CN106598727A - 一种通信系统的计算资源分配方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种通信系统中基于处理器的计算资源分配方法及系统。所述方法包括S1，获取待分配业务集合；S2，基于计算资源映射划分方案，按预定策略对可用计算资源块进行排列组合，获得不同的计算资源块组合；S3，为待分配业务集合中的业务分配计算资源块组合。所述S3包括为单个业务k分配计算资源、为多个业务按优先级顺序分配资源或对多个业务排列组合后的业务队列分配资源并选择计算资源利用率最大的分配方案进行计算资源分配。本发明可有效提升通信系统中计算资源的利用率，且具有相对较低的复杂度。

Description

一种通信系统的计算资源分配方法及系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，更具体地，涉及一种通信系统的计算资源分配方法及系统。

背景技术

目前，移动通信正在朝着宽带化、高速化、泛在化的方向发展，通信标准不断演进，网络呈现出丰富的异构性，通信系统也在一直朝着智能化的方向不断发展。在通信系统不断智能化的过程中，对于通信系统计算能力的要求也越来越高。例如，目前新型的基于通用处理的软基站就是通信系统智能化的一种体现，它将传统通信基站的信号生成、调制/解调、时序控制、编码/解码功能以及一些上层功能用软件来实现，从而拥有更强的可编程性、更小巧、更廉价等优势，但是由于其所有的数据计算与处理都将CPU来实现，然而CPU的处理能力是有限的，只有最大化的利用这种计算资源才能更高效的处理用户业务，同时降低设备成本与实现难度。但在传统无线通信中，无线资源管理主要是指对时间、频率、功率等的分配和调度，并未对计算资源做出合理有效的管理。所以对通信系统中的计算资源的分配和管理变得愈发重要和迫切。

目前对于计算资源的管理在计算机网络领域已有大量的研究，且主要集中在云计算中对虚拟资源的管理和分配。但是在通信中对于计算资源管理的研究目前却相对有限。当前已经提出一些关于通信平台中的计算资源管理方案，其中主要的方案都是基于不同通信标准的信号处理功能模块来进行计算资源的管理与分配，即将信号生成、调制/解调、时序控制、编码/解码等功能与可用处理模块做映射与合理的分配。然而随着现代通信的发展，用户业务种类越来越多，不同业务对于处理资源的需求也有很大的差别，面向业务导向的无线资源管理愈发重要。现有的通信系统中的计算资源分配方案难以满足面向多并发业务特性的资源管理与分配的需求。针对目前的基于处理器的新型通信系统以及面向业务导向的需求，提出一种通信系统中基于处理器的计算资源分配方案，在满足业务需求的条件下提升计算资源利用率。

发明内容

本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种通信系统的计算资源分配方法及系统。

根据本发明的一个方面，提供一种通信系统的计算资源分配方法，包括：

S1，，获取待分配业务集合；

S2，基于计算资源映射划分方案，按预定策略对可用计算资源块进行排列组合，获得不同的计算资源块组合；

S3，为待分配业务集合中的业务分配计算资源块组合。

进一步，S2包括：

S2.1，获取可用计算资源块集合；

S2.2，从可用计算资源块集合中选取预定数量的计算资源块，对所选取的计算资源块组合后按特定顺序排列。

进一步，S3包括：为单个业务k分配计算资源块组合；或者

为多个业务按优先级顺序分配计算资源块组合；或者

为多个业务排列组合后的业务队列分配计算资源块组合，选择计算资源利用率最大的业务队列所对应的分配方案来分配计算资源。

进一步，S3进一步包括：

从不同的计算资源块组合中，为单个业务k分配满足业务k速率要求的计算资源块组合；

若未找到满足单个业务k速率要求的计算资源块组合，则返回S2后重新分配计算资源或者等待下一次分配计算资源。

进一步，S3进一步包括：

对待分配业务进行优先级排序；

按优先级顺序依次为每一个业务k执行：

从不同的计算资源块组合中，为业务k分配满足业务k速率要求的计算资源块组合；若未找到满足业务k速率要求的计算资源块组合，则返回S2后重新分配计算资源或者等待下一次分配计算资源。

进一步，S3进一步包括：

对待分配业务进行排列组合得到若干个业务队列；

依次为每个业务队列执行：

对业务队列按优先级排序；按优先级顺序依次为业务队列中的每一个业务k执行：从不同的计算资源块组合中，为业务k分配满足业务k速率要求的计算资源块组合；若未找到满足业务k速率要求的计算资源块组合，则返回S2后重新分配计算资源或者提升优先级后等待下一次分配计算资源；计算业务队列的计算资源利用率；

选择计算资源利用率最大的队列所对应的分配方案来分配计算资源。

根据本发明的另一面，提供一种通信系统的计算资源分配系统，包括业务获取模块、资源组合模块和资源分配模块，

所述业务获取模块，用于获取待分配业务集合；

所述资源组合模块，用于基于计算资源映射划分方案，按预定策略对可用计算资源块进行排列组合，获得不同的计算资源块组合；

所述资源分配模块，用于为待分配业务集合中的业务分配计算资源块组合。

本申请提出一种通信系统的计算资源分配方法及系统，建立了一种计算能力量纲MIPS与通信容量量纲Mbps的映射关系，以便于分配，并基于该映射关系建立了通信系统中的CPU计算资源的划分方案，根据该划分方案给出了面向业务速率的计算资源分配方案，该分配方案可有效提升通信系统中计算资源的利用率，且具有相对较低的复杂度。

附图说明

图1为本发明所述方法流程图；

图2为本发明第一实施例流程示意图；

图3为本发明第二实施例流程示意图；

图4为本发明第三实施例流程示意图；

图5为本发明所述系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，为本发明一种通信系统的计算资源分配方法流程图，包括

S1，获取待分配业务；

S2，基于计算资源映射划分方案，按预定策略对可用计算资源块进行排列组合，获得不同的计算资源块组合；

S3，为待分配业务分配满足其速率要求的计算资源块组合。

其中，S1中获取的待分配业务集合可表示为：R＝{R₁,R₂,...,R_M}，设置计数器k，用于为业务计数，并初始化k＝0。

S2包括：

S2.1，获取可用计算资源块集合；

S2.2，从可用计算资源块集合中选取预定数量的计算资源块，对所选取的计算资源块组合后按特定顺序排列。

S3包括：为单个业务k分配计算资源块组合；或者为多个业务按优先级顺序分配计算资源块组合；或者为多个业务排列组合后的业务队列分配计算资源块组合，选择计算资源利用率最大的业务队列所对应的分配方案来分配计算资源。

作为本发明实施的前提，S2.1中计算资源块包括：将每个CPU的每条线程的计算能力映射为传输能力，并设为一个计算资源块。

具体实现为：将线程的计算能力Million Instructions per second(MIPS)映射为传输能力Mbits per second(Mbps)，每个线程及其传输能力表示为一个计算资源块。当CPU有N条线程时，则划分出N个计算资源块，可将这N条计算资源块分配给到达的待分配业务。

所述映射关系为：

CPU在t₁s内接收到αbits大小的数据包，完全处理这些数据用了β条指令花费t₂时间，则计算能力MIPS映射为传输能力Mbps，满足下式：

其中，α表示接收到的bits数据，t₁表示接收αbits数据所花费的时间，β表示处理αbits数据所需要的指令数，t₂表示处理β条指令所花费的时间，Mbps表传输能力，MIPS表示计算能力。

S2.1的具体实施可表示为：

获取的可用计算资源块集合为Ω＝{a_i|i＝1,2,...,N}，其中a_i单位为Mbps，是线程i的传输能力；设置计数器q，并初始化q＝0。

所述S2.2中，令q＝q+1；从可用计算资源块集合Ω中任取q个元素相加成为一个新元素A_i。所有新元素构成集合其中元素按升序排列，其中q为0或正整数，N为当前可用计算资源块数。

根据S3，本发明为待分配业务集合中的业务分配计算资源块组合，包含三个实施例，分别为第一实施例、第二实施例和第三实施例。

所述第一实施例，如图2所示，为单个业务k分配计算资源。所述待分配业务集合R＝{R₁,R₂,...,R_M}中只有一个元素即业务k，其速率为R_k。

所述第一实施例包括：

A1、按业务速率要求为业务k分配计算资源块组合；

A2、计算当前计算资源利用率。

A1包括：

从不同的计算资源块组合中，为单个业务k分配满足业务k速率要求的计算资源块组合；

若未找到满足单个业务k速率要求的计算资源块组合，则返回S2具体是S2.2后重新分配计算资源或者等待下一次分配计算资源。

A1的具体执行为：

在集合A中寻找元素A_i，满足A_i-1＜R_k≤A_i，若找到满足条件的元素，则组成A_i所有计算资源块为分配给业务k的计算资源，记为Ans＝{a_j|j＝1,2,...,N_k|N_k＝q；

若没有找到满足条件的元素并且q＜N，则返回S2具体是S2.2继续搜索；若没有找到满足条件的元素并且q＝N，即总的计算资源不能满足业务要求，则业务k无可行分配，等待计算资源释放。

A2中，假设已为业务k分配了计算资源块组合，业务k速率为R_k，为业务k分配的计算资源块集合为Ans＝{a_j|j＝1,2,...,N_k|N_k＝q}，计算资源利用率可由下式所得：

该分配方案下的计算资源利用率达到了最大。

所述第二实施例，如图3所示，为多个业务按优先级顺序分配计算资源，包括：

B1、按分配优先级对所有业务排序；

B2、按优先级顺序依次为每一个业务k分配计算资源块组合；

B3、得到计算资源利用率最高的分配方案。

B1包括：令k＝k+1；按优先级排列的待分配业务集合为R＝{R₁,R₂,...,R_M}，为R_k分配计算资源块。

B2包括：在集合A中寻找元素A_i，满足A_i-1＜R_k≤A_i，若找到满足条件的元素，则组成A_i所有计算资源块为分配给业务k的计算资源，记为Ans_k＝{a_j|j＝1,2,...,N_k|N_k＝q；

若没有找到满足条件的元素并且q＜N，则返回S2具体是S2.2继续搜索；若没有找到满足条件的元素并且q＝N，即总的计算资源不能满足业务要求，则业务k无可行分配，提升其分配优先级进入下一次分配队列。

更新可用计算资源块集合Ω＝Ω-Ans_k，若即本次分配无可用计算资源，剩余未分配业务进入下一次分配队列并提升其优先级，并执行B3。

否则，若k＜M，则返回B1分配下一业务；若k＝M，则本次所有业务分配完毕，执行B3。

B3包括：所有待分配业务中成功分配了计算资源的业务集合为R＝{R₁,R₂,...,R_K}，分配解集合为Ans＝{Ans₁,Ans₂,...,Ans_K}，而计算资源利用率可由下式所得：

其中a_i∈Ans_k，该分配方案下的计算资源利用率为次优化算法，接近最优解，且计算复杂地较最优解低很多。

所述第三实施例，如图4所示，为多个业务按排列组合后的队列分配计算资源，并选择计算资源利用率最大的业务队列所对应的分配方案来分配计算资源，包括：

对待分配业务集合R＝{R₁,R₂,...,R_M}中的M个业务进行排列组合得到M！个业务队列；

每一个业务队列都是一个新的待分配业务集合，依次为每一个新的待分配业务集合执行第二实施例的次优化算法，即执行B1、B2及B3；

根据B3计算的与M！个队列分别对应的M！个计算资源利用率，选择计算资源利用率最大的队列所对应的计算资源分配方案作为最优解，来分配计算资源。

第三实施例可以得到通信系统中计算资源分配的最优方案，但第三实施例本身的计算复杂度是第二实施例的M！倍。

本发明所述方法，S2.2中对计算资源组合后的新元素构成集合的排序也不限于升序，也可以按降序。无论哪种排列方式，都需要找到满足业务k的速率R_k的计算资源组合。

如图5所示，为本发明一种通信系统的计算资源分配系统，其特征在于，包括业务获取模块、资源组合模块和资源分配模块，

所述业务获取模块，用于获取待分配业务；

所述资源组合模块，用于基于计算资源映射划分方案，按预定策略对可用计算资源块进行排列组合，获得不同的计算资源块组合；

所述资源分配模块，用于为待分配业务分配满足其速率要求的计算资源块组合。

本申请针对现有技术不足，提出了基于处理器线程调度机制的计算资源分配方法和系统，可根据实际应用的情况按第一实施例、第二实施例或第三实施例选择合理的计算复杂度来实施，用于提升通信系统中计算资源的利用率。

最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。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)

1.一种通信系统的计算资源分配方法，其特征在于，包括：

S1，获取待分配业务集合；

S2，基于计算资源映射划分方案，按预定策略对可用计算资源块进行排列组合，获得不同的计算资源块组合；

S3，为待分配业务集合中的业务分配计算资源块组合。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，S2包括：

S2.1，获取可用计算资源块集合；

S2.2，从可用计算资源块集合中选取预定数量的计算资源块，对所选取的计算资源块组合后按特定顺序排列。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，S3包括：

为单个业务k分配计算资源块组合；或者

为多个业务按优先级顺序分配计算资源块组合；或者

为多个业务排列组合后的业务队列分配计算资源块组合，选择计算资源利用率最大的业务队列所对应的分配方案来分配计算资源。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述S2.1中计算资源块包括：

将每个CPU的每条线程的计算能力映射为传输能力，并设为一个计算资源块；

所述映射关系为：

$Mbps=\frac{\mathrm{\α}/t_1}{\mathrm{\β}/t_2}\×MIPS$

其中，α表示接收到的bits数据，t₁表示接收αbits数据所花费的时间，β表示处理αbits数据所需要的指令数，t₂表示处理β条指令所花费的时间，Mbps表传输能力，MIPS表示计算能力。

5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述S2.2进一步包括：

设置q＝q+1，从计算资源块集合中任意选取q个计算资源块相加重组，得到种计算资源块组合；

对种计算资源块组合按资源大小升序排列，其中q为0或正整数，N为当前可用计算资源块数。

6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，S3进一步包括：

从不同的计算资源块组合中，为单个业务k分配满足业务k速率要求的计算资源块组合；

若未找到满足单个业务k速率要求的计算资源块组合，则返回S2后重新分配计算资源或者等待下一次分配计算资源。

7.如权利要求3所述的方法，其特征在于，S3进一步包括：

对待分配业务进行优先级排序；

按优先级顺序依次为每一个业务k执行：

从不同的计算资源块组合中，为业务k分配满足业务k速率要求的计算资源块组合；若未找到满足业务k速率要求的计算资源块组合，则返回S2后重新分配计算资源或者等待下一次分配计算资源。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，S3进一步还包括：业务k等待下一次分配计算资源时，首先提升业务k的优先级；

当无可用计算资源分配时，提升剩余待分配业务的优先级，等待下一次分配计算资源。

9.如权利要求3所述的方法，其特征在于，S3进一步包括：

对待分配业务进行排列组合得到若干个业务队列；

依次为每个业务队列执行：

对业务队列按优先级排序；按优先级顺序依次为业务队列中的每一个业务k执行：从不同的计算资源块组合中，为业务k分配满足业务k速率要求的计算资源块组合；若未找到满足业务k速率要求的计算资源块组合，则返回S2后重新分配计算资源或者提升优先级后等待下一次分配计算资源；计算业务队列的计算资源利用率；

选择计算资源利用率最大的队列所对应的分配方案来分配计算资源。

10.一种通信系统的计算资源分配系统，其特征在于，包括业务获取模块、资源组合模块和资源分配模块，

所述业务获取模块，用于获取待分配业务集合；

所述资源组合模块，用于基于计算资源映射划分方案，按预定策略对可用计算资源块进行排列组合，获得不同的计算资源块组合；

所述资源分配模块，用于为待分配业务集合中的业务分配计算资源块组合。