超级基站架构下协议处理资源分配和管理方法的研究

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随着移动通信技术和设备的革新,以及移动互联业务应用需求的增加,移动通信网络中的用户对无线传输速率的要求也在不断提高,从而导致基站的覆盖范围越来越小,需要部署高密度的基站来完成网络覆盖。在传统基于分布式基站的接入网架构下,会出现基站建设和维护开销巨大,小区间干扰严重,硬件资源无法共享等问题。因此,集中式接入网概念和架构应运而生。在集中式接入网架构中,远端的射频端口和集中化基站处理设备相分离,在减少建设维护成本的同时为基站处理资源的共享和灵活分配创造了良好的基础条件。中国移动提出的C-RAN,中科院计算所提出的超级基站,清华大学提出的CONCERT等网络架构均属于集中式接入网架构。  在集中式接入网架构中,各个基站的基带和协议处理实体可以灵活组织并共享处理资源。在协议处理方面,尽管集中式接入网架构为处理资源的分配和管理带来了很大优势,但仍面临无法在提高处理资源利用率的同时保证协议处理实时性的问题。因此,如何解决上述问题,建立起集中式协议处理资源的优化分配和管理机制,是超级基站等集中式接入网架构下的关键研究内容之一。  目前,和基站协议处理相关的研究主要包括协议处理实体在处理器中的组织方式和进程模型优化等,但主要针对单终端或单基站协议处理系统,对集中式基站架构下的多基站协议处理实体共存时的组织运行,只停留在概念模型提出阶段。集中式处理资源管理的研究方面,目前所提出的处理资源分配、调整以及负载均衡的策略和方法,绝大部分都是针对数据中心和计算中心等环境。对于在通用处理器下进行集中化的基带处理时,任务在处理器上的分配和映射方式也有少量相关研究。尽管如此,当前仍缺少对多基站的协议处理实体共存时,针对协议处理的特点进行处理资源分配和动态调整方法的研究。  为实现超级基站架构下协议处理资源的高效分配和管理,保证集中式协议处理的顺利进行,本论文对超级基站下协议处理资源的分配,多协议处理实体在处理器上的组织运行,以及协议处理资源动态调整三个方面进行了相关研究,研究成果和贡献包括:  1.提出了一种和网络负载变化相适应的处理资源分配方法LDA。该方法考虑到不同基站的协议处理负载差异,以及负载在多个时段的变化,提出从基站协议处理实体到集中化的各个协议处理设备的最优映射方法,使得在系统运行的各个时间段,协议处理设备上映射的基站协议处理实体,其负载组成尽可能具有互补性,从而充分利用处理资源。此外,本文将最优化的LDA处理资源分配方法进行了扩展,提出了H-LDA处理资源分配方法,通过对协议处理实体按照所属的区域类型进行分组,并在组内使用LDA进行处理资源分配,使该方法可以支持大规模基站协议处理的集中化。通过实验仿真,验证了本文所提出的处理资源分配方法可以和协议处理的负载变化相适应,对比按照峰值负载或平均负载进行分配的传统方法,可以显著提高处理资源利用率。  2.提出了一种多个TDD模式下的协议处理实体在同一个处理器上的组织和运行机制DAOM。该机制基于对协议处理中上行和下行数据处理实时性要求不同这一特征的分析,动态改变下行数据处理的提前程度,并且将连续多个下行子帧对应的协议数据处理负载,作为一个整体进行连续处理,减少或消除上行数据处理进程及不确定进程调度对下行数据处理的实时性所造成的影响,在不降低处理资源利用率的前提下,保证协议处理的实时性。仿真结果显示,对比下行协议数据处理提前量固定的组织运行方式,本文所提出的协议处理组织运行方式可以更好地保证协议处理的实时性。  3.提出了一种基于处理器可调整关系优化连通图的处理资源动态调整方法。该方法根据多个协议处理实体在处理器上组织和运行的特点,对各个处理器的状态信息进行维护和更新,用最小生成树作为优化连通图,维护处理器之间的处理资源可调整关系。基于优化连通图,该方法在各个处理资源调整周期选择相应的协议处理源处理器和目标处理器,根据其出现处理资源不足的概率进行渐进性的处理资源调整。通过实验仿真,验证了本文所提出的协议处理资源动态调整方法,可以在明显减少处理资源不足出现次数的同时,降低处理资源调整的开销。
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