CN102685782A - 分布式基站系统及其负载均衡方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种分布式基站系统及其负载均衡方法，其中，该分布式基站系统包括：至少一个RRU环路，每一RRU环路包括一个或多个级联的RRU，每一RRU环路的两端分别连接两个BBU；至少两个BBU，每一BBU用于连接至少一个RRU环路的一端。本发明实现负载均衡，还实现了光纤链路的N+1备份，以及BBU 1+1热备份。

Description

分布式基站系统及其负载均衡方法

技术领域

本发明涉及无线领域，具体涉及一种分布式基站系统及其负载均衡方法。

背景技术

传统无线蜂窝网络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组网建设。分布式基站结构的核心概念就是把传统宏基站射频处理单元(RRU)与基带处理单元(BBU)分离，二者通过高速光纤相连，具体如图1所示。在网络部署时，将基带处理单元与核心网、无线网络控制设备集中在机房内，通过光纤与规划站点上部署的射频拉远单元进行连接，完成网络覆盖，从而降低建设维护成本、提高效率。

在分布式基站的构成中，BBU是一种基带处理设备，主要完成基带处理功能(编码、复用、调制和扩频等)。其中，在一个BBU内，所有基带处理板形成一个基带池，通过配置，每个基带处理模块可以处理不同载扇的数据。在容量需求较大的地区，只通过在BBU内增加基带板即可实现容量的增加。这样可以为组网提供充分的灵活性，解决3G网络容量差异大的问题。BBU和RRU之间按照标准接口协议通过光纤连接，完成基带数据的传输。该接口协议支持星型连接、链形连接和环形连接等网络拓扑结构，使BBU+RRU更能灵活地组网。

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。然而，传统按小区进行建站的模式，有些问题在分布式基站系统没有得到解决。一方面，BBU设备进行基带信号处理都在内部完成，BBU设备间没有进行负荷分担，导致BBU设备负责的区域的话务量突然增加，其处理资源不够时难以动态调用新的处理资源以满足需求，只能通过人工增加基带处理板块来提高处理能力，灵活性很差。此外，由于BBU设备大小有限，特别是随着设备小型化的需求，BBU的设备尺寸限制较大。虽然器件的集成度以及计算密度提高的很快，但是对于宏基站而言，通常一个BBU只覆盖相邻的3个扇区，即一个BBU只会负责几个扇区的信号处理。这种区域性的限制使得不同的BBU设备彼此之间的处理负荷相差很大，导致网络中话务不均衡。

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。

数据业务的引入对移动网络的信号处理能力提出了更高的要求。更加有效的分配移动网络的信号处理资源，要求系统能够在更大范围内实现负载到基带处理单元的统一，灵活的调度。一方面，基站间多点协作式处理(如CoMP)要求把一个局域范围内的负载集中在一个BBU内进行处理。另一方面，网络负载的潮汐效应要求系统能够把从远方射频单元产生的负载在大范围内的BBU池内进行灵活调度，从而减少需要部署的基带处理单元总数。现有的远端射频单元与基带处理单元之间的通信构架不能满足局域和广域两方面的通信要求。

目前实现设备间的资源共享的方法主要是通过BBU设备之间级联来来实现。这种方法的最大制约性在于设备之间进行互联所导致的新增流量不能超过单台设备的背板容量，由于单台设备的背板处理余量是有限的，目前现有设备大多只能支持2个设备的级联。此外，还通过交换网络来实现BBU设备的通信，此时交换设备的能力决定了能够互联的BBU设备数量。如果一台交换设备连接的BBU越多，也意味着其背板的交换能力也就越强。对于BBU而言，其交换的数据通常都是基带信号，该类型数据带宽很高同时延迟敏感，这也就对交换设备提出的很高的设计要求，高容量的交换设备可以满足性能要求，但是也意味的高昂的设备成本以及规模限制。

发明内容

本发明的第一目的是提出一种高效的分布式基站系统。

本发明的第二目的是提出一种高效的分布式基站系统的负载均衡方法。

为实现上述第一目的，本发明提供了一种分布式基站系统，包括：至少一个RRU环路，每一RRU环路包括一个或多个级联的RRU，每一RRU环路的两端分别连接两个BBU；至少两个BBU，每一BBU用于连接至少一个RRU环路的一端。

为实现上述第二目的，本发明提供了一种分布式基站系统的负载均衡方法，包括：两个BBU分担对应连接的RRU环路的负载；其中，每一RRU环路包括一个或多个级联的RRU，每一RRU环路的两端分别连接两个BBU。

本发明各个实施例中，通过RRU与BBU的接口板的互联能实现负载均衡，优选地，通过RRU与BBU的接口板的互联实现光纤链路的N+1备份，以及BBU 1+1热备份。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一并用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为现有技术物联网通信示意图；

图2为现有技术物联网通信示意图；

图3为本发明的分布式基站系统的实施例一结构图；

图4为本发明的分布式基站系统的实施例二结构图；

图5为本发明的分布式基站系统的实施例三结构图；

图6为本发明的分布式基站系统的实施例四结构图；

图7为本发明的分布式基站系统的负载均衡方法实施例一示意图；

图8为本发明的分布式基站系统的负载均衡方法实施例二示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

系统实施例

图3为本发明的分布式基站系统的实施例一结构图。如图2所示，RRU与BBU接口板的互联采用一个或多个RRU级联，形成一个环形光纤的拓扑结构，简称RRU环路；每一环路终结两个不同的BBU上。每一个BBU可以连接多个具有不同负载模式的RRU环路。

每一个RRU按其负载随时间变化的模式分类(如图1所示Area A和Area B)。不同类型的RRU环路的负载可以被导入同一个BBU内，，这样可以保证一个BBU的总负载能够尽可能的保持均衡。如，AreaA可以代表商业区，其负载模式是工作时间高，工作时间之外低；Area B可以代表居住区，负载模式是在工作时间之外低，工作时间内高。上述图2给出了这两个区域的负载特点，把不同负载模式的RRU环路接入同一BBU，使得综合负载在一定时间范围内比较平稳，BBU在资源配置上能够保持稳定。这种基于RRU负载模式的静态负载均衡能够在比较粗糙的时间粒度内保持BBU系统的负载稳定。

优选地，连接同一RRU环路的两个BBU为互联的两个BBU池，每一RRU环路与两个互联的BBU构成一个环形回路。每一个RRU环路的负载可以被路由终结到环形回路两端的任意一个BBU内，实现灵活的负载均衡。

每一RRU环路与相应的两个BBU连接能满足光纤链路N+1备份以及满足BBU基带处理1+1的热备份。一个环路连接的RRU的个数由光纤、BBU的处理能力、配置的载频数目以及系统对光纤链路容错性要求决定。如TD-SCDMA的环境下2.5Gbps的光纤能够承载6个载频，而6.144Gbps的光纤能够承载15个载频。比较常见的一种配置是将一个基站三个扇区的三个RRU构成一个环路，接入BBU池内的两个基带处理板。在这种连接拓扑下，任何一路光纤链路的中断都不会影响任意一个RRU到BBU池的连通性，光纤链路的中断会导致RRU的负载被导向直接连通的BBU。

本实施例通过RRU与BBU的接口板的互联能实现负载均衡，优选地，通过RRU与BBU的接口板的互联实现光纤链路的N+1备份，以及BBU 1+1热备份。

图4为本发明的分布式基站系统的实施例二结构图。本实施例主要用于解释BBU池内部BBU之间互联。如图4所示，采用三级Clos网络的结构连接BBU池内部的所有BBU，整个网络由BBU和IQ数据交换机实现。其中IQ数据交换机在所有端口负责交换进出IQ数据流，所有交换机可以有相同的端口数和内部全交换容量。

BBU池互联网络将由不少于2k(k取值自然数)个端口的内部全交换交换机组成，拓扑上层由k个这样的交换机组成，每个上层交换机的2k个端口连接2k个下层交换机；每个下层交换机的2k个端口分别连接k个上层交换机和k个BBU；整个BBU池由3k个2k端口交换机和2k*k个BBU构成。如：9个6端口的交换机可连接最多18个BBU，18个12端口的交换机可连接最多72个BBU，30个20端口的交换机可连接最多200个BBU，72个48端口的交换机则可以连接最多1152个BBU。端口速率可以由BBU的光纤出口速率而定，例如2.5Gbps、6.144Gbps，或者10Gbps。

在整个三级Clos网络中，两个BBU之间的通信链路的长度可以是4跳；现有的IQ交换技术可以把单跳交换时延限制在1us内，BBU到BBU之间最高链路时延可以设置为不超过5us，满足现有的IQ数据传输指标。

本领域技术人员可以理解，图4中的结构利用了Clos网络理论上不拥堵，全交换的优点；BBU池可以为所有的BBU提供线速(即接口板和接口连线的速度)交换容量；网络部分将不成为整个系统的通信瓶颈；整个网络不因接入BBU的数目或者负载高低而出下过载堵塞的情况，极大地简化系统动态负载调度的复杂性；在BBU处理已经达到极限的情况下，过载的BBU还可以通过BBU之间的高容量低延迟互联，实现负载再均衡。

如图5所示，对于区域边缘的CoMP用户，可以采用附加额外的基带处理单元(BBU)来扩展BBU池互联拓扑的方法。由于RRU光纤环路上连接的通常就是在地域上临近的RRU，绝大多数CoMP可以在终结该路RRU级联的BBU内完成，故一般将多个相邻近的RRU数据用组播的方式汇聚到一个BBU处理单元。

具体操作时，在三级Clos网络的上层交换机中按CoMP用户的数量和负载接入一定数量的BBU。当需要处理某接入不同下层交换机的CoMP用户的IQ流量时，相应的IQ数据将被路由到上层交换机，最终汇聚到CoMPBBU内实现CoMP处理。这种拓扑结构将极大的缓解CoMP用户对系统通信的要求。

本实施例通过BBU之间的高容量低延迟的互联，解决任意一路或者多路光纤中断的情况下对系统负载再均衡，并满足系统多点协作处理(CoMP)的通信要求；与图3中的方案联合实现在任意BBU池大小范围内BBU基带处理板最小配置，实现在一个100～1000BBU资源池的范围内对RRU产生的负载实现灵活调度，同时尽可能的降低系统的成本。

通过RRU与BBU池的环状互联方法能够实现RRU小范围内静态的负载均衡，光纤N+1备份，以及BBU 1+1热备份，通过高容量低延时的最优全交换的网络结构，，避免了光纤中断或者BBU故障时基于负载模式的环路静态负载均衡被破坏而造成部分BBU过载而同一BBU池中其它BBU空闲的情况，实现更大范围内所有BBU的负载均衡、容错容灾以及更细致时间颗粒度的动态调度。

图6为本发明的分布式基站系统的实施例四结构图。图6以现有带多端口出口的背板交换BBU实现图4拓扑中的下层交换机。具体如：在图6的结构中下层交换机合并进入BBU，由现有流行的带多端口出口背板交换的BBU来实现。假设每个BBU的背板交换有k个光纤出口，需要k个2k端口的交换机，可连接最多2k个这样的BBU。以现有的6端口背板交换的BBU为例，配合6个12端口的交换机可实现一个连接12个BBU的全交换BBU池。

方法实施例

图7为本发明的分布式基站系统的负载均衡方法实施例一示意图。本实施例主要用于解释单个RRU环路内部结合BBU高速互联的动态负载均衡的方法，根据RRU环路两端两个BBU(即B1和B2)的负载情况，环路中RRU产生的负载可以以任意的比例分配到B1和B2。

若光纤F1故障或中断(RRU环路与B1实际为连接)，所有RRU负载将被导入B2；若光纤F4故障或中断(RRU环路与B2实际为连接)，若有RRU负载将被导入B1；

若光纤F2故障或者中断，R1上的负载将导入B1，R2和R3上的负载导入B2；若光纤F3故障或者中断，R3上负载导入B2，而R1和R2上的负载导入B1；

若B1和B2任一过载，则过载部分负载可通过BBU池互联导向另一个BBU。

本领域技术人员可以理解，本实施例中的RRU级联环路包括三个RRU仅作为示例，实际系统可以由一个和多个RRU级联构成环路。

本实施例通过RRU环路与BBU连接，实现RRU环路的动态均衡，优选地通过BBU池内部高容量低延迟的互联，在整个基带池范围内实现动态负载均衡。

图8为分布式基站系统的负载均衡方法实施例二示意图。本实施例用于解释在存在多路RRU级联的情况，如图7所示：若光纤F2故障或者中断，R1上的负载将导入B1，R2和R3上的负载导入B2；同时另一光纤环路中R4与R5上的负载导入B1，R6上的负载导入B2；

若光纤F3故障或者中断，R1和R2上的负载将导入B1，R3上的负载导入B2；同时另一光纤环路中R4上的负载导入B1，R5与R6上的负载导入B2。

由上述描述可知，任何一段光纤故障或中断都可以相应再分配另一路光纤上的负载来实现B1和B2上的负载均衡；只有在两个光纤环路上同时发生光纤故障或中断的情况下才需要调用BBU池互联网络实现BBU的负载再均衡。本领域技术人员可以理解，根据实际需要，可以推广到多个BBU和更多路光纤环路的情况。

本实施例通过RRU环路、双BBU终结以及基于三层Clos网络的BBU池互联拓扑结构实现了负载均衡在不同RRU环路之间进行，以尽量减少IQ数据调度对BBU池互联的压力，即通过单路和多路RRU级联环路的静态负载均衡方法，再与基于BBU池互联拓扑相结合的动态负载调度方法实现负载均衡和大范围容灾容错处理，最终实现在最下基带处理单元配置和低成本，高容量低时延的BBU池网络；相比现有技术，本实施例只需要通过多台小容量的交换单元就可提供大规模的基带处理单元的高速互联，对交换单元以及基带处理单元本身的背板交换能力要求不高，具备良好的经济性及可实现性；通过基于Clos的网络拓扑，实现大容量、低成本、低时延；利用BBU池的互联和RRU级联环路相结合的资源调度方法，实现了静态和动态负载均衡，和大范围内容灾容错；此外。还适用于带有多端口的背板交换的BBU单元，并通过扩展Clos网络上级交换机的方法，高效方便的实现现代无线通信中的CoMP功能。

最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种分布式基站系统，其特征在于，包括：

至少一个RRU环路，每一RRU环路包括一个或多个级联的RRU，每一RRU环路的两端分别连接两个BBU；

至少两个BBU，每一BBU用于连接至少一个RRU环路的一端。

2.根据权利要求1所述的分布式基站系统，其特征在于，所述至少两个BBU为互联的BBU池，每一RRU环路与对应连接的两个BBU形成环形回路。

3.根据权利要求2所述的分布式基站系统，其特征在于，所述互联的BBU池包括三级Clos网络结构的BBU池；

其中，所述互联的BBU池的第一级为k个IQ数据交换机，每一IQ数据交换机包括2k个端口，第二级包括2k个IQ数据交换机，第三级包括2k*k个BBU；

所述第一级中每一IQ数据交换机分别与所述第二级中的所有IQ数据交换机连接，所述第二级中的每一IQ数据交换机均连接k个BBU；其中，所述至少两个BBU为所述第三级中的2k*k个BBU，k的取值为自然数。

4.根据权利要求2所述的分布式基站系统，所述互联的BBU池也可为两级结构的BBU池；

其中，所述互联的BBU池的第一级为k个IQ数据交换机，每一IQ数据交换机包括2k个端口，第二级包括2k个带多端口出口背板交换的BBU。

5.根据权利要求3所述的分布式基站系统，其特征在于，所述互联的BBU池还包括与所述第一级中的IQ数据交换机连接的多个RRU，所述多个RRU的数量由CoMP用户的数量及负载确定。

6.一种分布式基站系统的负载均衡方法，其特征在于，包括：

两个BBU分担对应连接的RRU环路的负载；

其中，每一RRU环路包括一个或多个级联的RRU，每一RRU环路的两端分别连接两个BBU。

7.根据权利要求6所述的分布式基站系统的负载均衡方法，其特征在于，所述两个BBU分担对应连接的RRU环路的负载的步骤包括：

在每一RRU环路导通时，与所述导通的RRU环路连接的两个BBU按比例分担对应连接的RRU环路的负载。

8.根据权利要求7所述的分布式基站系统的负载均衡方法，其特征在于，所述两个BBU分担对应连接的RRU环路的负载的步骤还包括：

在每一RRU环路中断时，与所述中断的RRU环路连接的每一BBU分担对应导通连接的RRU的负载。

9.根据上述权利要求6-8中任一项所述的分布式基站系统的负载均衡方法，其特征在于，还包括：

连接同一RRU环路的两个BBU通过BBU基带池互联进行负载均衡。

10.根据上述权利要求6-8中任一项所述的分布式基站系统的负载均衡方法，其特征在于，还包括：

连接多个RRU环路的BBU，按比例分担对应连接的多个RRU环路的负载。

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