CN105827654A - 基于gmr-1 3g系统多核并行协议栈结构设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于GMR‑1 3G系统多核并行协议栈结构设计方法，解决现有技术中数据传输时延长，处理速度慢的问题。在GMR‑1 3G标准基础上，将协议栈各层进行合理的模块划分，并将各模块通过合理的任务分配方式分配到多核处理器上的各个核上并行运行，核间通信机制采用不仅时间消耗少而且能传输变长数据的MessageQ方式，有效提高了处理速度。各协议层运行在通过TCP/IP协议通信的不同板卡上。在消息传输过程中进行消息类型判断，如果是判断连接是否正常的心跳包，则进行透传，忽略PDCP和RLC的处理，进而降低处理时延。为了保证时钟的稳定性，将时钟单独分配到一核运行。本发明同时兼顾了系统传输时延，系统吞吐量等因素。

Description

基于GMR-1 3G系统多核并行协议栈结构设计方法
技术领域
本发明属于宽带无线通信协议栈领域，具体涉及一种GMR-1 3G系统的Uu接口协议栈接入层设计方法。在GMR-1 3G标准基础上，将各层进行合理的模块划分，并将各模块通过合理的任务分配方式分配到多核处理器上的各个核上并行运行，进而降低处理时延。本发明同时兼顾了系统传输时延，系统吞吐量等因素。
背景技术
新一代卫星移动通信系统多数都支持GMR-1 3G标准(GMR,Geostationary earth orbit Mobile Radio interface),该标准是由欧洲电信标准化研究所ETSI(European Telecommunications Standards Institute)发布的可与地面3G核心网互联的地球同步卫星移动通信空中接口技术规范，从基于GSM(Global System for Mobile communication)标准的通信系统GMR-1演化而来。GMR-1 3G通信系统规范定义了基站和终端之间的空口(UU口)以及基站和核心网(CN,Core Network)之间的IU(Interface between BSS and core network)口。
在GMR-1 3G系统中，Uu口协议分三个协议层：物理层(L1)，数据链路层(L2)，网络层(L3)。其中L2包括媒体访问控制MAC(Media Access Control)子层、无线链路控制RLC(Radio LinkControl)子层，分组数据汇聚协议PDCP(Packet Data Convergence Protocol)子层。
RLC/MAC层的主要功能就是实现数据的传输处理，从而能够为高层提供更好的传输服务。基站侧RRC层将执行整个基站范围内无线接口的资源控制功能，并为下层执行系统进行配置，负责每个终端(MES)用户接入基站后的逻辑流程的控制。
为了满足不同数据的处理需求，RLC提供了三种不同特性的数据传输服务，分别是透明数据传输(TM,Transparent Mode)、确认数据传输(AM,Acknowledge Mode)和非确认数据传输(UM,Acknowledge Mode)。RRC层根据传输的数据需求，负责将RLC实体配置成不同的传输模式。
随着人们对信号处理器要求的提高，单核架构的信号处理器的发展遇到了瓶颈。 而多核架构处理器的出现，却给通信领域带来了新的希望。通过将任务合理地分配到不同的核上执行，多核信号处理系统可以以较低的频率、较小的功耗来获得同样高的性能。TI公司提供了关于多核通信的IPC组件，可以支持内核间的信息传递，常用的IPC通信方案有：Notify方案、MessageQ方案。
心跳包就是在客户端和服务器间定时通知对方自己状态的一个自己定义的命令字，按照一定的时间间隔发送，类似于心跳，所以叫做心跳包。本发明通过建立心跳信息专用承载，使心跳信息在协议栈传输时能忽略PDCP和RLC的处理，缩短了处理时延。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，基于GMR-1 3G系统协议，提出一套切实可行的协议栈设计方法。本发明协议栈结构中RRC层系统包含核心控制模块，RRC功能控制模块，核心数据结构模块，参数配置管理模块。层二系统包含PDCP处理模块，RLC处理模块，MAC处理模块。物理层系统包括数据收发模块和数据处理模块。设计了基于多核处理器的GMR-1 3G数据链路层的并行软件架构，将层二每子层分布在单独的一核上，满足强实时性、处理速度快的要求。数据链路层采用数据流任务分配方式即每个核接收上一个线程传输的数据，然后执行本线程的相关任务，接着将处理后的数据传输到另一个核以便用于进一步地处理。
由于数据处理部分的时间要比数据收发部分的时间长的多，所以会出现在某一时刻有多条信道的数据需要处理的情况。把这些不同的信道数据处理任务合理分配到不同的DSP核心上，则能实现对这些接收数据的并行处理。即把物理层功能分为数据收发和数据处理两大部分并行执行，这样就能减小物理层数据处理时延、充分发挥多核处理器的作用。物理层任务分配方式采用主从模式，也就是说需要有一个DSP内核来收发数据，然后调用其他的DSP内核进行数据处理。
进一步的，为了提高时钟稳定性，将时钟单独分布于一核上。通过建立心跳信息专用承载，使心跳信息在协议栈传输时能忽略PDCP和RLC的处理，缩短了处理时延。运用MessageQ方式进行核间通信要比运用Notify所消耗的时钟周期数更少。而且，Notify传递的负载是固定的32bit,而MessageQ可传输变长数据。在项目实际需求中，传递的数据长度因信道类型不同而不同。所以，选择MessageQ进行核间通信。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
第一，设计了基于多核处理器的GMR-1 3G数据链路层的并行软件架构，将层二每子层分布在单独的一核上，满足强实时性、处理速度快的要求。
第二，由于数据处理部分的时间要比数据收发部分的时间长的多，所以会出现在某一时刻有多条信道的数据需要处理的情况。本发明把这些不同的信道数据处理任务合理分配到不同的DSP核心上，则能实现对这些接收数据的并行处理。即把物理层功能分为数据收发和数据处理两大部分并行执行，这样就能减小物理层数据处理时延、充分发挥多核处理器的作用。
第三，本发明为了提高时钟稳定性，将时钟单独分布于一核上。物理层任务分配方式采用主从模式，也就是说需要有一个DSP内核来收发数据，然后调用其他的DSP内核进行数据处理。数据链路层采用数据流任务分配方式即每个核接收上一个线程传输的数据，然后执行本线程的相关任务，接着将处理后的数据传输到另一个核以便用于进一步地处理。运用MessageQ方式进行核间通信要比运用Notify所消耗的时钟周期数更少。而且，Notify传递的负载是固定的32bit,而MessageQ可传输变长数据。在项目实际需求中，传递的数据长度因信道类型不同而不同。所以，选择MessageQ进行核间通信。
附图说明
图1为多核协议栈设计方案。
图2为数据链路层任务分配方案。
图3为物理层任务分配方案。
图4为数据处理流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示核心控制模块：此模块为RRC层设计的核心，通过事件监测、定时器管理，来完成对整个协议栈的有机管理，主要是以状态机为中心来控制整个RRC功能实体的运转。RRC功能控制模块：此模块主要完成了RRC模块和其它模块之间接口之间的交互，所有过程的信令的交互都是通过此模块来进行完成的。参数配置管理模块：主要完成GSC对多个小区的管理、完成系统广播、完成向核心网的注册、 公共信道的配置、小区的建立等一系列功能。核心数据结构模块：此模块包含了基站侧所有接入的终端的各种信息以及通过管道接收到的消息的消息格式。当RRC层收到高层发来的数据消息时，通过核心控制模块控制RRC功能控制模块完成和其他模块的信息交互，并通过参数配置管理模块对下层进行参数配置。
RRC层系统通过网口驱动模块将消息传递到处于多核处理器上的数据链路层。数据链路层多核任务分配方式如图2所示。下行数据经过PDCP子层缓存和头压缩处理后，经过MessageQ通信方式传递到RLC子层。上行数据经过头解压缩，然后将数据进行缓存并重排序，最后发送给高层。
如图4所示，在RLC子层进行数据消息类型判断。如果为心跳包消息，直接透传；如果不是，则按相应处理机制对消息进行处理。下行时，先将SDU下行数据进行缓存，然后等待MAC层调度，分段级联成PDU，最后发送给MAC层。上行时，先将PDU缓存重排序，然后重组成SDU，最后发送给高层。
在MAC子层接收到通知后，下行时，进行下行调度，包含PCH调度、DCH调度和PDCH调度。上行时，解析PUI后将数据递交给RLC层。
如图3所示，物理层用数据收发模块发送和接收数据，用其他核进行并行数据处理。即核0主要负责数据的收发,其他核负责数据处理，进而提高数据处理速度，降低传输时延。物理层，数据链路层和无线资源控制系统分别处在不同的板卡上，板卡之间通过TCP/IP协议通信。

Claims (6)

1.一种基于GMR-1 3G系统多核并行协议栈结构设计方法，其特征在于：Uu口协议分三个协议层：物理层(L1)，数据链路层(L2)，网络层(L3)。网络层包括非接入层和无线资源控制(RRC)层。RRC层系统包含核心控制模块，RRC功能控制模块，核心数据结构模块，参数配置管理模块。数据链路层系统包含PDCP处理模块，RLC处理模块，MAC处理模块，时钟模块。物理层系统包括数据收发模块和数据处理模块。
2.根据权利要求1所述的基于GMR-1 3G系统多核并行协议栈结构设计方法，其特征在于：采用三核处理器，将数据链路层每一子层媒体访问控制MAC(Media AccessControl)子层、无线链路控制RLC(Radio LinkControl)子层，分组数据汇聚协议PDCP(Packet Data Convergence Protocol)子层分别分布在单独的一核上，满足强实时性、处理速度快的要求。
3.根据权利要求1所述的基于GMR-1 3G系统多核并行协议栈结构设计方法，其特征在于：物理层任务分配方式采用主从模式，把不同的信道数据处理任务合理分配到不同的DSP核心上，则能实现对这些接收数据的并行处理。即有一个DSP内核来收发数据，然后调用其他的DSP内核进行数据处理。
4.根据权利要求1所述的基于GMR-1 3G系统多核并行协议栈结构设计方法，其特征在于：建立心跳信息专用承载，使心跳信息在协议栈传输时能忽略PDCP和RLC的处理，缩短了处理时延。
5.根据权利要求1所述的基于GMR-1 3G系统多核并行协议栈结构设计方法，其特征在于：将时钟单独分布于一核上，提高时钟稳定性。
6.根据权利要求1所述的基于GMR-1 3G系统多核并行协议栈结构设计方法，其特征在于：核间通信机制采用不仅时间消耗少而且能传输变长数据的MessageQ方式，有效提高了处理速度。各协议层运行在通过TCP/IP协议通信的不同板卡上。
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