CN105517176A - 动态调度虚拟化基站资源的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种动态调度虚拟化基站资源的方法，包括：将无线通信任务分成多个子任务并确定所述多个子任务的权重；并且根据由虚拟化基站所申请到的每一个BBU与TSU通信的延时，确定分别分配给每一个所述子任务的BBU，以使得每一个所述子任务的处理时长最短。

Description

动态调度虚拟化基站资源的方法

技术领域

本发明涉及无线通信，尤其涉及基站的资源调度。

背景技术

在由中国移动于2013年12月公布的白皮书“C-RANTheRoadTowardsGreenRAN”中，首次提出了虚拟化基站的概念。相较于需要对每一个(或几个)基站设置独立机房的传统无线通信网络，集中式基站架构(Centralized,Cooperative,CloudRadioAccessNetwork,C-RAN)将一定数量(几十、上百甚至上千)的基带处理模块(BasebandUnit,BBU)集中放置在一个大的中心机房，并使这些BBU以一定的结构相互连接以构成BBU池。在此基础上，通过软件虚拟化的手段，将一定数量的BBU虚拟化成为一个虚拟化基站。在一个BBU池中，可存在若干个虚拟化基站。

基于上述C-RAN的架构，华为公司在公开号为CN104170355、发明名称为“一种虚拟化基站的创建方法及基站云设备”专利中，提出了一种虚拟化基站的创建方法，该方法通过基站云设备生成虚拟资源池。在该方法中，首先由目标基站的通用硬件以及专用硬件生成虚拟资源池；然后接收用于创建虚拟化基站的配置信息；随后，再由基站云设备根据配置信息从虚拟资源中获取用于配置虚拟化基站的目标虚拟资源；最后将目标虚拟资源配置成基站虚拟机，并为基站虚拟机中的每个目标虚拟资源加载基站软件，以生成虚拟化基站。

然而，在上述现有技术中，仍存在耗时长、效率低的问题。由于虚拟化基站通过申请BBU资源而分配到的BBU的数量和位置是不固定的，并且由于采用了静态模式来调度BBU资源，使得由分配到的全部BBU来同时处理虚拟化基站的任务。在这种静态模式中，完成虚拟化基站的任务的时间取决于参与该任务的全部BBU中耗时最多的BBU，该耗时等于该耗时最多的BBU的处理时长与数据通信时长之和。通常，在虚拟化基站与远端射频单元(RemoteRadioUnit,RRU)的数据通路中，只有一个任务调度单元(TaskScheduleUnit，TSU)。对于具有大规模的BBU的系统，在TSU和BBU之间的数据传递需要经过若干级数据交换芯片，而每经过一次数据交换芯片都会产生一定的延时，例如Cisco的SFS7000DInfiniBandDDR交换芯片标称最高200ns延时，RHiNET-3/SW交换芯片具有240ns的延时。假设，射频接口部分与某个特定BBU之间的通信需要经过200次交换，单次交换的延时是240ns，则进行一次通信数据的往返传递，其延时可高达200×240ns×2＝96us。相对地，在下一代5G无线通信技术中，将为用户提供1Gbps到10Gbps的传输速率。假设有一个64kB的任务，需要基站在64kB/1Gbps＝488us的时间内完成该任务的处理，如果虚拟化基站所指定的某个BBU的计算能力刚好在既定的时间内完成任务，而任务在处理过程中的通信延时达到了96us，则会导致基站的性能下降约19％。

因此，采用静态调度会导致任务的完成时间受交换延时的影响，因而带来很大的性能损失。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种调度虚拟化基站的资源的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

提供一种动态调度虚拟化基站资源的方法，包括：将无线通信任务分成多个子任务并确定所述多个子任务的权重；并且根据由虚拟化基站所申请到的每一个BBU与TSU通信的延时，确定分别分配给每一个所述子任务的BBU，以使得每一个所述子任务的处理时长最短。与现有技术相比，本发明的优点在于：

通过将一个完整的无线通信任务分成依序执行的多个子任务，并且动态地为每一个子任务分配延时最小的相应数量的BBU，从而达到降低耗时、提升效率的效果，并且由于其相较于现有技术占用了更少的BBU资源，因而能够将节省下的BBU资源用于其他任务。

附图说明

以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中：

图1是BBU池的示意图；

图2是根据本发明的一个实施例的虚拟化基站为子任务分配BBU资源的示意图；

图3是根据本发明的资源调度方法与现有的静态调度方法在最大交换机数量为100、300与600时的虚拟化基站性能的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。

如图1所示，在一个BBU池100中包括成百上千个BBU和一个TSU104；在某一段时间内，所述成百上千个BBU中包括多个被占用的BBU102(如图中未标注编号的BBU组件)和多个未被占用的BBU101(如图中标注编号的BBU组件)。BBU池中的BBU可以通过该TSU104与RRU105通信。在某一段时间内，根据业务量的需求，可以申请若干个未被占用的BBU来构成虚拟化基站。

发明人在仔细研究现有技术的基础上发现，由于不同的BBU与TSU通信所经过的交换器的数量是不相同的，其导致使用不同的BBU所带来的延时是不相同的。在虚拟化基站处理无线通信任务的过程中，一个无线通信任务可以划分成多个子任务，并且这些子任务之间是顺序执行的，因此在处理每一个子任务时，针对不同的子任务需求，动态地为它分配处理延时最小的多个BBU，使得每一个子任务的处理时间最优化，由此获得整个无线通信任务的效率最优化，实现虚拟基站的性能提升，从而克服在现有技术中由同时使用全部BBU处理完整的无线通信任务而造成的耗时长、效率低的问题。

为了实现上述目的，需要获得不同BBU的延时大小的排列顺序，并且为不同的子任务动态地分配不同数量的BBU，以分别使用延迟最小的前多个BBU来处理相应的子任务。

由于BBU的延迟主要来自于其与TSU通信的耗时，而通信的耗时与通信信号所经过的交换器的数量有关，因此可以根据每个BBU与TSU通信所经过的交换器的数量进行排序。

为了针对不同的子任务动态地分配其所需数量的BBU，可以采取搜索算法分别找出使得每个子任务耗时最短的分配BBU的方法，以使得虚拟化基站处理整个的无线通信任务的总时间最短、效率最高。

基于以上研究，可以使用包含分配给每个子任务的BBU数量的变量的表达式来表示虚拟化基站处理无线通信任务的时间和效率，所使用的变量名称如下：

N为虚拟化基站在该段时间内申请到的BBU的数量；

M为在某一段时间内的某个时刻到达BBU池的标准的无线通信任务的大小；

Y为该大小为M的任务被分成的子任务的数量(例如，在使用LTE进行通信的系统中，一个完整的处理任务可以被拆解为FFT、MIMO收、解调、解码、编码、MIMO发、IFFT的7个子任务)；

q_i是每个子任务的归一化权重，i＝1,2,…,Y,(例如，在使用通用处理器的情况下，可以经计算获得上述FFT、MIMO收、解调、解码、编码、MIMO发、IFFT的7个子任务的归一化权重q_i，其分别为0.19、0.1、0.02、0.38、0.02、0.1、0.19)；

U_i是每个子任务的大小，i＝1,2,…,Y，U_i＝Mq_i；

n_i是在进行资源分配时分配给第i个子任务的BBU的数量，i＝1,2,…,Y；由于多个子任务是由同一个任务拆分而成，必须顺序地执行每个子任务，在不需要针对每个子任务分配不同BBU的情况下，可能使用相同的几个BBU依次执行多个子任务，因此n_i≤N；

P为单个BBU的处理能力；

d_i是从TSU到达n_i个BBU中的任意一个BBU所经过的交换芯片数量的最大值；

h是单个交换芯片的交换延时。

由于处理大小为U_i的单个子任务所消耗的时间取决于耗时最长的BBU和通信延时，因此由虚拟化基站分配给处理第i个子任务的时间t_i应等于分配给该子任务的BBU的处理时长与交换芯片所导致的通信延时的最大值之和，即其将在后续实施例中详细描述。

由此，在依序执行每个子任务的情况下，虚拟化基站处理大小为M的任务所消耗的时间T为处理全部子任务的时间之和，即

$T=\underset{i=1}{\overset{Y}{\Σ}}{t}_i=\underset{i=1}{\overset{Y}{\Σ}}\[\frac{U_i}{n_{i}P}+max\left\{2{\mathrm{hd}}_i\right\}\]=\underset{i=1}{\overset{Y}{\Σ}}\[\frac{{\mathrm{Mq}}_i}{n_{i}P}+max\left\{2{\mathrm{hd}}_i\right\}\].$

因此，虚拟化基站的处理效率R为无线通信任务的大小M与处理该任务所消耗的时间T之比，即 $R=\frac{M}{T}=\frac{M}{\underset{i=1}{\overset{Y}{\Σ}}\[\frac{{\mathrm{Mq}}_i}{n_{i}P}+max\left\{2{\mathrm{hd}}_i\right\}\]}.$

为了实现本发明的目的，需要优化虚拟化基站的性能以使得虚拟化基站的处理效率R最大，即需要针对满足n_i≤N，i＝1,2,…,Y的每一个的子任务，找出使得虚拟化基站处理无线通信任务的耗时最短、效率最高的调度BBU资源的方法。

根据本发明的一个实施例，在依照业务量的需求向BBU池申请N个未被占用的BBU来构成虚拟化基站之后，可以通过以下步骤向不同的子任务分配不同数量的BBU，包括：

1)构建交换延时列表：通过使用(例如插入排序法、递归排序法、冒泡排序法等)排序算法，对从TSU到虚拟化基站所申请到的每一个BBU所经过的交换器的数量进行排序，来计算由虚拟化基站所申请到的每一个BBU与TSU通信的延时大小的排列顺序。由此，使得TSU与第n个BBU通信所经过的交换器数量为该TSU与BBU池中任意n个BBU通信所能达到的交换器数量的最小值。

本领域的技术人员应理解，由于排序是按照每个BBU所经过的交换器数量排的，排序的结果不会因为调度过程而改变，因而不需要每次都要排序；在能够获知由虚拟化基站所申请到的每一个BBU与TSU通信的延时大小的排列顺序的情况下，还可以不计算从TSU到虚拟化基站所申请到的每一个BBU所经过的交换器的数量。

2)分配子任务：根据信号处理的需求，将大小为M的无线通信任务划分成依序进行的Y个子任务(例如，可以将无线通信任务划分成7个子任务，分别为FFT、MIMO接收、信号解调、解码、编码、MIMO发送、IFFT)，并确定每个子任务占整个无线通信任务的权重(例如归一化的权重)。每个子任务的权重取决于所使用的硬件设备，这些任务的权重可以通过测试或计算或根据硬件标称而获得。

本领域的技术人员应理解，在已经由无线通信任务所分成的多个子任务及所述多个子任务的权重的情况下，本发明还可以不实施上述划分子任务的步骤。

3)初始化所处理的子任务的编号：设定i＝1。

4)计算处理当前子任务所消耗的时间：针对第i个子任务，遍历第一步中排序之后的BBU。将分配给该子任务的BBU的数量n_i从最小值1遍历至最大值N，以计算n_i取不同值时处理第i个子任务所消耗的时间通过此种搜索算法找出使得t_i最小的n_i及计算出的t_i的最小值。

5)判断是否完成针对全部子任务所消耗的时间的计算：

若i≠Y,则i＝i+1,并重复步骤4)中的搜索过程；

若i＝Y，则停止搜索过程，并计算虚拟化基站处理大小为M的任务所消耗的总时间

本领域的技术人员可以了解，在上述步骤3)-5)中，还可以不进行遍历搜索，而仅针对部分n_i进行搜索，以确定较优的分配给不同子任务的BBU的数量。

6)计算虚拟化基站的处理效率

7)在虚拟化基站处理无线通信任务时，依次在处理每一个子任务时，为每一个子任务分配延时最小的相应的前多个的BBU。例如，参考图2，组成虚拟化基站的5个BBU101按照它们的交换延时从小到大进行排序，被标注为1、2、3、4、5，分配给FFT、MIMO接收、解调、解码、编码、MIMO发送、IFFT的BBU数量分别是2、4、3、5、5、4、2个。由此，可以在进行子任务FFT时分配标注为1和2的BBU，在进行MIMO接收时分配标注为1、2、3和4的BBU，依次类推。

本领域的技术人员应理解，在不改变硬件条件的情况下，针对相同或相似大小的无线通信任务，在确定分别分配给每一个子任务的BBU的数量以使得每一个子任务的处理时长最短的情况下，可以不必重复实施上述步骤3)-5)所描述的搜索算法和步骤6)。例如，在接收并处理处理视频文件时，每一帧图片的大小相近，因此可不必根据每一帧图片进行重复搜索。

在上述实施例中描述了通过搜索算法找出使得虚拟化基站处理无线通信任务耗时最短、效率最高的方法，由此不必使分配给虚拟化基站的全部BBU同时处理无线通信任务，从而降低了不必要的浪费。根据本发明的其他实施例，在实际使用过程中，还可以将虚拟化基站中未被使用的BBU用于其它任务，从而进一步提升虚拟化基站的处理效率。

为测试根据本发明的方法相对于现有技术的效果，发明人使用表1所示的参数进行了仿真。

表1：虚拟化基站性能的仿真参数

其中d是虚拟化基站的BBU进行通信所经过的最大交换器数量(上限值)。在仿真时，为了体现在不同的时刻，虚拟化基站所拥有的N个BBU各自经过的交换器数量均不同，在虚拟化基站初始化过程中，将N个BBU各自经过的交换器数量设为1至d之间的均匀分布。

图3示出了运行10万次的仿真结果，参考图3可以看出：

对于不同大小的任务计算量，使用本发明所提出的动态调度算法的效率(即在单位时间内完成的无线通信任务量)均高于使用静态调度算法的效率。此外，在最大交换器数量分别被设为100、300、600时，使用本发明所提出的动态调度算法的效率均高于使用静态调度算法的效率。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。调整根据本发明的实施例的部分步骤的顺序，将不影响本发明的实施。此外，本发明不受通信制式的限制，还可以使用LTE以外的其他通信方式。

尽管上文参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种动态调度虚拟化基站资源的方法，包括：

1)将无线通信任务分成多个子任务并确定所述多个子任务的权重；并且

2)根据由虚拟化基站所申请到的每一个BBU与TSU通信的延时大小，确定分别分配给每一个所述子任务的BBU，以使得每一个所述子任务的处理时长最短。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述步骤1)还包括：

通过测试或计算或根据硬件标称来确定每个子任务占整个无线通信任务的权重。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述步骤2)还包括：

使用排序算法对从所述TSU到由虚拟化基站所申请到的每一个所述BBU所经过的交换器的数量进行排序，以作为所述延迟大小的排列顺序。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述步骤2)还包括：

针对每一个所述子任务进行搜索算法，将分配给所述子任务的BBU的数量从最小值遍历至最大值，以计算出使得处理所述子任务所消耗的时间最短的所述分配给所述子任务的BBU的数量。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述处理每一个所述子任务所消耗的时间等于分配给所述子任务的BBU的处理时长与经由交换芯片的通信延时的时长之和。

6.根据权利要求5所述的方法，还包括：依次在处理每一个所述子任务时，按照所述延迟大小的排列顺序，为每一个所述子任务分配延时最小的相应所述数量的BBU。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，将所述无线通信任务分成依序执行的子任务FFT、接收、解调、解码、编码、发送、和IFFT。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述子任务FFT、接收、解调、解码、编码、发送、和IFFT的归一化权重分别为0.19、0.1、0.02、0.38、0.02、0.1、0.19。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，将虚拟化基站中未被使用的BBU用于其它任务。

10.一种动态调度虚拟化基站资源的设备，包括：

用于将无线通信任务分成多个子任务并确定所述多个子任务的权重的装置；以及

用于根据由虚拟化基站所申请到的每一个BBU与TSU通信的延时大小，确定分别分配给每一个所述子任务的BBU，以使得每一个所述子任务的处理时长最短的装置。