CN101505500B

CN101505500B - 一种负载均衡设备以及分布式基站系统及其通信方法

Info

Publication number: CN101505500B
Application number: CN2009100794607A
Authority: CN
Inventors: 陈沫; 闫志刚; 崔春风
Original assignee: China Mobile Communications Group Co Ltd
Current assignee: China Mobile Communications Group Co Ltd
Priority date: 2009-03-11
Filing date: 2009-03-11
Publication date: 2011-09-28
Anticipated expiration: 2029-03-11
Also published as: CN101505500A

Abstract

本发明涉及移动通信领域，尤其涉及实现均衡负载的分布式基站的技术。本发明提供了一种负载均衡设备以及分布式基站系统及其通信方法，包括：负载均衡设备接收到RRU发送的数据时，根据RRU与BBU的对应关系，确定该RRU是否有对应的BBU；若有，向该RRU对应的BBU转发所述数据；否则，根据各BBU当前可使用的资源，选择其中一个BBU向其转发所述数据。由于BBU与RRU之间的负载均衡设备，可以根据BBU当前可使用资源来决定负载的分配，即根据BBU当前可使用资源来决定采用哪个BBU与新加入的RRU建立数据链路，从而达到均衡各BBU负载、充分利用BBU处理资源的目的。

Description

一种负载均衡设备以及分布式基站系统及其通信方法

技术领域

本发明涉及移动通信领域，尤其涉及实现均衡负载的分布式基站的技术。

背景技术

传统无线蜂窝网络通常采用宏基站建网方式，该方式通常会存在以下各类问题：站点获取困难、工程施工复杂、设备利用不充分以及网络优化困难等等。为了解决传统网络部署存在的问题以及进一步降低建网成本，工业界提出了基于BBU(Base band Unit，基带单元)和RRU(Remote Radio Unit，远端射频单元)的分布式基站解决方案，该方案极大的方便了运营商完成组网建设。

如图1所示，分布式基站解决方案把传统基站分成了两个相对独立的部分：基带单元和远端射频单元。其中，单个BBU连接一个或者多个RRU构成传统意义上的完整基站。基带单元由基带处理板组成，在内部构成一个基带处理资源池，可以供多个RRU共享。RRU则提供了信号的射频处理功能，两者之间采用光纤进行连接，构成分布式基站架构。

与宏基站的建网方式相比，现有技术的RRU加BBU的分布式基站提供灵活简易的安装方式以及更有效的网络覆盖；但是，仍然存在基站负载不均衡、基站设备资源利用不充分的问题：例如，如图2所示，与BBU-A相连的RRU主要分布于居民居住区、与BBU-B相连的RRU则主要分布于商业区。显然，分布于商业区的RRU以及BBU-B在白天的工作时段会比较繁忙、在夜间比较空闲；而分布于居住区的RRU以及BBU-A则正好相反，在白天的工作时段会比较空闲、在夜间会比较繁忙。这样，BBU-B在白天可能出现负载过大的现象，而在夜间基带处理资源又得不到补充利用；类似地，BBU-A在夜间可能出现负载过大的现象，而在白天基带处理资源得不到补充利用。

因此，现有技术的分布式基站中的基带单元负载不均衡，无法充分利用基带单元的基带处理资源。

发明内容

本发明实施例提供了一种分布式基站系统及其通信方法以及负载均衡设备，用以均衡基站系统中的基带单元的负载、充分利用基带单元的基带处理资源。

一种分布式基站系统的通信方法，包括：

负载均衡设备接收到远端射频单元RRU发送的数据时，根据存储的RRU与基带单元BBU的对应关系，确定该RRU是否有对应的BBU；

若有，所述负载均衡设备向该RRU对应的BBU转发所述数据；

否则，所述负载均衡设备根据存储的各BBU当前可使用的资源，选择其中一个BBU向其转发所述数据，并在选择的BBU在检测出用户负荷大于设定值时，接收选择的BBU发送的切换请求，或者，若所述负载均衡设备接收到选择的BBU周期性上报的用户负荷，则将该BBU的当前可接受的用户负荷更新为第一用户负荷，将更新后的该BBU的当前可接受的用户负荷与设定阈值进行比较，在确定该BBU的当前可接受的用户负荷小于设定阈值时，向选择的BBU发送切换通知，并接收选择的BBU根据所述切换通知发送的切换请求，所述第一用户负荷等于选择的BBU的最大可接受的用户负荷减去所述周期性上报的用户负荷；

所述负载均衡设备在接收切换请求后，根据其它BBU当前可使用的资源，从其它BBU中选择一个作为目标BBU；

所述负载均衡设备将发送切换请求的BBU作为源BBU，将与所述源BBU通信的某个或某些RRU的数据链路切换到所述目标BBU。

一种分布式基站系统，包括：至少两个远端射频单元RRU，还包括：负载均衡设备以及至少两个基带单元BBU；

所述负载均衡设备用于接收到远端射频单元RRU发送的数据时，根据存储的RRU与基带单元BBU的对应关系，确定该RRU是否有对应的BBU；若有，所述负载均衡设备向该RRU对应的BBU转发所述数据；否则，所述负载均衡设备根据存储的各BBU当前可使用的资源，选择其中一个BBU向其转发所述数据，并在选择的BBU在检测出用户负荷大于设定值时，接收选择的BBU发送的切换请求，或者，若所述负载均衡设备接收到选择的BBU周期性上报的用户负荷，则将该BBU的当前可接受的用户负荷更新为第一用户负荷，将更新后的该BBU的当前可接受的用户负荷与设定阈值进行比较，在确定该BBU的当前可接受的用户负荷小于设定阈值时，向选择的BBU发送切换通知，并接收选择的BBU根据所述切换通知发送的切换请求，所述第一用户负荷等于选择的BBU的最大可接受的用户负荷减去所述周期性上报的用户负荷；在接收到切换请求后，根据其它BBU当前可使用的资源，从其它BBU中选择一个作为目标BBU，将与发送切换请求的BBU通信的某个或某些RRU的数据链路切换到所述目标BBU。

一种负载均衡设备，包括：

参数存储模块，用于存储表征各基带单元BBU当前可使用的资源的参数；

对应关系存储模块，用于存储远端射频单元RRU与BBU的对应关系；

数据接收模块，用于接收远端射频单元RRU发送的数据；

数据转发模块，用于根据存储的RRU与基带单元BBU的对应关系，确定发送所述数据的RRU是否有对应的BBU；若有，则向该RRU对应的BBU转发所述数据；否则，根据存储的各BBU当前可使用的资源，选择其中一个BBU向其转发所述数据；

参数更新模块，用于在接收到选择的BBU周期性上报的用户负荷时，将该BBU的最大可接受的用户负荷减去所述周期性上报的用户负荷，得到第一用户负荷，根据所述第一用户负荷更新所述参数存储模块中存储的对应BBU的当前可接受的用户负荷的参数；

切换模块，用于将更新后的选择的BBU的当前可接受的用户负荷与设定阈值进行比较，在确定该BBU的当前可接受的用户负荷小于设定阈值时，向选择的BBU发送切换通知，并接收选择的BBU根据所述切换通知发送的切换请求，或者，在选择的BBU检测出用户负荷大于设定值时，接收选择的BBU发送的切换请求；并在接收到切换请求后，根据其它BBU当前可使用的资源，从其它BBU中选择一个作为目标BBU，将与发送切换请求的BBU通信的某个或某些RRU的数据链路切换到所述目标BBU。

本发明实施例由于在BBU与RRU之间增加了一个负载均衡设备，可以根据BBU当前可使用资源来决定负载的分配，即根据BBU当前可使用资源来决定采用哪个BBU与新加入的RRU(即发送数据的RRU)建立数据链路，从而达到负载调度、均衡各BBU负载、充分利用BBU的处理资源的目的。

附图说明

图1为现有技术的分布式基站示意图；

图2为现有技术的分布式基站负载不均衡的示意图；

图3为本发明实施例的分布式基站系统示意图；

图4为本发明实施例的均衡负载的方法流程图；

图5a为本发明实施例的更新BBU当前可接受的用户负荷的方法流程图；

图5b为本发明实施例的RRU数据链路从源BBU切换到目标BBU的方法流程图；

图6为本发明实施例的负载均衡设备内部结构框图。

具体实施方式

对现有技术的分布式基站进行分析发现：由于RRU只能将数字中频数据(基带IQ数据)和OAM信令数据传输到其唯一归属的BBU中，这就使得任意一个BBU难以获取其它BBU所属的RRU中的上行数据；同样，任意一个BBU也难以向其它BBU所属的RRU发送下行数据。这就导致了BBU接收到的IQ数据源受到限制，使得不同BBU之间的基带处理资源难以彼此补充、互相利用。

本发明实施例提供了一种负载均衡设备连接在BBU与RRU之间，且该负载均衡设备与多个BBU、多个RRU连接；该负载均衡设备可以实现BBU共享各RRU的IQ数据源，使得各BBU的基带处理资源得到充分利用。

如图3所示的分布式基站系统中，包括：负载均衡设备301、多个基带单元302以及多个远端射频单元303。

各远端射频单元303与负载均衡设备301相连；具体可以是各远端射频单元303通过光纤或者电缆与负载均衡设备301相连。

负载均衡设备301与各基带单元302相连；具体可以是负载均衡设备301与各基带单元302通过光纤或者电缆相连。

一个负载均衡设备301连接的远端射频单元303的具体个数可以根据实际情况确定，比如，一个负载均衡设备301可以与20-30个远端射频单元303相连；一个负载均衡设备301连接的基带单元302数目也可以根据实际情况确定，比如，一个负载均衡设备301可以与3-5个基带单元302相连。

负载均衡设备301进行负载均衡的方法，流程图如图4所示，包括如下具体步骤：

S401、负载均衡设备301接收到远端射频单元303发送的数据。

在与负载均衡设备301相连的众多远端射频单元303中，负载均衡设备301若接收到其中某个远端射频单元303(比如RRU_A)发送的数据，则需要确定出由哪个基带单元302来处理该数据。

S402、负载均衡设备301确定向哪个基带单元302转发数据。

负载均衡设备301中存储有RRU与BBU的对应关系，当负载均衡设备301接收到RRU发送的数据时，根据RRU与BBU的对应关系，若确定出发送数据的RRU有对应的BBU，则向该对应的BBU转发所述数据；否则：

负载均衡设备301根据各基带单元302当前可使用的资源，选择其中一个BBU向其转发数据，并建立该基带单元与发送数据的远端射频单元之间的对应关系。基带单元的当前可使用的资源可以包括该基带单元的剩余接口带宽，或者该基带单元的当前可接受的用户负荷。

在负载均衡设备301中存储有各基带单元302的资源参数，包括：表征各基带单元302的最大接口带宽、最大可接受的用户负荷、剩余接口带宽、当前可接受的用户负荷等的参数。技术人员可以对负载均衡设备301中存储的资源参数进行修改、维护等操作。

基带单元的最大接口带宽表示了该基带单元用于接收RRU发送的数据的各个物理接口的带宽总和；

基带单元的最大可接受的用户负荷表示了该基带单元能够接纳处理的最大处理能力，它与移动用户的数量以及每个移动用户的业务类型及数据传输速率相关。

基带单元的剩余接口带宽等于该BBU最大接口带宽(即最大接口容量)减去已经服务的接口容量，一旦有新的来自某个RRU的数据发送给该BBU时，需在负载均衡设备本地动态更新该参数。

基带单元的当前可接受的用户负荷等于BBU最大可接受的用户负荷(即最大处理负荷)减去已经服务的用户负荷(即正在服务和处理的用户负荷)。

根据各基带单元302的当前可使用的资源，选择其中一个BBU向其转发IQ数据的具体方法可以包括：

选择剩余接口带宽最大的BBU，向其转发数据；

或者，选择当前可接受的用户负荷最大的BBU，向其转发数据；

或者，选择各BBU中剩余接口带宽最大的BBU组合为第一BBU集合，从第一BBU集合中选择当前可接受的用户负荷最大的BBU向其转发所述数据；

或者，选择各BBU中可接受的用户负荷最大的BBU组合为第二BBU集合；从第二BBU集合中选择剩余接口带宽最大的BBU向其转发所述数据。

S403、负载均衡设备301向确定的基带单元302转发数据。

假设通过上述方法之一确定出向BBU_B转发所述数据，则负载均衡设备301向BBU_B转发所述数据。

S404、负载均衡设备301更新BBU_B的剩余接口带宽。

进一步，负载均衡设备301还可以更新BBU_B的剩余接口带宽。BBU_B在接收到负载均衡设备301转发的数据后，建立起与RRU_A之间的数据链路，该数据链路将占据BBU_B的接口资源，导致BBU_B的剩余接口带宽减小，则负载均衡设备301需要更新BBU_B的剩余接口带宽值。具体为，负载均衡设备301将BBU_B的当前剩余接口带宽减去所述数据传输所占用带宽得到更新后的BBU_B的剩余接口带宽值。

S405、负载均衡设备301根据建立的对应关系，在RRU_A与BBU_B之间转发数据。

在RRU_A与BBU_B的对应关系建立后，负载均衡设备301在接收到RRU_A发送的上行数据时，可以根据该对应关系将该上行数据转发给BBU_B；当负载均衡设备301接收到BBU_B发送的下行数据时，可以根据该对应关系将该下行数据发送给RRU_A。

此外，由于基带单元在接收到负载均衡设备301转发的数据、建立起与RRU的数据链路后，需要处理用户信息，基带单元的当前可接受的用户负荷会相应减少，因此，负载均衡设备301还需要更新维护基带单元的当前可接受的用户负荷，具体流程如图5a所示，包括如下步骤：

S501、与负载均衡设备相连的基带单元周期性向负载均衡设备上报用户负荷。

基带单元会统计出当前用户负荷的大小，并周期性向负载均衡设备上报统计的用户负荷。当基带单元接收到数据、建立起与RRU的数据链路后，当前用户负荷会增加，当前可接受的用户负荷会相应减少，在周期性向负载均衡设备上报用户负荷时，会体现出该基带单元的用户负荷增加了。

S502、负载均衡设备根据上报的用户负荷，更新该基带单元的当前可接受的用户负荷。

具体为，负载均衡设备将该基带单元的最大可接受的用户负荷减去该基带单元上报的用户负荷，得到第一用户负荷数；负载均衡设备根据第一用户负荷数更新该基带单元的当前可接受的用户负荷。

在更新了BBU的当前可接受的用户负荷后，负载均衡设备还可以判断该BBU是否负荷过重，是否需要切换部分数据链路到其它BBU：

S503、负载均衡设备在确定该BBU的当前可接受的用户负荷小于设定阈值时，选择一个目标BBU。

负载均衡设备在确定该BBU的当前可接受的用户负荷小于设定阈值时，根据其它BBU的当前可使用的资源，从其它BBU中选择一个作为目标BBU。根据其它BBU的当前可使用的资源选择目标BBU的方法可与上述步骤S402中的方法相同，此处不再赘述。

S504、负载均衡设备将与该BBU通信的某个或某些RRU的数据链路切换到目标BBU。

负载均衡设备将与该BBU通信的某个或某些RRU的数据链路切换到目标BBU的具体方法流程，如图5b所示，包括如下步骤：

S511、负载均衡设备在接收到某个BBU上报的用户负荷，更新该BBU的当前可接受的用户负荷，并确定更新后的该BBU的当前可接受的用户负荷小于设定阈值，则向该BBU(源BBU)发送切换通知。

S512、源BBU接收到切换通知后，向负载均衡设备发起切换请求，所述切换请求包含了源BBU的标识信息(比如可能包括基站和小区标识信息)以及需要转移的RRU数据链路标识信息，与RRU数据链路相关的移动用户的数据连接上下文信息(SAE Bearer、QoS等)，与核心网(EPC)相关的数据连接信息(可以帮助目标BBU将来直接把上行数据发给EPC)。

S513、负载均衡设备接收到切换请求后，根据除源BBU以外的其它BBU当前可使用的资源，从其它BBU中选择一个作为目标BBU。

负载均衡设备查询该目标BBU是否可以接纳处理源BBU需要转移的RRU数据链路；如果不可以再选择另一个目标BBU，如果所有的BBU都不能接纳处理该RRU数据链路，则向源BBU回复请求失败消息，并给出失败原因。如果选择出的目标BBU可以接纳处理源BBU需要转移的RRU数据链路，则执行步骤S514。

S514、负载均衡设备向目标BBU转发切换请求。

S515、目标BBU接收到切换请求后，向负载均衡设备返回切换请求确认消息。切换请求确认消息中包括目标BBU的标识信息，目标BBU同意接收的SAE Bearer list核心网承载列表，目标BBU不同意接收的SAE Bearer list和原因等。

S516、负载均衡设备将切换请求确认消息转发给源BBU。

S517、源BBU将缓存的被切换RRU链路上的上/下行数据有选择的转发给目标BBU。

S518、目标BBU向EPC(Evolved Packet Core，演进后的核心网)发送路径切换请求消息，请求EPC更新与之相关的数据连接信息。

S519、EPC回复路径切换请求确认消息；

S520、目标BBU向负载均衡设备发送释放资源请求消息。

S521、负载均衡设备向源BBU转发该释放资源请求消息，触发源BBU释放相应的RRU数据链路的无线资源及控制平面资源。

之后，该RRU的数据便可以通过目标BBU进行上下行传输。

此外，BBU在检测出用户负荷过大(比如用户负荷大于设定值)时，也可以主动向负载均衡设备发送切换请求；负载均衡设备根据接收的切换请求，执行相应的切换流程，该流程与上述步骤S513-S521相同，此处不再赘述。本领域技术人员可以理解，虽然上述说明中，为便于理解，对方法的步骤采用了顺序性描述，但是应当指出，对于上述步骤的顺序并不作严格限制。

本发明实施例提供的一种负载均衡设备，其内部结构可以如图6所示，包括：参数存储模块601、数据接收模块602、对应关系存储模块603、数据转发模块605。

参数存储模块601用于存储表征与负载均衡设备相连的各BBU的当前可使用的资源的参数。BBU当前可使用的资源可以包括该BBU的剩余接口带宽，或者该BBU的当前可接受的用户负荷，而存储的具体参数可以是该BBU的剩余接口带宽参数和该BBU的当前可接受的用户负荷参数。

对应关系存储模块603用于存储远端射频单元RRU与BBU的对应关系；

数据接收模块602用于接收远端射频单元RRU发送的数据。

数据转发模块605用于根据对应关系存储模块603存储的RRU与基带单元BBU的对应关系，确定发送所述数据的RRU是否有对应的BBU；若有，则向该RRU对应的BBU转发所述数据；否则，根据参数存储模块601存储的各BBU当前可使用的资源，选择其中一个BBU向其转发所述数据。进一步，数据接收模块602在根据各BBU当前可使用的资源，选择其中一个BBU向其转发所述数据后，建立该RRU与该BBU的对应关系，并将该对应关系存储到对应关系存储模块603中。

所述负载均衡设备进一步还可以包括：参数更新模块606。

参数更新模块606用于在数据转发模块605选择一个BBU向其转发所述数据之后，将该BBU当前的剩余接口带宽减去所述数据传输所占带宽，得到第一带宽；并根据所述第一带宽更新参数存储模块601中存储的对应BBU的剩余接口带宽的参数。

参数更新模块606还用于在接收到与负载均衡设备相连的任意BBU周期性上报的用户负荷时，将该BBU的最大可接受的用户负荷减去所述周期性上报的用户负荷，得到第一用户负荷，根据所述第一用户负荷更新参数存储模块601中存储的对应BBU的当前可接受的用户负荷的参数。

所述负载均衡设备进一步还可以包括：切换模块607。

切换模块607用于将参数更新模块606更新后的BBU的当前可接受的用户负荷的参数与设定阈值进行比较；在确定该BBU的当前可接受的用户负荷的参数小于设定阈值时，向该BBU发送切换通知；并在接收到该BBU根据所述切换通知发送的切换请求时，根据其它BBU当前可使用的资源，从其它BBU中选择一个作为目标BBU，将与该BBU通信的某个或某些RRU的数据链路切换到所述目标BBU。

切换模块607还可以用于若接收到BBU发送的切换请求，则根据其它BBU当前可使用的资源，选择其中一个BBU作为目标BBU；并将与该BBU通信的某个或某些RRU的数据链路切换到所述目标BBU。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。

还可以理解的是，附图或实施例中所示的装置结构仅仅是示意性的，表示逻辑结构。其中作为分离部件显示的模块可能是或者可能不是物理上分开的，作为模块显示的部件可能是或者可能不是物理模块。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种分布式基站系统的通信方法，其特征在于，包括：

若有，所述负载均衡设备向该RRU对应的BBU转发所述数据；

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述负载均衡设备根据存储的各BBU当前可使用的资源，选择其中一个BBU向其转发所述数据后，还包括：

所述负载均衡设备建立该RRU与该BBU的对应关系。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述当前可使用的资源包括：剩余接口带宽和/或当前可接受的用户负荷。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，根据各BBU当前可使用的资源，选择其中一个BBU向其转发所述数据，具体为：

选择各BBU中剩余接口带宽最大的BBU，向其转发所述数据；或者

选择各BBU中剩余接口带宽最大的BBU组合为第一BBU集合，从所述第一BBU集合中选择当前可接受的用户负荷最大的BBU向其转发所述数据。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，根据各BBU当前可使用的资源，选择其中一个BBU向其转发所述数据，具体为：

选择各BBU中可接受的用户负荷最大的BBU，向其转发所述数据；或者

选择各BBU中可接受的用户负荷最大的BBU组合为第二BBU集合，从所述第二BBU集合中选择剩余接口带宽最大的BBU向其转发所述数据。

6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述选择其中一个BBU向其转发所述数据后，还包括：

所述负载均衡设备将该BBU当前的剩余接口带宽减去所述数据传输所占用的带宽，得到第一带宽；并

根据所述第一带宽更新该BBU的剩余接口带宽。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将与所述源BBU通信的某个或某些RRU的数据链路切换到所述目标BBU，具体包括：

所述负载均衡设备将所述源BBU发送的切换请求向所述目标BBU转发，并将所述目标BBU回复的切换请求确认消息转发给源BBU；

在所述源BBU将缓存的要切换的RRU数据链路的上/下行数据转发给所述目标BBU，以及目标BBU向核心网请求路径切换后，所述负载均衡设备接收到所述目标BBU发送的释放资源请求消息；

所述负载均衡设备向源BBU转发该释放资源请求消息，触发源BBU释放相应的RRU数据链路的无线资源以及相关的移动用户信息。

8.一种分布式基站系统，包括：至少两个远端射频单元RRU，其特征在于，还包括：负载均衡设备以及至少两个基带单元BBU；

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，

所述负载均衡设备还用于在根据存储的各BBU当前可使用的资源，选择其中一个BBU向其转发所述数据后，建立该RRU与该BBU的对应关系。

10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述当前可使用的资源包括：剩余接口带宽和/或当前可接受的用户负荷。

11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，

所述负载均衡设备还用于在选择其中一个BBU向其转发所述数据后，将该BBU当前的剩余接口带宽减去所述数据传输所占用的带宽，得到第一带宽；并根据所述第一带宽更新该BBU的剩余接口带宽。

12.一种负载均衡设备，其特征在于，包括：

数据接收模块，用于接收远端射频单元RRU发送的数据；

13.如权利要求12所述的设备，其特征在于，

所述数据转发模块还用于在根据存储的各BBU当前可使用的资源，选择其中一个BBU向其转发所述数据后，将该RRU与该BBU的对应关系存储到所述对应关系存储模块中。

14.如权利要求13所述的设备，其特征在于，所述当前可使用的资源包括：剩余接口带宽和/或当前可接受的用户负荷。

15.如权利要求14所述的设备，其特征在于，还包括：

参数更新模块还用于在所述数据转发模块选择一个BBU向其转发所述数据之后，将该BBU当前的剩余接口带宽减去所述数据传输所占用带宽，得到第一带宽；并根据所述第一带宽更新所述参数存储模块中存储的对应BBU的剩余接口带宽的参数。