CN116963094A

CN116963094A - 一种5g基站前传后传通信装置及其工作方法

Info

Publication number: CN116963094A
Application number: CN202311211942.XA
Authority: CN
Inventors: 谢胜; 任恩贤; 刘涛
Original assignee: Shenzhen Jiaxian Communication Technology Co ltd
Current assignee: Shenzhen Jiaxian Communication Technology Co ltd
Priority date: 2023-09-20
Filing date: 2023-09-20
Publication date: 2023-10-27
Anticipated expiration: 2043-09-20
Also published as: CN116963094B

Abstract

本申请公开了一种5G基站前传后传通信装置，包括BBU侧运行Linux系统，所述BBU内设有PHY和Cu‑up，还包括以带有QDMA的xilinxFPGA芯片作为处理器，QDMA为一个IP核，采用DPDK作为QMDA的接收通道；所述BBU的PHY和Cu‑up一侧连接有PCIE网卡，所述PCIE网卡与KU3P连通，其特征在于，ku3p作为PCIE的端点设备EP，ku3p支持多个物理口PF和252虚拟口VF，且对物理口PF进行虚拟化成多个252虚拟口VF，所述ku3p使用3个物理口PF，取两个物理口PF作为前传功能的接口，将每个物理口PF前端配置2个虚拟口VF，每个物理口PF后端对应两个前传功能的sfp光口，sfp光口分别与EU相连通；1个物理口PF与BBU侧的PF相连接，另一侧与后传的第二sfp光口作为后传口,后传口与NG接口接通。本申请的扩展性高，低成本，稳定性良好。

Description

一种5G基站前传后传通信装置及其工作方法

技术领域

本申请属于5G通信技术领域，尤其涉及一种5G基站前传后传通信装置及其工作方法。

背景技术

5G技术的迅猛发展为高速、低延迟的通信提供了新的机会。然而，为了实现5G网络的高速通信，5G基站对服务器性能的要求也随之增加。尤其是在4个小区的情况下，后传吞吐量需要达到3G，同时每个小区的前传速度也应达到3G以上。为了满足这些要求，市场上出现了两种主要的实现方案：通用服务器与单独的PCIE网卡，以及专用无线硬件平台。

1. 通用服务器与单独的PCIE网卡方案：

优点：

高性能：通用服务器配备单独的PCIE网卡，可以满足5G基站对吞吐量的要求。

灵活性：由于采用通用服务器，可根据实际需求进行配置和升级。

缺点：

价格昂贵：由于需要购买额外的PCIE网卡，总成本较高。

后传接口限制：该方案只提供一个后传接口，无法扩展到更多的小区数目。

2. 专用无线硬件平台方案：

优点：

自带无线功能：专用无线硬件平台通过SOC自带的功能满足5G基站的性能要求。

可控成本：由于可以定制化，成本可以被更好地控制在合理范围内。

缺点：

成本高：由于需要自己定制专用硬件平台，总成本相对较高。

受限扩展性：无法根据需求进行灵活扩展或升级。

在比较两种方案时，需要根据具体应用场景和业务需求进行权衡。通用服务器与单独的PCIE网卡方案适用于需要高性能且灵活配置的场景，但价格相对较高且不具备良好的扩展性。而专用无线硬件平台方案可以降低成本且具备一定的性能优势，但在灵活性和可扩展性方面存在限制。

根据对两种主要实现方案的评估和比较，

对于需要高性能和灵活配置的应用场景，通用服务器与单独的PCIE网卡方案是一个可行选择。对于成本控制和一定性能要求的场景，专用无线硬件平台方案是一个可行选择。此外，需要注意根据实际需求进行综合评估，并结合特定的应用环境来选择合适的方案。上述选择方案较为复杂，故缺少一种综合方案，扩展性强，低成本的解决方案。

特别是吞吐量，在4个小区（cell）的情况下后传的吞吐量能达到3G，前传速度在每个小区（cell）的吞吐量也达到3G以上的标准。

发明内容

本申请实施例提供了一种5G基站前传后传通信装置及其工作方法，旨在解决上述背景技术的问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种5G基站前传后传通信装置，包括BBU侧运行Linux系统，所述BBU内设有PHY和Cu-up，还包括以带有QDMA 的xilinx FPGA芯片作为处理器，QDMA为一个IP核，采用DPDK作为QMDA的接收通道；所述BBU的PHY和Cu-up一侧连接有PCIE网卡，所述PCIE网卡与KU3P连通，ku3p作为PCIE的端点设备EP，

ku3p支持多个物理口PF和252虚拟口VF，且对物理口PF进行虚拟化成多个252虚拟口VF，

所述ku3p使用3个物理口PF，取两个物理口PF作为前传功能的接口，将每个物理口PF前端配置2个虚拟口VF，每个物理口PF后端对应两个前传功能的sfp光口，sfp光口分别与EU相连通；1个物理口PF与BBU侧的PF相连接，另一侧与后传的sfp光口作为后传口,后传口与NG接口接通。

优选地，PHY与EU设备之间数据收发，每个EU设备设置固定唯一的mac地址，对应在BBU虚拟出的4个虚拟口VF，所述虚拟口VF设置固定唯一的mac地址，PHY在BBU上使用DPDK管理4个虚拟口VF。

优选地，基站数据面网元Cu-up和核心网NG之间数据收发，采用tcp/ip以太网报文格式，基站数据面网元Cu-up使用DPDK来访问PF设备。

第二方面，本申请还提供了一种5G基站前传后传通信装置的工作方法，包括如下步骤：

前传数据过程为

(1)、下行数据流程

PHY在处理完下行数据后，按照ecpri格式，配置好对应EU的目标mac地址，将数据发送给不同的VF设备，PCIE上的QDMA会将数据搬移到ku3p的PF，PF将数据送给ku3p内部数据处理模块，ku3p根据不同的mac地址将数据转发给映射的sfp口，从而转发给对应的EU；

(2)、上行数据流程

EU构建好ecpri报文后，将数据通过SFP发送到KU3P，KU3P根据数据的目的mac地址，转发给内部的QDMA的PF设备，然后经过DMA，数据转发到BU侧的VF设备，PHY通过DPDK轮询到数据，根据mac地址将数据送给对应的cell处理。

第三方面，本申请还提供了一种5G基站前传后传通信装置的工作方法，包括如下步骤：后传数据传输过程为

up在处理完下行数据后，封装好tcp/ip报文，将数据发送给PF设备，PCIE上的QDMA会将数据搬移到KU3P的PF， ku3p固定将PF的数据转发给映射的第二sfp口，从而发送给NG；

上行数据流程

NG的数据通过sfp进入KU3P， KU3P固定将第二sfp光口接收数据转发给内部的QDMA的PF设备，然后经过PCIE的DMA，数据转发到BU侧的PF设备，UP通过DPDK轮询到数据进行处理。

第三方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第二方面和第三方面所述的方法。

本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：

1. 多功能硬件平台：该装置采用了Xilinx FPGA芯片作为处理器，具有带有QDMA功能的IP核。这种多功能硬件平台可以提供高性能的数据处理和转发能力，并同时支持物理接口和虚拟接口的灵活配置和管理。1）低成本，扩展性强，平台依赖性。

2. 虚拟化技术：KU3P作为PCIE的端点设备EP，支持多个物理口PF和大量的虚拟口VF。通过对物理口PF进行虚拟化，将其划分为多个虚拟口VF，可以实现对不同EU设备之间数据的隔离和管理，提高网络资源的利用率和效率。

3. DPDK技术的应用：装置中通过DPDK技术进行数据收发和管理。DPDK是一种高性能的用户空间数据包处理框架，可以充分利用多核处理器的计算能力，提供快速、低延迟的数据包处理。通过使用DPDK，可以实现对虚拟接口和物理接口的高效管理，提高数据传输的吞吐量和响应速度。

4.体现在多功能硬件平台、虚拟化技术、DPDK技术的应用以及灵活的前传与后传通信方式等方面。这些特点使得该装置能够提供高性能、高效率的数据传输和处理能力，满足5G基站对前传和后传口的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请提供的现有技术结构示意图；

图2是本申请一实施例提供的整体结构示意图；

图3是本申请一实施例提供的前传数据收发流程图；

图4是本申请另一实施例提供后传数据收发流程图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

应当理解，当在本申请说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。

另外，在本申请说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。

下面结合实施例进行说明，本申请技术方案。

1. 硬件准备：

准备所需的硬件设备，包括KU3P硬件平台、Xilinx FPGA芯片、PCIE网卡、QDMA处理器等。

确保硬件设备的选型符合项目要求，能够满足5G基站前传后传口的数据处理和传输需求。

2. 软件安装与配置：

在KU3P硬件平台上安装操作系统，称为基站前传后传口装置的主控服务器。

安装相关的驱动程序和网络管理工具，确保软件环境能够正常运行，并支持虚拟化和DPDK技术。

配置网络设置和安全策略，确保系统的稳定性和安全性。

3. 虚拟化配置：

使用虚拟化技术对KU3P硬件中的物理接口进行划分和配置。

将物理接口划分为多个虚拟接口，根据需求配置虚拟网络功能和策略，实现对不同EU设备之间数据的隔离和管理。

设置虚拟接口的带宽和优先级，以满足不同数据流的传输要求。

4. DPDK配置：

配置DPDK框架，使其能够充分利用多核处理器的计算能力，并实现高效的数据包收发和处理。

根据硬件平台和需求调整DPDK的配置参数，如缓冲区大小、队列数量等，以优化数据传输的性能和吞吐量。

5. 前传流程配置：

根据前传数据流的要求，配置数据的发送路径和转发规则。

确定下行数据流向哪个虚拟接口VF发送，经过哪个PCIE网卡和QDMA处理器进行加速处理。

设置数据包的优先级和调度策略，以满足实时性和带宽需求。

6. 后传流程配置：

根据后传数据流的需求，配置数据的接收路径和转发规则。

配置KU3P的第二SFP光口接收上行数据，通过PF设备和QDMA处理器进行解析和转发给核心网NG。

设置数据包的过滤规则和安全策略，确保数据的完整性和可信度。

7. 测试和调优：

完成配置后，进行测试和调优。

发送各种类型的数据包，测试数据传输的性能和可靠性。

根据测试结果进行必要的调整和优化，如调整缓冲区大小、优化网络拓扑等，以提高系统的稳定性和性能。

8. 部署和运维：

在验证和调优完成后，将基站前传后传口装置部署到实际的5G基站中。进行系统的运维和管理工作，包括系统监控、故障排查和报警处理等。

根据需要进行定期的维护和升级工作，确保系统的正常运行和性能优化。

结合具体案例进行说明，如图1-4所示，本实施例采用带有QDMA的Xilinx FPGA芯片（例如KU3P）来实现基站前传后传口装置。KU3P的QDMA支持4个物理端口（PhysicalFunctions，简称PF）和252个虚拟端口（Virtual Functions，简称VF），一个PF可以虚拟成多个VF。

QDMA是Xilinx FPGA的IP核，在这里被用于与BBU进行通信，KU3P作为PCIE的端点设备。在BBU侧运行的是Linux系统，使用DPDK作为QMDA的接收通道。

KU3P针对四个小区的通道配置如下：

1. QDMA一共使用3个PF，其中2个PF分别配置两个VF以满足两个小区的前传需求，另一个PF用于后传。

2. KU3P拥有5个10G SFP光口，分别对应四个前传口和一个后传口。

具体的前传数据收发流程如下：

1）下行数据流程：

PHY（物理层）在处理完下行数据后，按照eCPRI格式配置相应EU设备的目的MAC地址，并将数据发送给不同的VF设备。PCIE上的QDMA将数据搬移到KU3P的PF上，PF将数据送给KU3P内部的数据处理模块。根据不同的MAC地址，KU3P将数据转发给映射的SFP口，从而将数据转发给相应的EU设备。

2）上行数据流程：

EU设备构建好eCPRI报文后，通过SFP口将数据发送到KU3P。KU3P根据数据的目的MAC地址，将数据转发给内部QDMA的PF设备。经过DMA传输，数据进一步转发到BBU的VF设备中。PHY使用DPDK轮询数据，并根据MAC地址将数据送给相应的小区处理。

后传数据收发流程如下：

1）下行数据流程：

UP（基站数据面网元）在处理完下行数据后，封装好TCP/IP报文，并将数据发送给PF设备。PCIE上的QDMA将数据搬移到KU3P的PF上，KU3P固定将PF3的数据转发给映射的SFP4口，从而发送给NG（核心网）。

2)上行数据流程：

NG的数据通过SFP4口进入KU3P，KU3P固定将SFP4接收到的数据转发给内部QDMA的PF3设备。经过PCIE的DMA传输，数据转发到BBU侧的PF设备，在UP通过DPDK轮询到数据后进行处理。

下行数据流程：

使用压缩算法优化数据包大小，以减少数据传输的带宽占用。例如，可以尝试使用LZ77或LZ78等压缩算法，来减小数据包大小。

针对不同的VF设备，可以采用不同的QoS（服务质量），以保证数据能够被快速处理。例如，对于一些关键的应用，可以优先处理。

针对不同类型的数据，可以采用不同的处理策略。例如，对于一些时钟数据，可以采用更高效的处理方式，以保证数据能够被快速处理。

上行数据流程：

使用多线程或分布式处理来提高数据处理的效率。例如，可以使用Apache Spark或Apache Flink等大数据处理框架，来实现实时高效的数据处理。

针对不同的数据，可以采用不同的处理算法。例如，对于一些离线数据分析，可以使用Apache Parquet等列式存储格式，以提高数据处理的效率。

针对数据传输，可以采用一些高效的数据传输协议，例如Apache Kafka或ApacheFlink。这些协议能够保证实时高效的数据传输，且具有高可靠性。

后传数据收发流程：

针对数据传输，可以使用一些高效的数据传输协议，例如Apache Kafka或ApacheFlink。这些协议能够保证实时高效的数据传输，且具有高可靠性。

针对后传数据收发流程，可以采用一些高效的数据处理框架，例如Apache Spark或Apache Storm。这些框架能够保证实时高效的数据处理，且具有高可靠性。

针对数据处理，可以采用一些高效的数据处理算法，例如Apache Parquet等列式存储格式。这些算法能够保证数据处理的效率，且具有高可靠性。

以上是带有QDMA系列的Xilinx FPGA芯片（如KU3P）实现基站前传后传口装置的具体流程。通过这样的配置，可以满足基站对前传和后传数据传输的需求。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

具体地，上述传输过程中

前传数据流程优化:

使用DPDK轮询方式，对BBU侧的物理口PF进行数据采集,轮询时将数据分为多个小包并发送；

在数据传输过程中,采用前传专用的PHY接口,以提高数据传输的效率；

通过使用SDK或API接口,实现对前传功能的配置和监控。

使用tcp/ip以太网报文格式,在基站数据面网元Cu-up和核心网NG之间进行数据传输;通过在NG接口上使用sfp4光口,实现对后传数据的接收,并采用数据传输协议(如IPFIX或IPFIX-RFC7618)来确保数据的正确性和完整性;

在数据传输过程中,使用QDMA技术,实现数据的高效传输和接收;

通过在PCIE网上实现数据传输的互连,实现对后传数据的接收和传输。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/网络设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/网络设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种5G基站前传后传通信装置，包括BBU侧运行Linux系统，所述BBU内设有PHY和Cu-up，还包括以带有QDMA 的xilinxFPGA芯片作为处理器，QDMA为一个IP核，采用DPDK作为QMDA的接收通道；所述BBU的PHY和Cu-up一侧连接有PCIE网卡，所述PCIE网卡与KU3P连通，其特征在于，ku3p作为PCIE的端点设备EP，

所述ku3p使用3个物理口PF，取两个物理口PF作为前传功能的接口，将每个物理口PF前端配置2个虚拟口VF，每个物理口PF后端对应两个前传功能的sfp光口，sfp光口分别与EU相连通；1个物理口PF与BBU侧的PF相连接，另一侧与后传的第二sfp光口作为后传口,后传口与NG接口接通。

2.如权利要求1所述的一种5G基站前传后传通信装置，其特征在于，

PHY与EU设备之间数据收发，每个EU设备设置固定唯一的mac地址，对应在BBU虚拟出的4个虚拟口VF，所述虚拟口VF设置固定唯一的mac地址，PHY在BBU上使用DPDK管理4个虚拟口VF。

3.如权利要求1所述的一种5G基站前传后传通信装置，其特征在于：后传过程中，基站数据面网元Cu-up和核心网NG之间数据收发，采用tcp/ip以太网报文格式，基站数据面网元Cu-up使用DPDK来访问PF设备。

4.如权利要求1或2所述的一种5G基站前传后传通信装置的工作方法，其特征在于：前传数据过程为

(1)、下行数据流程

(2)、上行数据流程

5.如权利要求1或3所述的一种5G基站前传后传通信装置的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：后传数据传输过程为

(1)下行数据流程

up在处理完下行数据后，封装好tcp/ip报文，将数据发送给PF设备，PCIE上的QDMA会将数据搬移到KU3P的PF， ku3p固定将PF3的数据转发给映射的第二sfp光口，从而发送给NG；

(2)上行数据流程

NG的数据通过第二sfp光口进入KU3P， KU3P固定将第二sfp光口接收数据转发给内部的QDMA的PF3设备，然后经过PCIE的QDMA，数据转发到BU侧的PF设备，UP通过DPDK轮询到数据进行处理。

6.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至 5任一项所述的方法。