Gbps)应用的需要，过滤算法需要根据不同的应用需求进行选择，以发挥最佳性能。目前过滤算法的应用方案一般是将多种算法有机结合，在分类速度与存储空间大小之间寻求平衡点，满足快速、灵活、易扩展和实时更新等方面的要求。且算法的搜索性能与它的具体实现方式关系密切，比如是否硬件实现，是否并行流水线实现，是否结合了实际规则集的分布特性等，将算法和硬件结合成为目前过滤应用的研究趋势。1．3论文组织结构为满足3G核心网络中的信息安全要求，本文主要研究了TD．SCDMA网络中核心网的结

3、构，重点分析了其核心网的隧道协议：GTP协议，并提出了在GTP协议内提取关键内容进行数据包过滤的方法。由于3G网络承载用户量大，需要监管的用户量也可能较大，因此大规模用户量的监管对数据包过滤将是一个新的挑战，为满足项目对过滤系统的功能和性能要求，本论文重点研究了当前国内外主流的数据包过滤算法，根据不同的监管用户需求，完成了算法的选择以及仿真应用，设计并实现了基于FPGA的TD．SCDMA核心网数据包过滤系统。经过在TD．SCDMA核心网仿真环境中测试，该系统的处理方案设计以及硬件架构可以满足项目的需求，且系统运行稳定

4、，能够实现千兆数据流的线速处理。本文组织结构如下：第一章为绪论，主要说明本课题的研究背景，阐明3G的发展现状，阐述了3G系统提供方便快捷服务的同时潜在的安全隐患，介绍了国内外关于包过滤的主流技术并对其性能进行了总结；第二章为TD．SCDMA网络监管拓扑结构，简单介绍了TD．SCDMA网络整体结构，重点说明了核心网结构以及核心网内的两个重要网元SGSN、GGSN，阐述了SGSN与GGSN之间的隧道通信协议：GTP协议，在此基础上提出了核心网络的监管系统拓扑结构，并根据这种拓扑结构给出了用于数据包过滤的特征信息提取方案，

5、并对特征信息的结构特性进行了具体分析，使其以最节省存储空间的格式存储于过滤系统；第三章为过滤算法研究，本章为本篇论文的重点之一，研究了当前国内外主流的数据包过滤算法，重点阐述了Hash过滤算法，并对它们的特点和性能进行了分析和比较，详细阐述了其基本原理和实现方法。在此基础上主要介绍了在规则数据库统计概率已知查堕奎兰堡主堂垡丝苎的情况下对关键信息的Hash处理，对CRC．16Hash和AdaptiveHash两种算法进行了详细说明，给出了算法流程和仿真结果，并进行了分析及应用；第四章为基于FPGA的过滤系统设计与实现，

6、本章为本篇论文的重点之一，主要阐述按照第三章过滤算法的步骤，如何进行FPGA硬件的设计与实现，在搭建完毕外围协同工作环境的基础上给出了过滤系统具体的硬件结构以及数据包处理流程，对算法实现后的过滤系统硬件性能给出了分析；第五章为过滤系统测试，搭建TD．SCDMA仿真环境，给出仿真方案，对第四章设计完成的过滤系统进行功能和性能测试，并给出实测结果，对测试结果进行了说明；第六章为结束语，对本文的工作进行了总结，并给出了研究工作中尚可改进的地方。4第2章TD．SCDMA网络监管系统的拓扑结构第2章TD．SCDMA网络监管系统

7、的拓tl、结构2．1TD．SCDMA网络结构TD—SCDMA系统网络结构116J可以分为UMTS地面无线接入网(UTRAN，UTMSTerrestrialRadl‘0accessnetwork)和核心网(CN，CoreNetwork)。UTRAN[16】是无线接入网部分，由一组无线网络子系统(RNS，radionetworksubsystem)组成，每一个RNS包括一个RNC和若干NodeB；CN逻辑上分为电路交换域(CS域)和分组交换域(PS域)，通过CN，TD．SCDMA可以将用户接入到各种外部网络以及业务平台，

8、如：包交换语音网、数据网、Internet、Intranet、电子商务等。TD．SCDMA整体结构如图2．1所示。融：，捆II≥鬻雾翕／翌攀1YIIS二"．≯誊。亨_岛II：i『≮警。2：罗⋯争紫-3、!避罗：焉T⋯二影：萋一警删哆⋯鬻一秀¨嚣。，～一24“}⋯⋯鬻冀篡，“．√“》、一“二一_：=="矗》／／黪<。77n引!⋯誓习CN'。S7习