CN105933383A - 基于l3和l2层协议的虚拟化载波迁移方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于L3和L2层协议的虚拟化载波迁移方法，主要解决现有技术对C‑RAN基带池资源调度效率低的问题。其方案是：源端向载波迁移控制模块发送迁移请求；载波迁移模块向目的端发送迁移环境准备消息；载波迁移控制模块收到目的端迁移环境准备完毕消息后，向源端发送迁移命令；源端对L3和L2层协议载波虚拟机作最后一轮数据迁移拷贝时，L1层协议虚拟机缓存处理完的数据；载波迁移控制模块收到数据拷贝迁移完毕消息后，向目的端发送数据迁移拷贝完毕消息；目的端迁移生成的L3和L2层协议载波虚拟机启动，并清空缓存数据，源端业务数据经交换网送至目的端。本发明实现了资源的高效利用，可应用于C‑RAN基带池资源调度。

Description

基于L3和L2层协议的虚拟化载波迁移方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种的虚拟化载波迁移方法，可用于基于L3和L2层协议。

背景技术

分布式基站结构将传统宏基站中的基带处理单元BBU和射频处理单元RRU分离，并将二者通过光纤相连。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。当前RRH+BBU的分布式基站特点是，RRH固定连接在某个BBU的处理板。RRH只能将基带信号数据和O&M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RRH的上行基带信号数据；同样，任意一个BBU也难以向其它BBU所属的RRH发送下行基带信号数据。由于每个BBU所连接的RRH基带信号数据源受到限制，不同BBU之间的基带处理资源也难以彼此补充、互相利用：即闲置的BBU处理能力并不能用来处理其它负载重的BBU上的基带信号数据。分布式的基站架构不能实现跨BBU间的载波处理资源调度，很难根本解决更大覆盖区域内的话务潮汐现象。

与传统分布式基站不同，新型绿色无线网络架构C-RAN将一定范围内的BBU互联，对基带处理资源进行统一管理和动态调配，实现基带资源池的共享；C-RAN架构突破了RRU和BBU的固定连接关系，每个RRH不专属于任何一个BBU，而且每个RRH上发送或接收的信号的处理都是在一个虚拟的基带基站完成的，而这个虚拟基站的处理能力是由实时虚拟技术分配基带池中的部分处理器构成的。

随着云计算技术的发展，虚拟化技术以及虚拟机迁移技术逐步被引入至通信网络架构中。结合虚拟化技术，C-RAN基带池中的载波处理资源可被抽象成虚拟机的形式，以灵活的虚拟化粒度抽象处理资源，并进行按需抽取基带池处理资源；结合虚拟机迁移技术，可将处理载波的基带处理资源以虚拟机的形式从一台物理机迁移至另一台物理机，实现了基带池处理资源的动态调度。当源物理机需要进行维护或者关闭时，可将源物理机上的载波虚拟机迁移至负载较低的物理机上，实现绿色通信。

现有的载波迁移方案是以整个协议栈的粒度进行迁移，如图1所示，即将载波协议栈的L1、L2、L3这三层协议置于同一虚拟机中，在执行载波迁移操作时，将这三层协议栈内的全部数据同时迁移至目的端。而这种载波迁移方案的迁移中断时间大都在几十到几百毫秒之间，且虚拟机的内存变化速度快于迁移过程的内存拷贝速度，导致虚拟机迁移操作的内存拷贝过程无法收敛。移动通信的高实时性特点要求虚拟机对载波业务的处理时延在几毫秒级别，如若采用上述的载波迁移方案，对虚拟机迁移架构的相关配置有相当高的要求。因此，寻找一种能降低载波业务处理时延且可提高载波处理资源利用率的新型载波迁移模型就显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提供一种基于L3和L2层协议的虚拟化载波迁移方法，以缩短对载波业务的处理时延，提高载波处理资源利用率的要求。

本发明的技术方案是这样实现的：

一.技术原理

就WCDMA系统的PS64K业务为例，基带数据经物理层CRC校验、Turbo编码和速率匹配等操作，速率由64Kbit/s增加到240Ksymbol/s，再经物理层以扩频因子SF＝16进行的扩频调制后，其速率将达3.84Mbit/s，基带数据在经过物理层处理后，速率增加达60倍之巨。由此观之，载波迁移方案中的虚拟机内存变化过快问题集中发生在载波协议栈的L1层当中。

WCDMA系统的物理层操作包括CRC添加、传输块级联与码块分段、信道编码、无线帧尺寸均衡、第一次交织、无线帧分段、速率匹配、传输信道复用、DTX比特插入、物理信道分段、第二次交织、物理信道映射、扩频、加扰、调制15个模块处理。对于不同WCDMA小区基站来说，基站物理层的操作是相同的，即高层下发的数据都会经过这15个模块的流水式处理，然后发往射频端，不同的只是模块参数由各个基站的L3层无线资源控制协议层RRC设置。如不同的WCDMA小区基站需采用不同的扰码，基站RRC层将该基站所使用的扰码下发至物理层的加扰模块，加扰模块使用下发的扰码信息对基带数据进行加扰处理，但对于加扰模块来说，其只是获取高层下发的参数并进行加扰操作，至于参数是由哪个小区基站下发的对其并无影响。对于不同的小区基站来说，基站高层存储的信息以及下发的信令是不相同的。如RRC层主要功能是发送小区广播信息、寻呼、RRC连接管理、资源块资源管理、UE测量报告和切换管理等，不同小区的RRC层存储的系统信息不同，如管理信息库携带的带宽信息与物理混合自动重传指示信道配置信息、系统信息块携带的小区重选信息及邻小区列表、用户接入注册信息和小区识别信息等。由此观之，载波协议栈的物理层是通用的，同一个物理层处理模块可以为任何一个小区基站的L3和L2高层协议服务，而不同小区的L3和L2高层协议则不具备这种通用性。

载波虚拟机的迁移性能受内存访问特性和网络数据传输量影响，由于载波虚拟机内存变化过快问题集中体现在实时性要求高的载波协议栈L1层，且载波协议栈的L1层具有为任何一个小区载波服务的通用性，因此可将现有模型的L3和L2层协议处理与L1层协议处理分离，即将整个基站协议栈的载波虚拟机迁移粒度缩小至L3和L2层协议的载波虚拟机迁移，载波虚拟机迁移粒度的缩小可以加快载波虚拟机迁移的收敛速度，缩短载波虚拟机迁移的停机时间，减少载波虚拟机迁移的数据拷贝量，最终实现基带池处理资源的高效利用。

二.实现方案

1.基于L3和L2层协议的虚拟化载波迁移系统，包括：

载波迁移控制模块，用于控制实现L3和L2层协议载波虚拟机的迁移；

源物理服务器，用于对接入源物理服务器的空口业务数据处理；

目的物理服务器，用于对接入目的物理服务器的空口业务数据处理；

数据缓存模块，用于存储L3和L2层协议载波虚拟机最后一轮数据迁移拷贝时，源物理服务器L1层虚拟机处理后送出的数据；

交换网络，用于实现源物理服务器空口接入的用户业务数据至目的物理服务器的导向操作；

共享存储器，用于存储L3和L2层协议载波虚拟机硬盘镜像，该硬盘镜像同时挂载在源物理服务器和目的物理服务器上，源物理服务器和目的物理服务器通过加载此硬盘镜像，生成L3和L2层协议载波虚拟机；

虚拟化管理模块，用于在源物理服务器和目的物理服务器上生成L1层协议虚拟机，及L3和L2层协议载波虚拟机；

其特征在于：

载波迁移控制模块，包括资源监视子模块和迁移管理子模块，资源监视子模块用于监视其覆盖范围内的物理服务器负载状态，并按照相应的规则挑选迁移源物理服务器和迁移目的物理服务器；迁移管理子模块用于源物理服务器和目的物理服务器之间的迁移信息交互；

交换网络，还设有为空口业务数据打标识信息的功能，即为接入源物理服务器的空口数据打上标示信息，并根据该标示该信息，正确导向数据至目的物理服务器。

2.利用权利要求1系统实现基于L3和L2层协议的虚拟化载波迁移方法，包括：

1)源物理服务器向资源监视子模块发送迁移请求，资源监视子模块查询挑选目的物理服务器，并通知目的物理服务器进行迁移环境准备；

2)目的物理服务器向迁移管理子模块上报迁移环境准备完毕消息，及迁移操作完后处理源物理服务器业务数据的虚拟机地址信息；

3)迁移管理子模块下发虚拟机地址信息给源物理服务器，并通知源物理服务器对L3和L2层协议载波虚拟机进行迁移；源物理服务器对数据缓存模块大小进行设置，并将数据缓存模块地址通过虚拟化管理模块转发给源物理服务器L1层协议虚拟机，通过迁移管理子模块转发给目的物理服务器；

4)源物理服务器对L3和L2层协议载波虚拟机进行至最后一轮数据迁移拷贝时，源物理服务器的L1层协议虚拟机将处理后的数据进行缓存；

5)源物理服务器的L3和L2协议层载波虚拟机在最后一轮数据迁移拷贝完毕后，源物理服务器L1层协议虚拟机停止数据缓存，源物理服务器向迁移管理子模块上报数据拷贝完毕消息，迁移管理子模块下发数据拷贝完毕消息至目的物理服务器；

6)目的物理服务器接收到迁移管理子模块发送的数据拷贝完毕消息后，开始启动迁移生成的L3和L2层协议载波虚拟机，并执行以下两个操作：

6a)目的物理服务器生成的L3和L2层协议载波虚拟机向其L1层协议虚拟机下发如下参数：传输块集TTI长度、CRC校验长度、信道编码参数、交织参数、速率匹配参数、传输信道复用参数、各用户所用信道化码、各用户功率控制参数、小区所用扰码及同步码；

6b)目的物理服务器下发数据缓存模块地址给L3和L2层协议载波虚拟机，生成的L3和L2层协议载波虚拟机清空缓存数据；

7)迁移管理子模块向源物理服务器发送迁移完毕消息，源物理服务器关闭L3和L2层协议载波虚拟机，释放虚拟化载波处理资源；

8)源物理服务器向交换网络下发空口数据导向信息，该导向信息包括：目的物理服务器L1层虚拟机地址，及目的物理服务器生成的L3和L2层协议载波虚拟机地址；

9)交换网络根据空口数据导向信息，将接入的空口数据导向至目的物理服务器的L1层虚拟机，且被标识上目的物理服务器生成的L3和L2层协议虚拟机地址信息。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

现有载波迁移方案以整个协议栈为迁移粒度进行载波虚拟机迁移，导致载波业务处理时延长，载波处理资源利用率低。

本发明在保证源端用户业务不中断的条件下，通过缩小载波迁移虚拟化粒度，加快了载波处理资源调度的收敛速度，缩短了载波虚拟机迁移的停机时间，减少了载波虚拟机迁移的数据拷贝，从而缩短了载波业务的处理时延，提高了基带池处理资源的利用率。

附图说明

图1是现有载波迁移模型图；

图2是本发明基于L3和L2层协议的虚拟化载波迁移系统图；

图3是本发明基于L3和L2层协议的虚拟化载波迁移实现流程图；

图4是本发明基于图2系统进行虚拟化载波迁移操作的信息交互图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和有点更加清楚明白，以下参照附图，对本发明作进一步详细说明。

参照图2，本发明基于L3和L2层协议的虚拟化载波迁移系统，包括载波迁移控制模块1、源物理服务器2、目的物理服务器3、数据缓存模块4、交换网络5、共享存储器6和虚拟化管理模块7，且载波迁移控制模块1由资源监视子模块11和迁移管理子模块12构成。

L3和L2层协议载波虚拟机硬盘镜像存储于共享存储器6存储上，并同时挂载在源物理服务器2和目的物理服务器3上；源物理服务器2和目的物理服务器3通过网络访问共享存储器6，并加载硬盘镜像借助虚拟化管理模块7，在源物理服务器2和目的物理服务器3上，按照处理资源配比要求，生成L1层协议虚拟机，及L3和L2层协议载波虚拟机；资源监视子模块11监视其覆盖范围内的物理服务器负载状态，并按照相应的规则挑选迁移源物理服务器2和迁移目的物理服务器3，迁移管理子模块12进行源物理服务器2和目的物理服务器3之间的迁移信息交互；由此，源物理服务器2成为L3和L2层协议载波虚拟机迁移操作前的宿主机，目的物理服务器3成为L3和L2层协议载波虚拟机迁移操作后的宿主机；当L3和L2层协议载波虚拟机数据迁移拷贝进行至最后一轮时，源物理服务器L1层协议虚拟机将处理后送出的数据不再送入源物理服务器L3和L2层协议载波虚拟机，而送入数据缓存模块4进行存储；在数据迁移拷贝完毕后，目的物理服务器生成的L3和L2层协议载波虚拟机对缓存数据进行清空；交换网络5根据空口数据导向信息，将接入源物理服务器的空口业务数据导向至目的物理服务器L1层虚拟机，并标识上目的物理服务器生成的L3和L2层协议虚拟机地址信息。

参照图3和图4，本发明是基于L3和L2层协议的虚拟化载波迁移，其流程如下：

步骤1，源物理服务器、资源监视子模块、迁移管理子模块和目的物理服务器之间进行迁移操作的准备信息交互。

1.1)源物理服务器向资源监视子模块发送迁移请求，资源监视子模块在其覆盖范围内按照规则挑选合适的目的物理服务器，并通知目的物理服务器进行迁移环境准备；

1.2)目的物理服务器向迁移管理子模块上报迁移环境准备完毕消息，及目的物理服务器的虚拟机地址信息；迁移管理子模块下发目的物理服务器的虚拟机地址信息给源物理服务器；

所述目的物理服务器虚拟机地址信息包括，在其上运行的L1层协议载波虚拟机地址信息，和为L3和L2层协议载波虚拟机分配的地址信息。

所述迁移管理子模块下发目的物理服务器的虚拟机地址信息给源物理服务器，源物理服务器存储目的物理服务器虚拟机地址信息，是为了保证在进行数据迁移拷贝时，源物理服务器的L3和L2载波虚拟机数据可以导向至目的物理服务器；在迁移操作完成后，接入源物理服务器的空口业务数据，可以经交换网络导向至目的物理服务器的L1层协议虚拟机，及L3和L2层协议载波虚拟机。

1.3)迁移管理子模块通知源物理服务器迁移L3和L2层协议载波虚拟机；源物理服务器进行数据缓存设置，并将数据缓存模块地址通过虚拟化管理模块转发给源物理服务器L1层协议虚拟机，同时通过迁移管理子模块将数据缓存模块地址转发给目的物理服务器。

所述源物理服务器的缓存设置，是通过虚拟化管理模块对L1层协议虚拟机送至L3和L2层协议载波虚拟机的业务数据速率进行统计，并按照不同系统协议栈处理业务数据的时延要求，设置对应大小的数据缓存模块；

所述源物理服务器将生成的缓冲区模块地址信息发送给源物理服务器L1层虚拟机，是为了确保源物理服务器执行L3和L2层载波虚拟机最后一轮数据迁移拷贝时，源物理服务器的L1层虚拟机处理送出的数据可以送入数据缓存模块存储。

所述源物理服务器将生成的数据缓存模块地址信息发送给目的物理服务器，是为了确保在L3和L2层载波虚拟机数据迁移拷贝完毕后，能够读取到数据缓存模块中的数据。

步骤2，源物理服务器对L3和L2层协议载波虚拟机进行数据迁移拷贝。

源物理服务器根据步骤1.2)中获取的目的物理服务器虚拟机地址信息对L3和L2层协议载波虚拟机进行数据迁移拷贝，当进行至最后一轮数据迁移拷贝时，源物理服务器L1层协议虚拟机，根据步骤1.3)中获得的数据缓存模块地址，将处理后的数据送入数据缓存模块。

步骤3，数据迁移拷贝结束后，目的物理服务器生成的L3和L2层协议载波虚拟机开始接管处理接入源物理服务器的空口业务数据。

3.1)源物理服务器L1层协议虚拟机停止将数据送至数据缓存模块；

3.2)源物理服务器向迁移管理子模块上报数据拷贝完毕消息，迁移管理子模块下发数据拷贝完毕消息至目的物理服务器；

3.3)目的物理服务器启动迁移生成的L3和L2层协议载波虚拟机，并向其L1层协议虚拟机下发如下参数：

传输块集TTI长度、CRC校验长度、信道编码参数、交织参数、速率匹配参数、传输信道复用参数、各用户所用信道化码、各用户功率控制参数、小区所用扰码及同步码；

3.4)目的物理服务器下发数据缓存模块地址给L3和L2层协议载波虚拟机，生成的L3和L2层协议载波虚拟机清空缓存数据；

3.5)迁移管理子模块向源物理服务器发送迁移完毕消息，源物理服务器关闭L3和L2层协议载波虚拟机，并向交换网络下发空口数据导向信息，该导向信息是步骤1.3)中源物理服务器获取的目的物理服务器虚拟机地址信息；

3.6)交换网络根据空口数据导向信息，将接入源物理服务器的空口业务数据导向至目的物理服务器，即将接入源物理服务器的空口数据导向目的物理服务器的L1层虚拟机，且标识上目的物理服务器生成的L3和L2层协议虚拟机地址信息。

以上描述仅是本发明的一个具体实例，不构成对本发明的任何限制。显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修正和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (4)

1.基于L3和L2层协议的虚拟化载波迁移系统，包括：

载波迁移控制模块(1)，用于控制实现L3和L2层协议载波虚拟机的迁移；

源物理服务器(2)，用于对接入源物理服务器的空口业务数据处理；

目的物理服务器(3)，用于对接入目的物理服务器的空口业务数据处理；

数据缓存模块(4)，用于存储L3和L2层协议载波虚拟机最后一轮数据迁移拷贝时，源物理服务器L1层虚拟机处理后送出的数据；

交换网络(5)，用于实现源物理服务器空口接入的用户业务数据至目的物理服务器的导向操作；

共享存储器(6)，用于存储L3和L2层协议载波虚拟机硬盘镜像，该硬盘镜像同时挂载在源物理服务器(2)和目的物理服务器(3)上，源物理服务器和目的物理服务器通过加载此硬盘镜像，生成L3和L2层协议载波虚拟机；

虚拟化管理模块(7)，用于在源物理服务器和目的物理服务器上生成L1层协议虚拟机，及L3和L2层协议载波虚拟机；

其特征在于：

载波迁移控制模块(1)，包括资源监视子模块(11)和迁移管理子模块(12)，资源监视子模块(11)用于监视其覆盖范围内的物理服务器负载状态，并按照相应的规则挑选迁移源物理服务器和迁移目的物理服务器；迁移管理子模块(12)用于源物理服务器和目的物理服务器之间的迁移信息交互；

交换网络(5)，还设有为空口业务数据打标识信息的功能，即为接入源物理服务器的空口数据打上标示信息，并根据该标示该信息，正确导向数据至目的物理服务器。

2.一种利用权利要求1系统实现基于L3和L2层协议的虚拟化载波迁移方法，包括：

1)源物理服务器向资源监视子模块发送迁移请求，资源监视子模块查询挑选目的物理服务器，并通知目的物理服务器进行迁移环境准备；

2)目的物理服务器向迁移管理子模块上报迁移环境准备完毕消息，及迁移操作完后处理源物理服务器业务数据的虚拟机地址信息；

3)迁移管理子模块下发虚拟机地址信息给源物理服务器，并通知源物理服务器对L3和L2层协议载波虚拟机进行迁移；源物理服务器对数据缓存大小进行设置，并将数据缓存模块地址通过虚拟化管理模块转发给源物理服务器L1层协议虚拟机，通过迁移管理子模块转发给目的物理服务器；

4)源物理服务器对L3和L2层协议载波虚拟机进行至最后一轮数据迁移拷贝时，源物理服务器的L1层协议虚拟机将处理后的数据进行缓存；

5)源物理服务器的L3和L2协议层载波虚拟机在最后一轮数据迁移拷贝完毕后，源物理服务器L1层协议虚拟机停止数据缓存，源物理服务器向迁移管理子模块上报数据拷贝完毕消息，迁移管理子模块下发数据拷贝完毕消息至目的物理服务器；

6)目的物理服务器接收到迁移管理子模块发送的数据拷贝完毕消息后，开始启动迁移生成的L3和L2层协议载波虚拟机，并执行以下两个操作：

6a)目的物理服务器生成的L3和L2层协议载波虚拟机向其L1层协议虚拟机下发如下参数：传输块集TTI长度、CRC校验长度、信道编码参数、交织参数、速率匹配参数、传输信道复用参数、各用户所用信道化码、各用户功率控制参数、小区所用扰码及同步码；

6b)目的物理服务器下发数据缓存模块地址给L3和L2层协议载波虚拟机，生成的L3和L2层协议载波虚拟机清空缓存数据；

7)迁移管理子模块向源物理服务器发送迁移完毕消息，源物理服务器关闭L3和L2层协议载波虚拟机，释放虚拟化载波处理资源；

8)源物理服务器向交换网络下发空口数据导向信息，该导向信息包括：目的物理服务器L1层虚拟机地址，及目的物理服务器生成的L3和L2层协议载波虚拟机地址；

9)交换网络根据空口数据导向信息，将接入的空口数据导向至目的物理服务器的L1层虚拟机，且被标识上目的物理服务器生成的L3和L2层协议虚拟机地址信息。

3.如权利要求2所述的方法，其中步骤2)中的虚拟机地址信息，包含：

目的物理服务器为L3和L2层协议载波虚拟机所分配的地址信息；

目的物理服务器上运行的L1层协议虚拟机地址信息。

4.如权利要求2所述的方法，其中步骤3)中源物理服务器对数据缓存大小进行设置，是由源物理服务器通过虚拟化管理模块，对L1层协议虚拟机送至L3和L2层协议载波虚拟机的业务数据速率进行统计，当业务数据速率趋于稳定时，源物理服务器按照不同系统协议栈处理业务数据的时延要求，设置对应大小的数据缓存模块。