[发明专利]一种基于GPU和粒子群优化算法的高速路由通信系统及方法

权利要求书

1.一种基于GPU和粒子群优化算法的高速路由通信系统，其特征在于：包括通过互联网总线连接的通信收发单元(1)、路由管理与数据交换单元(2)和电源单元(3)；

所述通信收发单元(1)包括通过数据线连接的收发射频模块(11)、基带收发模块(12)和时钟管理模块(13)；

所述路由管理与数据交换单元(2)包括通过数据线连接的综合接口模块(21)、综合控制与管理模块(22)、GPU模块(23)和数据分发模块(24)；

所述综合控制与管理模块(22)包括CPU处理器(221)，所述GPU模块(23)包括至少2个并行的GPU核处理器(231)，所述数据分发模块(24)包括电连接的FPGA芯片(241)和DDR/GDDR5宽带高速存储器(242)，所述CPU处理器(221)、所述FPGA芯片(241)和所述DDR/GDDR5宽带高速存储器(242)均通过数据线连接；

所述GPU模块(23)用于通过至少2个并行的所述GPU核处理器(231)对数据进行并行协议解析、拆帧组帧、拆包组包和并行交换，所述GPU核处理器(231)用于规划网络拓扑结构最优路径、开启并行粒子群优化运算并获得网络拓扑下的全局最优路径；

所述CPU处理器(221)与所述FPGA芯片(241)用于进行网络数据高速路由与交换。

2.根据权利要求1所述的一种基于GPU和粒子群优化算法的高速路由通信系统，其特征在于：所述DDR/GDDR5宽带高速存储器(242)包括本地接收区域和非本地转发区域；

所述基带收发模块(12)使用FTN信号，所述基带收发模块(12)使用基于FFT系数对称特性的查找表优化算法。

3.根据权利要求1所述的一种基于GPU和粒子群优化算法的高速路由通信系统，其特征在于：所述CPU处理器(221)用于通过之前接收到的全网网络控制面数据包信息，随时更新网络拓扑信息，并设定粒子群优化算法参数、搜索群规模和粒子向量维度后传递给所述FPGA芯片(241)。

4.一种基于GPU和粒子群优化算法的高速路由通信方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、信号接收：微波信号经收发射频模块(11)的天线接收、低噪信号放大、信号下变频后得到基带信号输出至基带收发模块(12)，所述基带信号经过信号滤波、信号采集后变为数字信号，再经过多普勒频偏补偿、载波捕获跟踪、扩频码同步、解括、解调、位同步、帧同步后，得到一帧高度传输数据，所述高度传输通过数据总线输出至路由管理与数据交换单元(2)；

S2、数据接收与转发：所述高速传输数据由高速总线送至接口缓存，FPGA芯片(241)按照DDR/GDDR5宽带高速存储器(242)的时序，快速将接口缓存内数据存入所述DDR/GDDR5宽带高速存储器(242)中；

S3、所述GPU模块(23)判断需求是否为特定数据类型转发需求，如果否，进入步骤S4，如果是，进入步骤S5，所述特定数据类型的判断标准为每帧中包含的短包数据数量；

S4、高速数据拆帧接收：GPU模块(23)开启N个并行的GPU核处理器(231)进行处理，按照每个所述GPU核处理器(231)处理一帧的分配，并行处理N帧AOS帧拆帧、N*M个MPDU拆包工作，并行获取N帧中M个包IP地址，进入步骤S6；

S5、特定数据类型拆帧接收：GPU模块(23)首先开启N个并行的所述GPU核处理器(231)进行处理，按照每个处理器处理一帧的分配，并行处理N帧AOS帧拆帧，然后继续开启M个并行的所述GPU核处理器(231)继续完成每帧中M个MPDU拆包工作，获取N帧中M个包IP地址；

S6、网络路由表更新：CPU处理器(221)定期向GPU模块(23)发送网络路由表更新计算请求，所述GPU模块(23)收到请求后，通过N个并行的GPU核处理器(231)启动粒子群优化算法对最短路径并行查找，更新最短路径路由表后留存于查找表存储空间内；

S7、比对判断：所述GPU核处理器(231)将数据IP与查找表比对，判断数据包是否为本地数据包，如果是，则将所述本地数据包快速存储至所述GPU核处理器(231)的本地接收区域，然后所述FPGA芯片(241)并行快速转发到本地数据接收总线上；如果否，则为非本地数据包，所述GPU核处理器(231)将所述非本地数据包快速存储所述GPU核处理器(231)的非本地转发区域，并由所述FPGA芯片(241)快速分发到基带收发模块(12)的发送链路上；

S8、数据发送：数字信号由数据总线发送到所述通信收发单元(2)，经过调制、编码和扩频后，通过数模转换变成基带模拟信号输出至所述收发射频模块(11)，再经过上变频、功率放大后转换为微波信号发往天线设备向外发送。