CN108174463B - 一种面向多场景的软基站mac子层设计与配置方法 - Google Patents

Abstract

一种面向多场景的软基站MAC子层设计与配置方法，属于无线通信网络领域。包括如下步骤：步骤1：根据默认配置初始化MAC子层功能，建立无线链路，完成手机端配置的初始化；步骤2：软基站循环检测调度线程负载，依据情况修改MAC子层的调度策略进行调度操作；步骤3：软基站循环检测连接数和MAC子层随机接入线程负载，依据情况修改MAC子层随机接入策略。本发明适用于基于通用处理器架构的协议栈MAC子层；能根据实时工作情况，通过改变线程数目实现环境的灵活配置，保障使用效果并减少资源浪费；能根据实时接入情况增加或减少PRACH资源，实现对5G海量大连接的应用场景支持。

Description

一种面向多场景的软基站MAC子层设计与配置方法

技术领域

本发明涉及一种软基站在媒体接入控制MAC(Media Access Control)子层的设计方法，尤其涉及一种面向多场景的软基站MAC子层设计与配置方法，解决现有MAC子层功能无法灵活地适应技术场景的问题，属于无线通信网络领域。

背景技术

5G通信网络主要应用于3种不同场景，分别是5G具有以下三大主要的应用场景：(1)增强移动宽带；(2)低时延高可靠网络；(3)海量大连接。三种不同的场景对协议栈的灵活性要求变得更高。在三种场景中，低时延高可靠网络对MAC子层的调度和数据处理能力有较高要求。海量大连接场景对MAC子层随机接入的处理有较高要求。

现有技术方案不能根据5G具体场景与环境实现MAC子层功能的灵活配置，会造成资源和功率浪费，难以完成实际需求等问题。

解决此问题的一种途径是采用通用处理平台实现协议栈。采用这种方法具有两大优势：(1)软硬件分离的实现可以减少设备商依赖性，且软硬件独立升级、硬件设备通用性强升级易，最终核心网、传输承载网、无线网设备均采用相同硬件；(2)利用平台开放性，可引入灵活的管理功能和边缘业务功能软件。基于以上特点，可以通过在通用处理平台上设计MAC子层配置方案，实现MAC功能的灵活调度。

本发明提供一种软基站在MAC子层的设计方案与一种MAC子层模块化及配置方案，根据业务功能需求，配置MAC子层子模块的中央处理器CPU(Central Processing Unit)核数目和资源，实现对复杂环境的支持。

发明内容

本发明的目的是为解决现有MAC功能无法灵活地适应技术场景的问题，提出一种面向多场景的软基站MAC子层设计与配置方法。

本发明的核心思想是：将软基站侧MAC子层划分为四大子模块，分别为调度模块、数据处理模块、随机接入模块和MAC配置模块；其中，调度模块由参数集Numerology和帧结构配置，接收定时消息，负责调度排序和MAC子层时序控制；

数据处理模块具有较高实时性，接收处理物理层和无线链路控制RLC(Radio LinkControl)子层数据，实现混合自动重传请求HARQ(Hybrid Automatic Repeat reQuest)功能；

随机接入模块实现随机接入功能；

MAC配置模块接收无线电资源控制RRC(Radio Resource Control)子层配置，负责MAC子层的整体资源管理；

一种面向多场景的软基站MAC子层设计与配置方法，包括如下步骤：

步骤1：根据默认配置初始化MAC子层功能，建立无线链路，完成手机端配置的初始化；具体为：

步骤1.a)软件初始化，即运行三个线程，按照一个线程负责定时模块、一个线程负责数据处理模块及另一个线程负责调度模块的功能划分，采用CPU绑定技术将线程绑定至三个CPU上；

步骤1.b)初始化MAC全局资源表，随后建立小区；

步骤1.c)初始化MAC小区级配置，此时MAC配置模块接收从RRC发来的各种信令消息，然后分析信令内容；

步骤1.d)配置MAC帧结构和全局资源，分析场景需求，再根据场景需求配置对应的数据处理、HARQ功能和随机接入功能；

步骤1.e)调度模块根据预定时序，给调度用户分配无线资源与配置物理信道参数，并将配置结果告之物理层，再通知数据处理模块处理上、下行数据与上行控制信息UCI(Uplink Control Information)；

步骤1.f)数据处理模块分别处理下行数据、上行数据以及UCI，具体为：

1.f1)处理下行数据时先接收RLC子层消息后得知数据量大小，完成调度排序，再接收调度模块指示，完成数据处理，并将资源分配指示结果反馈回RLC子层，之后RLC依据资源分配指示结果消息进行下行数据传输；

1.f2)处理上行数据时接收物理层上行数据解码结果，根据解码结果完成上行HARQ控制，将数据发送给RLC子层；

1.f3)处理UCI时接收来自物理层确认消息ACK\NACK(ACKnowledgment/NegativeACKnowledgment)、信道质量指示CQI(Channel Quality Indicator)上报，并完成下行HARQ控制，更新CQI参数；

步骤1.g)随后手机进行随机接入，在软基站侧由MAC配置模块实现，MAC配置模块接收物理层MSG1消息，并向RRC子层申请小区无线网络临时识别C-RNTI(Cell RadioNetwork Temporary Identify)分配，在RRC子层分配临时的C-RNTI之后，MAC配置模块完成MSG2消息的组建，并预调度MSG3消息，之后根据RRC子层指示，完成MSG4消息的组建和传输；

此时无线链路已经建立，完成手机端配置的初始化；

步骤2：软基站循环检测调度线程负载，依据情况修改MAC子层的调度策略进行调度操作：具体为：

步骤2.a如果当前只有一个调度线程且调度线程压力较大，则RRC子层通知MAC子层增加一个线程，改变调度时序使得两个线程调度流水错开，增加MAC子层调度能力；

步骤2.b如果检测到调度两个调度线程CPU的压力均不大，则终止一个调度线程，并还原调度时序为单线程时序；

步骤3：软基站循环检测连接数和MAC子层随机接入线程负载，依据情况修改MAC子层随机接入策略，具体为：

步骤3.a如果检测到有多个新的终端接入请求，RRC子层通知MAC子层和物理层增加一个无线帧内的物理随机接入PRACH(Physical Random Access Channel)次数，生成新的PRACH配置；

步骤3.b此时MAC子层根据新的PRACH配置，启用新的随机接入时序，随后若PRACH触发概率降低，则RRC子层通知MAC子层和物理层减少无线帧内的PRACH次数，此时MAC子层根据新的PRACH配置，启用新的随机接入时序；

步骤3.c如果未检测到有新的终端接入请求，则RRC子层与MAC子层维持原PRACH配置；

至此，完成MAC子层功能的配置，即从步骤1到步骤3，完成了一种面向多场景的软基站MAC子层设计与配置方法。

有益效果

本发明一种面向多场景的软基站MAC子层设计与配置方法，与现有技术相比，具有如下有益效果：

1.本发明所述方法适用于基于通用处理器架构的协议栈MAC子层；

2.本发明所述方法能够根据实时工作情况，通过增加或减少调度的线程数目实现针对环境的灵活配置，保障使用效果并减少资源浪费；

3.本发明所述方法能够根据实时接入情况，增加或减少PRACH资源，实现对5G海量大连接的应用场景的支持。

附图说明

图1为一种面向多场景的软基站MAC子层设计与配置方法的MAC子层设计示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例1

本实施例叙述了一种面向多场景的软基站MAC子层设计与配置方法再具体实施是对MAC子层的设计与配置流程。

如图1所示，将软基站侧MAC子层划分为四大子模块，分别为调度模块、数据处理模块、随机接入模块和MAC配置模块；其中调度模块，由参数集Numerology和帧结构配置，接收定时消息，负责调度排序和MAC子层时序控制；数据处理模块具有较高实时性，接收处理物理层和无线链路控制RLC子层数据，实现混合自动重传请求HARQ功能；随机接入模块实现随机接入功能；MAC配置模块接收无线电资源控制RRC子层配置，负责MAC子层的整体资源管理；

按照上述方法划分功能模块，适用于基于通用处理器的架构，可保证在基于本发明所述方法配置MAC子层的条件下快速实现MAC功能；

基于本发明所述方法配置MAC子层的步骤如下：

步骤A：小区初始化，根据默认配置，初始化MAC子层功能；

其中，小区初始化，具体为：初始化MAC全局资源表，随后建立小区，初始化MAC小区级配置，此时MAC配置模块接收从RRC发来的各种信令消息，然后分析信令内容，配置MAC帧结构和全局资源，再分析场景需求，配置对应的数据处理、HARQ功能和随机接入功能；而调度模块根据预定时序，给调度用户分配无线资源与配置物理信道参数，并将配置结果告之物理层，再通知数据处理模块处理上、下行数据与上行控制信息UCI；

其中小区初始化时，默认随机接入10ms有一个PRACH资源，默认的调度线程为一个，运行在一个CPU上；

数据处理模块处理下行数据时先接收RLC子层消息后得知数据量大小，完成调度排序，再接收调度模块指示，完成数据处理，并将资源分配指示结果反馈回RLC子层，之后RLC依据资源分配指示结果消息进行下行数据传输；处理上行数据时接收物理层上行数据解码结果，根据解码结果完成上行HARQ控制，将数据发送给RLC子层；处理UCI时接收来自物理层确认消息ACK\NACK、信道质量指示CQI上报，并完成下行HARQ控制，更新CQI参数；

随后手机进行随机接入，在软基站侧由MAC配置模块实现，MAC配置模块接收物理层MSG1消息，并向RRC子层申请小区无线网络临时识别C-RNTI分配，在RRC子层分配临时的C-RNTI之后，MAC配置模块完成MSG2消息的组建，并预调度MSG3消息，之后根据RRC子层指示，完成MSG4消息的组建和传输；

此时无线链路已经建立，完成手机端配置的初始化；

步骤B：软基站循环检测调度线程负载，依据情况修改MAC子层调度策略

软基站侧循环检测调度线程负载，如果当前只有一个调度线程且调度线程压力较大，则RRC子层通知MAC子层增加一个线程，改变调度时序使得两个线程调度流水错开，增加MAC子层调度能力；如果检测到调度两个调度线程CPU的压力均不大，终止一个调度线程，并还原调度时序为单线程时序；

步骤C：软基站循环检测连接数和MAC子层随机接入线程负载，依据情况修改MAC子层随机接入策略；

如果检测到有多个新的终端接入请求，RRC子层通知MAC子层和物理层增加一个无线帧内的物理随机接入PRACH(Physical Random Access Channel)次数，生成新的PRACH配置；此时MAC子层根据新的PRACH配置，启用新的随机接入时序，随后若PRACH触发概率降低，则RRC子层通知MAC子层和物理层减少无线帧内的PRACH次数，此时MAC子层根据新的PRACH配置，启用新的随机接入时序；如果未检测到有新的终端接入请求，则RRC子层与MAC子层维持原PRACH配置；

至此完成MAC子层功能的配置。

以上所述为本发明的较佳实施例而已，本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (2)

1.一种面向多场景的软基站MAC子层设计与配置方法，其特征在于：核心思想是：将软基站侧MAC子层划分为四大子模块，分别为调度模块、数据处理模块、随机接入模块和MAC配置模块；其中，调度模块由参数集Numerology和帧结构配置，接收定时消息，负责调度排序和MAC子层时序控制；数据处理模块具有较高实时性，接收处理物理层和无线链路控制RLC(Radio Link Control)子层数据，实现混合自动重传请求HARQ(Hybrid Automatic RepeatreQuest)功能；随机接入模块实现随机接入功能；MAC配置模块接收无线电资源控制RRC(Radio Resource Control)子层配置，负责MAC子层的整体资源管理；一种面向多场景的软基站MAC子层设计与配置方法，包括如下步骤：

步骤1：根据默认配置初始化MAC子层功能，建立无线链路，完成手机端配置的初始化，具体为：

步骤1.a)软件初始化，即运行三个线程，按照一个线程负责定时模块、一个线程负责数据处理模块及另一个线程负责调度模块的功能划分，采用CPU绑定技术将线程绑定至三个CPU上；

步骤1.b)初始化MAC全局资源表，随后建立小区；

步骤1.c)初始化MAC小区级配置，此时MAC配置模块接收从RRC发来的各种信令消息，然后分析信令内容；

步骤1.d)配置MAC帧结构和全局资源，分析场景需求，再根据场景需求配置对应的数据处理、HARQ功能和随机接入功能；

步骤1.e)调度模块根据预定时序，给调度用户分配无线资源与配置物理信道参数，并将配置结果告之物理层，再通知数据处理模块处理上、下行数据与上行控制信息UCI(Uplink Control Information)；

步骤1.f)数据处理模块分别处理下行数据、上行数据以及UCI；

步骤1.g)随后手机进行随机接入，在软基站侧由MAC配置模块实现，MAC配置模块接收物理层MSG1消息，并向RRC子层申请小区无线网络临时识别C-RNTI(Cell Radio NetworkTemporary Identify)分配，在RRC子层分配临时的C-RNTI之后，MAC配置模块完成MSG2消息的组建，并预调度MSG3消息，之后根据RRC子层指示，完成MSG4消息的组建和传输；

此时无线链路已经建立，完成手机端配置的初始化；

步骤2：软基站循环检测调度线程负载，依据情况修改MAC子层的调度策略进行调度操作，具体为：

步骤2.a如果当前只有一个调度线程且调度线程压力较大，则RRC子层通知MAC子层增加一个线程，改变调度时序使得两个线程调度流水错开，增加MAC子层调度能力；

步骤2.b如果检测到调度两个调度线程CPU的压力均不大，则终止一个调度线程，并还原调度时序为单线程时序；

步骤3：软基站循环检测连接数和MAC子层随机接入线程负载，依据情况修改MAC子层随机接入策略，具体为：

步骤3.a如果检测到有多个新的终端接入请求，RRC子层通知MAC子层和物理层增加一个无线帧内的物理随机接入PRACH(Physical Random Access Channel)次数，生成新的PRACH配置；

步骤3.b此时MAC子层根据新的PRACH配置，启用新的随机接入时序，随后若PRACH触发概率降低，则RRC子层通知MAC子层和物理层减少无线帧内的PRACH次数，此时MAC子层根据新的PRACH配置，启用新的随机接入时序；

步骤3.c如果未检测到有新的终端接入请求，则RRC子层与MAC子层维持原PRACH配置；

至此，完成MAC子层功能的配置，即从步骤1到步骤3，完成了一种面向多场景的软基站MAC子层设计与配置方法。

2.根据权利要求1所述的一种面向多场景的软基站MAC子层设计与配置方法，其特征在于：步骤1.f)，具体为：

1.f1)处理下行数据时先接收RLC子层消息后得知数据量大小，完成调度排序，再接收调度模块指示，完成数据处理，并将资源分配指示结果反馈回RLC子层，之后RLC依据资源分配指示结果消息进行下行数据传输；

1.f2)处理上行数据时接收物理层上行数据解码结果，根据解码结果完成上行HARQ控制，将数据发送给RLC子层；

1.f3)处理UCI时接收来自物理层确认消息ACK\NACK(ACKnowledgment/NegativeACKnowledgment)、信道质量指示CQI(Channel Quality Indicator)上报，并完成下行HARQ控制，更新CQI参数。

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