CN103109272A - 用于电信网络中的多小区支持的装置 - Google Patents

Abstract

介绍一种用于在电信网络中提供多小区支持的装置。该装置包括调制解调器板和多核心处理器，其中多核心处理器具有连接到调制解调器板的多个处理器核心。利用包括在多核心处理器中的全部处理器核心来定义单个分区。单个分区用于执行全部控制面功能和全部数据面功能。典型地，将多核心处理器配置为包括核心抽象层，其对在单个分区中的处理器核心上运行的应用软件隐藏任何核心专用细节，并且在电信网络中为至少3个小区提供服务，每个小区具有相应的上行链路调度器和相应的下行链路调度器。由于仅有一个操作系统、OS、实例运行，因此在该配置中不需要使用管理器（潜在地节约成本）。

Description

用于电信网络中的多小区支持的装置

背景技术

本发明涉及用于在使用多核处理器和单分区对称多处理（SMP）配置的单个调制解调器板上的多小区支持的装置。尽管本发明特别涉及移动电信技术，并将因此特殊地参照其进行描述，然而可以理解的是本发明可用于其它领域和应用。作为背景技术，LTE（长期演进）是快速演进的3GPP项目，其意在提高UMTS（通用移动通信系统）移动电话标准以符合未来的通信网络要求。LTE提高了无线网络效率/带宽，降低成本并增强服务体验。特别地，LTE利用新的频谱机会并提供与其它开放标准更好的集成。LTE包括LTE RAN（无线接入网络）（也被称为E-UTRAN）以及EPS（演进分组系统，也被称为演进分组核心网）。

通信系统通常分为两个基本功能：数据面和控制面。在之前的LTE产品中，在调制解调器板上至少使用2个处理器：一个支持控制面功能（非实时，例如，操作、管理和维护（OA&M），以及与呼叫处理维护相关的功能），另一个终止和支持数据面功能（实时，例如，LTE第2层处理）。控制和数据面使用不同的操作系统（OS），例如，Linux用于控制面，诸如vXWorks（由加利福尼亚州的阿拉米达（Alameda）市的Wind RiverSystems（风河系统公司）制造和销售）的硬实时OS用于用户数据面核。典型地，一个调制解调器板支持一个扇区或小区。为了支持多小区（例如，3小区或6小区）配置，需要提供调制解调器板的数量与小区数量一样多。

本发明考虑解决上述困难和其它困难的新的和改进的装置。

发明内容

根据下一代LTE调制解调器板，使用具有8个核心的处理器。这会允许系统使用单个调制解调器板来支持多小区配置（也就是，支持多达6个小区）。这还会消除对在调制解调器板上使用两个独立的处理器来支持控制面和数据面的需要。这导致板上设备的数量显著减小。此外，除了其它方面，也不需要为两个处理器准备独立的DDR存储器设备。由于需要将更少的调制解调器板插入基站以支持多小区配置，因此这种新设计方法会减小成本。本方案的另一优势在于在基站中不动产占用的空间（real estatefootprint）的降低，并且相比于多达6个调制解调器板，使用一个调制解调器板的基站会使用更少的整体功耗。

在本发明的一个实施方式中，提供一种用于在电信网络中提供多小区支持的装置。该装置包括调制解调器板和多核心处理器，多核心处理器具有连接到调制解调器板的多个处理器核心。至少一个处理器核心用于执行全部控制面功能，并且剩余的处理器核用于执行全部数据面功能。可选地，可将多核心处理器配置为包括核心抽象层，其对在处理器核心上运行的应用软件隐藏任何核心专用细节。附加地，可将多核心处理器配置为包括用于故障隔离的管理器软件实体。此外，可将多核心处理器配置为在电信网络中为至少3个小区提供服务，每个小区具有相应的上行链路调度器和相应的下行链路调度器。多核心处理器可具有8个核心，以及第一处理器核心可运行第一操作系统，并且剩余的处理器核心可运行第二操作系统的各自实例。

在本发明的另一实施方式中，提供一种用于在电信网络中提供多小区支持的装置。该装置包括调制解调器板和多核心处理器，多核心处理器具有连接到调制解调器板的多个处理器核心。利用包括在所述多核心处理器中的全部处理器核心来定义单个分区。单个分区用于执行全部控制面功能和全部数据面功能。可选地，可将多核心处理器配置为包括核心抽象层，其对在单个分区中的处理器核心上运行的应用软件隐藏任何核心专用细节。此外，可将多核心处理器配置为在电信网络中为至少3个小区提供服务，每个小区具有相应的上行链路调度器和相应的下行链路调度器。多核心处理器可包括8个处理器核心，并且单个操作系统实例可在全部核心上运行。单个操作系统实例可包括具有PREEEMPT_RT的SMP Linux。

在本发明的又一实施方式中，提供一种在电信网络中利用核心相似性（affinity）和核预留（reservation）来提供多小区支持的装置。该装置包括调制解调器板和多核心处理器，多核心处理器具有连接到调制解调器板的多个处理器核性，并且被配置从而将全部非实时线程和进程绑定到专用于全部控制面活动的处理器核心。专用于全部数据面活动的处理器核心不会容纳（host）或运行数据路径实现或第2层处理不直接需要的任何线程。可选地，可将多核心处理器配置为包括控制面核心的默认相似性掩码或者核心抽象层，其对在处理器核心上运行的应用软件隐藏任何核心专用细节。单个操作系统实例可在全部核心上运行。

从下面提供的详细描述，本发明应用的进一步范围会变得更明显。然而，可以理解的是，指示本发明优选实施方式的详细描述和专用实施例仅用作解释，在不偏离等效物范围的前提下，各种变形和修改对本领域技术人员来说是明显的。

附图说明

本发明存在于设备各部分和方法各步骤的结构、安排和组合之中，由此获得预期的目标，在下面会详细描述，特别在权利要求中指出，并在附图中进行解释，其中：

图1描述了根据本发明方面的平台软件架构的一个实施方式；

图2描述了根据本发明方面的平台软件架构的另一实施方式；以及

图3描述了根据本发明方面的具有核心预留/核心相似性的示例性架构。

具体实施方式

现在参照附图，其中附图仅用于解释示例性实施方式，并不用于限制所要求的主题，图1提供示例性实施方式的视图，其中当前描述的实施方式可并入其中。

可伸缩性（scalability）是用于这种多小区软件架构的主要设计的考虑。因此，需要在没有主要软件重新配置的情况下可容易进行放大或缩小的配置。对于多核心处理器，系统配置至少有2个选择：受监督的异步多处理（AMP）配置（图1）和SMP配置（图2）。下面将更为详细地描述这些系统配置。

受监督的异步多处理（AMP）配置。在第一实施方式中，定义包括支持控制面功能的至少一个核心的分区，并且定义与要被支持的小区的数量相同的包括用于数据面的一个或多个核心的分区。在该配置中，通常需要提供与分区数的量相同的操作系统（OS）的实例。在该配置中，需要使用用于适当系统操作的被称为管理器的另一软件实体。管理器确保一个OS实例不会破坏其它分区。然而，管理器的使用显著增加成本，这是由于OS供应商通常为每个使用实例要求许可费。对至少两个不同类型的OS（一个用于控制面，并且另一个用于数据面）的使用使得维护性、以及成本成为关注的因素。当使用该配置时，可伸缩性是另一个关注的因素。重新配置所述板以支持多于3个小区也许不可行。即使可行，实际上，其可能要求复杂的重新配置过程，这将运行中执行时占用太多的时间。

图1描述了示例性平台软件架构的第一实施方式。该架构通常在调制解调器板上使用，但是可以理解的是，其可在其它应用中使用。在该情况下，提供具有8个核心（在图中表示为12、14、16、18、20、22、24和26）的多核心处理器10。然而，可以了解的是，多核心处理器10可具有任意数量的核心。在该实施例中，第一分区28用于运行第一操作系统（OS1）32的控制面30。第一分区28还包括OA&M34和BCS/UPS36。BCS/UPS36是将用于硬件的抽象提供给诸如OA&M实体的应用软件的中间件层。

7个AMP分区（在图中表示为38、40、42、44、46、48、50），剩余7个核中的每一个，用于运行第二操作系统（OS2）54的数据面52。

在处理器的8个核心上进行全部的第2层（L2）的处理。数据链路层是计算机网络的7层OSI模型中的第2层。数据链路层是协议层，其在广域网中相邻网络节点之间或者同一局域网部分上的节点之间传递数据。数据链路层提供功能和程序手段以在网络实体间传递数据，以及可提供检测在物理层中可能发生的错误并可能纠正错误的手段。数据链路协议的实施例是用于局域网的以太网（多节点），点到点协议（PPP）、用于点到点（双节点）连接的HDLC和ADCCP。在我们的实例中，L2指LTE空中接口所需要的L2调度器处理，其中LTE空中接口具有非常严格的实时要求。

所有的第1层（L1）处理在DSP/FPGA上进行。核心抽象层（CAL）56对L2应用软件隐藏核心专用细节。

示例性架构还包括管理器软件实体，例如管理器58，以确保全部这些分区独立地运行并且不相互干扰（也就是，确保故障隔离）。管理器是在虚拟化中使用的软件程序。其允许几个操作系统在指定的硬件部分上并排运行。不同于传统的虚拟计算程序，管理器直接在目标硬件上运行。这允许访客（guest）操作系统和管理器更有效地执行。在运行时，管理器利用全部系统硬件的虚拟化版本来呈现在其上运行的全部操作系统-“访客”。这样，访客不能直接访问硬件，并且因此可将一个操作系统的程序（或者甚至由OS自身）所导致的任何问题与任意其它OS隔离开。可能的管理器的列表包括但不局限于下列类型：Xen（Citrix），KVM（基于内核的虚拟机）、VMware ESX/vmkernel，微软Hyper-V，PowerVM（IBM），逻辑域/Oracle VM和Wind River（风河）管理器。

在该实施例中，处理器10为3个小区（在图中表示为60、62和64）提供服务。每个小区要求上行链路（UL）调度器（在图中表示为66、70和74）和下行链路（DL）调度器（在图中表示为68、72和76）。还包括RLC/MAC块78，其是在移动台和网络之间使用的空中接口上的基本传送单元。其用于携带数据和RLC/MAC信令。

如上所述，使用受监督的异步多处理的配置提供在控制面和数据面之间进行清楚隔离的优势。然而，其可能具有受限的伸缩性，并且由于管理器许可费，其会相对昂贵。即使利用该方法可支持3小区的配置，在具有该配置的8核心处理器上难以支持6小区配置。

SMP配置。现在参照图2，示出了多核心处理器100。该架构通常在调制解调器板上使用，但是可以理解的是，其可用于其它应用。在该实施方式中，将一个分区定义为其中包括全部8个核心。然而，可以了解的是，多核心处理器10可具有任意数量的核心。对于该实施方式，因此可以使用在全部核心（例如，8个核心）上运行的单个SMP OS实例102。由于控制面和数据面现在处于一个OS实例下，需要注意的是确保数据面的问题不会也使控制面出现问题。

在该实施例中，处理器100为3个小区（在图中示为104、106和108）进行服务。每个小区要求上行链路（UL）调度器（在图中示为110、112和114）和下行链路（DL）调度器（在图中示为116、118和120）。还包括RLC/MAC块122，其是在移动台和网络之间使用的空中接口上的基本传送单元。其用于携带数据和RLC/MAC信令。处理器100还提供OA&M124和BCS/UPS126。核心抽象层（CAL）128对L2应用软件隐藏核心专用细节。

在该配置中，由于仅有一个OS实例运行，因此不需要使用管理器（潜在的节约成本）。由于相同的OS用于控制面和数据面，因此维护性也较少出问题。不需要在不同的OS下开发用于两个面（也就是，控制和数据）的软件。该配置的另一优势是可伸缩性。即，利用这种配置，可以支持从单个小区到多达6个小区支持的任意配置，而不需要任何重新配置。

为了满足基站的实时性能需要，可使用诸如具有PREEMPT_RT补丁的SMP Linux的OS。当然，可以理解的是，可使用其他操作系统。还应当注意的是，使用私有的实时OS是较为昂贵的。由于Linux是开源的，因此使用由诸如Wind River或者Montavista的第1级OS提供商所提供的具有PREEMPT_RT的SMP Linux比使用任意它们的私有实时OS要显著便宜。这些公司提供开源Linux代码的可扩展测试，并且它们提供补丁维护。因此，去这样的公司可缓解对涉及与具有PREEMPT_RT补丁的开源Linux有关的任何保障问题的关注。

在该配置中的小区恢复比在受监督的AMP配置中要复杂许多。在受监督的AMP确认中，通过重新启动小区专用数据面分区，小区恢复或开始，可容易地进行。然而，这样的过程在SMP配置中不能进行，这是由于全部控制面和数据面现在处于单个分区下。必须执行恢复机制以确保与专用小区相关联的进程和线程被产生或重新开始，以作为小区恢复的一部分。对诸如缓冲器等的共享资源进行标记，使得由于小区恢复的一部分，分配给特定小区的共享资源被正确地释放。

SMP配置会趋向于丢失受监督的AMP配置的确定性行为。为了在SMP配置中实现确定性行为，系统优选地按照利用核心预留和核心相似性构建以实现类似AMP的系统行为的方式来执行。例如，还希望在具有PREEMPT_RT OS的SMP Linux之外获得最好的性能。（PREEMPT_RTOS仍不是硬实时PS，例如VxWorks。）使用无锁的零复制服务，诸如缓冲器维护服务，还可帮助处理由使用具有PREEMPT_RT OS的SMPLinux造成的任何延迟问题。

图3描述了利用核心预留和核心相似性结构的架构。在该实施例中，使用8核心处理器。在图中，核心0-7被标记为附图标记202、204、206、208、210、212、214和216。全部非实时线程或进程会被绑定到专用于控制面活动的核心。换句话说，专用于数据面活动的核心（在图中标记为218、220和222）不会容纳（host）或运行快速路径（数据路径）实现或L2处理不直接需要的任何线程。为了实现核心相似性和核心预留，定义控制面核心224的默认相似性掩码（default affinity mask）。在这种方式下，没有被分配专用绑定的任何线程或进程会被默认分配到控制面核心。核心抽象层（CAL）226对L2应用软件隐藏核心专用细节。在该配置中，由于仅运行OS实例228，因此不需要使用管理器。

将对应于指定小区的实时进程/线程通过核心预留和核心相似性（affinity）绑定到特定核心。例如，将小区1和小区4的UL调度器线程绑定到核心2，并且将DL调度器线程绑定到核心3。

从而，图3描述了SMP配置中的与AMP相似的配置。例如，在该配置中，全部的控制面进程/线程会在核心0（202）和核心1（204）上运行。小区实时进程/线程中的每一个会在专用核心上运行，其中在专用核心上不会执行非实时进程/线程。在这种方式下，（1）非实时线程将不会缺乏处理时间，并且（2）非实时线程将不会占用实时线程的任何有价值的处理时间，并且不会在具有严格的实时处理要求的数据核心上增加处理延迟尖峰。

总之，本发明的实现方式使用一个分区中全部处理器核心。这会要求仅使用一个OS实例，并且不需要使用管理器。由于简单Linux可能难以满足全部硬实时处理需要，优选的是诸如具有PREEMPT_RT补丁的SMPLinux的OS。还使用开源OS来降低成本。该系统进一步结合SMP Linux的核心相似性和CPU预留能力，以便在SMP配置中定义与AMP相似的系统行为，其中SMP配置允许6个小区或者甚至9个小区的配置。

可以理解的是，结合这里所呈现的特定示例性实施方式，结合定义的元素和/或元件描述特定的结构和/或功能特征。然而，可以预期的是，对于相同或相似的优势，这些特征还可在适当的情况下结合其它元素和/或元件。还可以理解的是，在合适时可选择性地利用示例性实施方式的不同方面，以实现适用于所期望应用的其它可替换的实施方式，其它可替换的实施方式从而实现这里结合的各方面的各自优势。

还可以理解的是，这里描述的特定元素或元件可具有适于通过硬件、软件、固件或其组合实现的它们的功能。此外，可以理解的是，这里描述的结合在一起的特定元素在合适的环境下可以是独立的元素或是被隔离开的。相似的，由一个特定元素承载的所描述的多个特定功能可由多个独立动作以执行各自功能的不同元素执行，或者特定的各功能可进行分割，并由行动一致的多个不同元素执行。可替换的，这里说明和/或描述的彼此不同的一些元素或元件在合适的情况下可以在物理上或功能上结合。

总之，参照优选实施方式给出了本发明的说明书。显然，在阅读和理解本说明书的情况下，可进行修改和变形。意在将本发明理解为包括全部这样的修改和变形，只要它们落在所附权利要求或其等效物的范围内。也就是说，可以理解的是，各种上述的以及其它特征和功能，或者其替换物，可根据愿望结合到许多其它不同的系统或应用中，以及由本领域技术人员随后进行的各种当前不可预见或不能预知的替换物、修改、变形或改进由下面的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种用于在电信网络中提供多小区支持的装置，该装置包括：

调制解调器板；和

多核心处理器，具有连接到调制解调器板的多个处理器核心，其中至少一个处理器核心用于执行全部控制面功能，并且剩余的处理器核心用于执行全部数据面功能。

2.根据权利要求1所述的装置，其中将多核心处理器配置为包括核心抽象层，其对在处理器核心上运行的应用软件隐藏任何核心专用细节。

3.根据权利要求1所述的装置，其中将多核心处理器配置为包括用于故障隔离的管理器软件。

4.根据权利要求1所述的装置，其中将多核心处理器配置为在电信网络中为3个小区提供服务，每个小区具有相应的上行链路调度器和相应的下行链路调度器。

5.根据权利要求1所述的装置，其中多核心处理器具有8个处理器核心。

6.根据权利要求1所述的装置，其中第一处理器核心运行第一操作系统，并且剩余的处理器核心共同运行第二操作系统。

7.一种用于在电信网络中提供多小区支持的装置，该装置包括：

调制解调器板；和

多核心处理器，具有连接到调制解调器板的多个处理器核心，其中利用包括在多核心处理器中的全部处理器核心来定义单个分区，并且其中所述单个分区用于执行全部控制面功能和全部数据面功能。

8.根据权利要求7所述的装置，其中将多核心处理器配置为包括核心抽象层，其对在单个分区中的处理器核心上运行的应用软件隐藏任何核心专用细节。

9.根据权利要求7所述的装置，其中将多核心处理器配置为在电信网络中为至少3个小区提供服务，每个小区具有相应的上行链路调度器和相应的下行链路调度器。

10.根据权利要求7所述的装置，其中多核心处理器具有8个处理器核。

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