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申请/专利权人：中国电子科技集团公司第五十四研究所

摘要：本发明为一种基于NDP协议的IPv6overAOS空间通信系统，属于激光通信技术领域。本发明包括源节点数字信号、中间节点数字信号和目的节点数字信号的交叉处理板卡，具备接收数据和发送数据的功能。本发明将IPv6数据包封装在AOS帧中，通过激光在空间中传输，融合了地面网络与空间网络，满足了现阶段数据传输的高速、大容量需求；以FPGA作为网关，基于NDP协议实现了网关及其子网之间的地址解析功能以及路由表的动态配置，经以太网帧的适配与协议转换实现了IPv6协议与AOS协议之间的映射；结合MPLS技术，基于标签来进行路由决策，相比于原有基于IP路由进行转发的交换方式降低了组网成本，提升了转发效率。

主权项：1.一种基于NDP协议的IPv6overAOS空间通信系统，其特征在于，包括源节点数字信号交叉处理板卡、中间节点数字信号交叉处理板卡和目的节点数字信号交叉处理板卡，每个板卡均包括JTAG接口模块、晶振、系统时钟模块、可编程时钟模块、FLASH模块、SFP收发模块、高速串并转换模块、串口驱动模块、数据存储模块以及FPGA芯片；其中，所述JTAG接口模块用于实现程序的下载或将程序固化存储进FLASH模块之中；每个板卡上的晶振共2个，频率分别为200M和50M，晶振作为设备的启振器件，用于保证电路工作在稳定的频率范围内；所述系统时钟模块由板卡上的200M晶振提供，用于为系统提供时钟信号，使系统各模块保持同步；所述可编程时钟模块用于为高速收发器和控制器提供参考时钟，其输入时钟由板卡上的50M晶振提供；所述FLASH模块为程序及寄存器配置存储设备，用于在板卡上电时将存储在FLASH中的程序烧写入FPGA芯片中；此外，FLASH模块也存储了可编程时钟芯片的寄存器配置程序，设备上电时完成对可编程时钟芯片的配置，实现参考时钟的同步输出；每个板卡上的SFP收发模块共四个，用于实现模数转换或数模转换，SFP收发模块与外部硬件平台或主机通过以太网端口用光纤或网线连接，实现数据包的收发；所述高速串并转换模块具有8路高速数据IO通道，用于实现双向点到点的数据传输；所述串口驱动模块用于接收外部输入的管控消息；所述数据存储模块为FPGA芯片的外部资源，用于存储大传输速率情况下的以太网数据；所述FPGA芯片通过嵌入式程序开发的方式进行数据处理，实现各自功能；所述高速串并转换模块使用8片TLK2711芯片，以构成8路高速数据IO通道；所述管控消息包括源IP地址、Mac地址、入标签、出标签、出端口号、消息类型、消息长度、保留字节的信息，用于构建数据包传输路径，存储数据包出入节点时的标签信息；所述源节点数字信号交叉处理板卡的FPGA芯片包括如下程序模块：第一NDP自主学习模块，用于配置四路SFP收发模块的IP地址和Mac地址，与外部硬件平台或主机互相发送NS报文和NA报文，得到四路SFP收发模块所连接设备的实时地址信息，实现地址解析功能，将以太网数据包准确发送至适配模块；当外部硬件平台或主机通过光纤或网线将以太网数据发送至SFP收发模块后，SFP收发模块进行模数转换，然后将数字信号发送至第一NDP自主学习模块，当外部硬件平台或主机的邻居缓存表中没有目的IP地址对应Mac地址时，需要进行地址解析，此时第一NDP自主学习模块从接收到的NS报文中提取源IP地址和源Mac地址，结合配置的SFP收发模块的IP地址和Mac地址组成NA报文，经SFP收发模块进行数模转换后反馈至外部硬件平台或主机，从而实现邻居缓存表的写入和更新，完成了地址解析；此外，第一NDP自主学习模块定时向外部硬件平台或主机发送NS报文，对邻居缓存表进行查找，维护其与SFP收发模块的连通性；适配模块，用于接收来自第一NDP自主学习模块的以太网数据包并对数据包进行筛选；具体方式为，适配模块对数据包的以太网类型字段、下一头部字段、IPv6类型字段进行判定，得到包含业务信息的IPv6数据包，然后将筛选出的IPv6数据包发送至第一标签查询替换模块；第一RS232串口收发模块，用于接收来自外部硬件平台或主机的FIB表形式的管控消息，并将其发送至第一标签查询替换模块；第一标签查询替换模块，基于MPLS方式进行标签交换，实现数据包在不同节点之间的准确转发；具体方式为，查询第一RS232串口收发模块发来的FIB表，并从对应字段处截取出标签，将其添加到AOS帧的标签域中；协议转换模块，将从第一标签替换模块接收到的AOS帧进一步封装，按AOS帧格式组成固定帧长度的AOS帧，并发送至第一CRC校验模块；第一CRC校验模块，用于根据数据报计算多项式对报文的正确性进行判定，计算IP数据报的首部校验和字段、UDP校验和字段以及以太网帧的帧校验序列字段，将校验值添加到IPv6数据包的相应位置，构成完整的AOS帧并发送到第一TLK2711串并转换模块；第一TLK2711串并转换模块，用于实现并行数据与串行数据的转换以及数据的高速传输；此外，第一TLK2711串并转换模块采用CDR时钟恢复方式实现收发两端时钟的同步，并定期发送comma信息以对齐收端串并转换字节边界；源节点数字信号交叉处理板卡中，高速串并转换模块的TLK2711芯片通过8b10b编解码功能将16bit位宽的并行数据转为串行数据，并将其从源节点数字信号交叉处理板卡的FPGA芯片发送至中间节点数字信号交叉处理板卡的FPGA芯片；所述中间节点数字信号交叉处理板卡的FPGA芯片包括如下模块：第二TLK2711串并转换模块，用于接收来自源节点数字信号交叉处理板卡FPGA芯片的串行数据，串并转换后发送至第二标签查询替换模块进行数据处理，再进行并串转换发送到目的节点数字信号交叉处理板卡；具体方式为，首先根据发送端发送的同步字符建立同步状态，然后不断检测控制信号RKLSB和RKMSB，根据RKLSB和RKMSB的状态判断数据类型，舍去帧头帧尾和同步字符，锁存真正需要的数据，最后检测AOS帧帧头，发送至第二标签查询替换模块；第二RS232串口收发模块，用于接收外部硬件平台或主机下发的LFIB表形式的管控消息，发送给第二标签查询替换模块；第二标签查询替换模块，基于MPLS方式实现标签交换，具体方式为，查询第二RS232串口收发模块发送的LFIB表，根据入标签的数值将对应的出标签替换到AOS帧的标签域中，之后将AOS帧发送到第二TLK2711串并转换模块；所述目的节点数字信号交叉处理板卡的FPGA芯片包括如下模块：第三TLK2711串并转换模块，用于接收来自中间节点数字信号交叉处理板卡的FPGA芯片的串行数据，串并转换后发送到协议转换模块；协议转换模块，用于对来自第三TLK2711串并转换模块的并行数据进行解封装，对包含在其中的以太网帧的以太网类型字段、下一头部字段、IPv6类型字段进行校验，以检测以太网帧的完整性，并将正确的以太网帧发送到第二NDP自主学习模块；第二NDP自主学习模块，用于配置四路SFP收发模块的IP地址和Mac地址，与外部硬件平台或主机互相发送NS报文和NA报文，得到四路SFP收发模块所连接设备的实时地址信息，实现地址解析功能；此外，将得到的所连接设备的实时IP地址信息与以太网帧IP地址字段进行比对，找到与之相应的Mac地址并替换到以太网帧的目的Mac地址字段，并将以太网帧发送至第二CRC校验模块；对于第二CRC校验模块发送回来的以太网帧，根据IP地址选择与之对应的SFP收发模块，从而发送至相连接的外部硬件平台或主机；第二CRC校验模块，对于第二NDP自主学习模块发送来的以太网帧，根据内容计算CRC校验结果并将计算得到的CRC校验值添加到以太网帧的FCS字段，然后将以太网帧发送回第二NDP自主学习模块。

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