基于基站资源池的多粒度可伸缩封装装置和方法制造方法及图纸

一种基于基站资源池的物理层基带信号处理算法封装装置和方法，装置设有：资源消耗预估、算法封装和资源占用统计三个模块；先将基站物理层信号处理过程基于功能级别划分为多层次操作步骤，尤其对计算密集型操作算法拆分为多个子算法，以便实现并行处理和减少时延；再根据划分后的处理操作，确定多粒度封装方案集合和进行仿真试验，统计各方案的资源消耗状况，为后续实时封装算法提供参考；当待处理数据到达时，根据数据量及实时性要求，预估处理数据的最大与最小的资源消耗量及其占用时间；再根据资源消耗预估及系统资源实时占用情况，选择适宜的算法封装方案在集中的硬件资源上进行处理。本发明专利技术适应数据处理的潮汐效应，均衡硬件资源负载。

Multi granularity scalable packaging device and method based on base station resource pool

A device is provided with a base station physical layer resource pool of baseband signal processing packaging device and method, based on resource consumption prediction algorithm, package and resource occupancy statistics for the three modules; the first base station physical layer signal processing based on the functional level is divided into multiple steps, especially for the computation intensive operation algorithm is split into multiple sub algorithm, in order to achieve parallel processing and reduce the delay; then according to the processing operation after partition, and determining a set of simulation experiments of multi granularity encapsulation scheme, consumption statistics for various resources, for the subsequent real time algorithm package to provide reference data to be processed; when arrived, according to the amount of data and real-time requirements, estimates of consumption the amount and time of processing data of maximum and minimum resources; according to resource consumption prediction and real-time system resources occupancy, selection The appropriate algorithm package is handled on a centralized hardware resource. The invention adapts to the tide effect of data processing and balance the hardware resource load.

【技术实现步骤摘要】
基于基站资源池的多粒度可伸缩封装装置和方法
本专利技术涉及一种基于基站资源池的多粒度可伸缩封装装置和方法，属于无线通信的

技术介绍
目前，尚未检索到有关基站资源池或云基站中对基带信号处理算法进行封装的技术方案。现有技术提供了针对云基站的下述基带信号处理方法：《一种云基站中基带信号处理方法》(中国专利申请号：201310011078.9，公告号：CN103095411)，该基带信号处理系统包括有主链路信号处理计算模块、各基带信号处理计算模块和数据库服务器。主链路信号处理计算模块将基带信号处理过程进行分段与编号；分散在网络中的各基带信号处理计算模块各自分别负责一段基带信号的处理；数据库服务器用于存储网络中所有基带信号处理计算模块的网络地址、所负责分段处理的编号和负荷信息。该系统的处理方法实现过程如下：主链路信号处理计算模块将所有需要后续分段处理的数据、分段处理的编号以及参数、目的计算模块打包，并将数据包发送给本地通信管理器；通信管理器提取下一段数据包的分段编号，在数据库服务器中查找分段处理编号对应的计算模块，选择负荷小的计算模块进行处理；然后将当前已处理的数据、未处理的分段编号、参数等重新打包发送至通信管理器。然后，重复上述数据转发处理的步骤。该技术方案的优势是：能够实现在网络中大量计算模块间的数据有序传输，使各个基带信号处理计算模块和主链路信号处理计算模块在网络资源动态变化情况下，实现数据有序流动，降低网络中的数据流量。但是，该技术方案将需要处理的数据分散至网络中，每段处理时均需重新打包，并发送到通信管理器、执行数据库寻址等操作，因此在基带处理时，会引入较大处理时延，尤其是部署3G、LTE/LTE-Advanced系统时，难以获得较好的实时性。传统的通信设备往往是由某一家厂商独立提供整套解决方案，系统维护或者升级的依赖性高。然而，随着近几年能源资源紧张，全球移动通信网络运营商面临日渐严重的成本压力；全球大多数主流运营商通常都是同时拥有2至3个不同通信制式的网络。为了保证网络的服务质量，必须部署大量基站，用于解决网络覆盖问题。因此，站址和机房资源的相对稀缺，与不断增长的基站数量的矛盾在一定时期内无法协调。目前，已经成为运营商无法回避的难题。尽管在运营成本方面面临巨大压力，由于移动通信市场的激烈竞争，单用户平均收入增长缓慢、甚至下降，运营商的“盈利”能力并不随之提高，而运营商收入的下降必将导致建网和设备采购投资成本的压缩。面对这种局面，出于行业持续盈利和长期发展考虑，移动通信产业界提出通过改变接入网络架构来解决这个问题。参见图1，介绍新型的基于基站资源池的基站系统架构组成：主要包括三大组成部分：由远端无线射频单元RRU(RadioRemoteUnit)与天线组成的分布式无线网络，连接远端无线射频单元、并具备高带宽、低延迟的光传输网络，以及由采用实时虚拟技术的多个通用处理器组成的集中式基带处理池。集中式基带处理池中的所有基带处理单元BBU(BasebandUnit)和远端无线射频单元RRU通过光传输网络连接构成一体。基带处理单元集中设置在一个物理站点构成基带池。基带池中的多个基带处理单元之间通过高带宽、低延迟的光传输网络实现灵活拓扑和低成本交叉连接。基带资源池需要应用基站虚拟化技术，支持基带池物理资源和计算能力的虚拟分配和组合。在基带资源池中，多个基站共享计算资源，而计算资源的分配是由系统根据业务量执行统一的动态调度。因此，无线信号处理算法就成为无线通信系统物理层的核心处理任务：需要执行和完成前向纠错编解码、信道编译码、调制解调和信道估计等多项功能，不仅计算密集，并且具有严苛的实时性要求。尤其像信道译码(比如，维特比译码和Turbo译码)和信号检测算法更是计算操作工作量高度密集，往往是物理层实现的瓶颈。为了保证基站集中处理的实时性、减少系统能耗，使虚拟化技术能够最大限度地发挥硬件系统性能，以支撑高速运行的通信系统的基带数据处理，需要解决基带信号处理应该如何划分算法的计算任务、进行算法封装的问题，以便能够适应多核通用处理器的动态任务分配，并满足系统实时要求。因此，如何研制一种基于基站资源池的多粒度可伸缩的算法封装的实现方法，在满足基带处理实时性要求的前提下，完成计算资源的动态调度的科研任务就成为业内许多科技人员关注的焦点。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种于基站资源池的物理层基带信号处理算法封装装置和方法，使得该装置对被封装的基带信号处理算法能够根据各种资源的实时占用情况进行封装，以使在集中的硬件资源上进行处理，既使封装方案满足实时性要求，又能随资源池资源的不同占用情况，执行伸缩处理，从而适应数据处理的潮汐效应，均衡硬件资源负载。同时，还对资源使用情况进行实时监控。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种基于基站资源池的物理层基带信号处理算法封装装置，其特征在于：所述装置负责根据进入基站资源池的数据量和系统资源的实时占用情况对算法进行封装：先将基站物理层信号处理过程基于功能级别划分为多层次的操作步骤，对其中计算密集型的操作算法拆分为多个子算法，以使被封装的算法在集中的硬件资源上进行并行处理和减少处理时延；该装置包括：顺序连接的资源消耗预估模块、算法封装模块和资源占用统计模块三个组成部件；其中：资源消耗预估模块，负责根据进入基站资源池的数据量以及实时性要求，对处理基带信号所需要的各种资源做出预先估计；资源占用统计模块，用于对基站中的各种虚拟化资源使用情况进行统计，并周期地或以事件触发方式上报给算法封装模块；算法封装模块，负责收集资源占用统计模块提供的资源使用状态信息和资源消耗预估模块预估的所需消耗的各种资源的信息，以供基站根据可用资源完成对算法的多粒度可伸缩封装。为了达到上述目的，本专利技术还提供了一种基于基站资源池的物理层基带信号处理算法封装装置的多粒度可伸缩封装方法，其特征在于：首先将基站物理层信号处理过程基于功能级别划分为多层次的操作步骤，对其中计算密集型的操作算法拆分为多个子算法，以便实现并行处理和减少处理时延；再根据划分后的处理操作，确定多粒度封装方案的集合，并进行仿真试验，统计各个不同方案的资源消耗状况，为后续实时在线算法的封装提供参考；然后，当待处理数据到达时，根据需要处理的数据量及其实时性要求，预估待处理数据的最大与最小的资源消耗量及其占用时间；最后，根据资源消耗预估及实时资源占用统计情况，从多粒度封装方案集合中，选择适宜的算法封装方案进行数据处理：所述方法包括下列操作步骤：(1)基于功能级别将物理层基带信号的处理算法划分为多层次的操作步骤；(2)确定多粒度封装方案及其资源消耗状况；(3)根据需要处理的数据量及其实时性要求，封装装置中的资源消耗预估模块对处理这些数据所需要的最大与最小的资源消耗量及其占用时间进行在线实时预估，以供选择封装方案粒度时的参考；(4)根据资源消耗预估及实时资源占用统计情况在线实时选择合适的封装方案。本专利技术基于基站资源池的物理层基带信号处理算法封装装置和方法的主要创新技术是：首先建立基站资源池算法封装装置，并由该封装装置将基站物理层信号处理过程基于功能级别划分为多层次操作步骤，尤其将其中计算密集型的算法拆分为多个子算法，以便实现并行处理和减少时延；再根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于基站资源池的物理层基带信号处理算法封装装置，其特征在于：所述装置负责根据进入基站资源池的数据量和系统资源的实时占用情况对算法进行封装：首先将基站物理层信号处理过程基于功能级别划分为多层次的操作步骤，对其中计算密集型的操作算法拆分为多个子算法，以使被封装的算法在集中的硬件资源上进行并行处理和减少处理时延；该装置包括：顺序连接的资源消耗预估模块、算法封装模块和资源占用统计模块三个组成部件；其中：资源消耗预估模块，负责根据进入基站资源池的数据量以及实时性要求，对处理基带信号所需要的各种资源做出预先估计；资源占用统计模块，用于对基站中的各种虚拟化资源使用情况进行统计，并周期地或以事件触发方式上报给算法封装模块；算法封装模块，负责收集资源占用统计模块提供的资源使用状态信息和资源消耗预估模块预估的所需消耗的各种资源的信息，以供基站根据可用资源完成对算法的多粒度可伸缩封装。

【技术特征摘要】
1.一种基于基站资源池的物理层基带信号处理算法封装装置，其特征在于：所述装置负责根据进入基站资源池的数据量和系统资源的实时占用情况对算法进行封装：首先将基站物理层信号处理过程基于功能级别划分为多层次的操作步骤，对其中计算密集型的操作算法拆分为多个子算法，以使被封装的算法在集中的硬件资源上进行并行处理和减少处理时延；该装置包括：顺序连接的资源消耗预估模块、算法封装模块和资源占用统计模块三个组成部件；其中：资源消耗预估模块，负责根据进入基站资源池的数据量以及实时性要求，对处理基带信号所需要的各种资源做出预先估计；资源占用统计模块，用于对基站中的各种虚拟化资源使用情况进行统计，并周期地或以事件触发方式上报给算法封装模块；算法封装模块，负责收集资源占用统计模块提供的资源使用状态信息和资源消耗预估模块预估的所需消耗的各种资源的信息，以供基站根据可用资源完成对算法的多粒度可伸缩封装。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述资源占用统计模块统计的各种虚拟化资源使用情况信息包括：空闲或占用的处理资源或计算资源、接口资源、存储资源以及其他资源的物理位置、空闲或占用状态的持续时长。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述基站资源池是将分布在各个基站、用于信号处理的包括处理资源或计算资源、接口资源和存储资源的多种资源进行集中管理和控制的抽象逻辑装置。4.一种基于基站资源池的物理层基带信号处理算法封装装置的多粒度可伸缩封装方法，其特征在于：首先将基站物理层信号处理过程基于功能级别划分为多层次的操作步骤，对其中计算密集型的操作算法拆分为多个子算法，以便实现并行处理和减少处理时延；再根据划分后的处理操作，确定多粒度封装方案的集合，并进行仿真试验，统计各个不同方案的资源消耗状况，为后续实时在线算法的封装提供参考；然后，当待处理数据到达时，根据需要处理的数据量及其实时性要求，预估待处理数据的最大与最小的资源消耗量及其占用时间；最后，根据资源消耗预估及实时资源占用统计情况，从多粒度封装方案集合中，选择适宜的算法封装方案进行数据处理：所述方法包括下列操作步骤：(1)基于功能级别将物理层基带信号的处理算法划分为多层次的操作步骤；(2)确定多粒度封装方案及其资源消耗状况；(3)根据需要处理的数据量及其实时性要求，封装装置中的资源消耗预估模块对处理这些数据所需要的最大与最小的资源消耗量及其占用时间进行在线实时预估，以供选择封装方案粒度时的参考；(4)根据资源消耗预估及实时资源占用统计情况在线实时选择合适的封装方案。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于；所述步骤(1)包括下列操作内容：(11)将基带信号的处理功能划分为由低到高升序排列的五个级别：子算法级、算法级、信道级、用户级和小区级，以便将其中低级别的处理功能集中整合后，就能支持与完成高级别的处理功能；(12)在基带资源池中，利用适应多通信制式系统的物理层基带信号处理算法对基带信号进行通用化处理：因不同的通信系统完成物理层基带信号处理时所用的算法相同或相似，为避免重复设计与使用算法代码，需要将基站资源池中的通用算法进行规整统一，以适应多通信制式系统的统一处理；(13)针对计算密集型算法进行子算法划分：因无线通信系统物理层执行的包括信号检测、信道估计和信道译码的算法操作属于计算量大、复杂度高的计算密集型算法，导致基带信号处理的时延长，容易成为基带信号处理的瓶颈；为保证系统处理的实时性，并保证系统能按照资源使用情况将算法封装为不同层次，需要将这些计算密集型的复杂算法进行功能拆分：分解为各自分别独立完成其中一项子算法功能的多个子算法，以便实现并行处理后，利用多个子算法的结合来完成该复杂算法的处理，提高处理时延性能。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述步骤(12)中，适应多通信制式系统的规整统一处理方法是：先列出所有支持的通信制式物理层算法，并将实现同一功能、仅参数配置不同的算法视为通用算法；再在设计基站资源池基站资源池算法时，使得该通用算法的功能尽可能地支持多种通信制式系统，此时只需配置相应参数就使其适应多通信制式；最后，将某种通信制式系统所特有的算法作为专用算法；所述步骤(13)中，子算法的划分原则是：以满足最严格的实时要求为目标，将计算密集型的复杂算法分解为功能相对独立、但耦合程度较低的多个子算法，且划分子算法时应综合兼顾基站资源池...

【专利技术属性】
技术研发人员：漆渊，钱荣荣，彭涛，任亭亭，王文博，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京,11