CN1921455A - 串行级联总线上行流控方法及节点设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通信领域，公开了一种串行级联总线上行流控方法及节点设备，使得在串行级联总线上节点数发生变化时，可以自适应地调整节点的带宽。本发明中，每一个节点根据串行级联总线的总带宽和级联的节点总数确定本节点的基本带宽，并根据本节点的位置计算各下级节点与本节点的基本带宽之和，得到本节点的发送上限。各级联的节点对来自下级节点的数据进行缓存，以少于或等于本节点发送上限的带宽，将所缓存的数据和本级节点待发的数据向上级节点发送。每个节点根据其基本带宽确定本节点可以发送待发数据的数据量，实现起来较为简单且能够稳定控制每个节点上传的数据量。

Description

串行级联总线上行流控方法及节点设备

技术领域

本发明涉及通信领域，特别涉及串行级联总线的流控技术。

背景技术

在各种通信系统中，级联组网是一种很通用的组网方式。在级联组网中，可以包含一个主节点(Master Node，简称“MN”)和多个从节点(Slave Node，简称“SN”)，这些节点之间通过连接链路的接口连接组成星形、链型、环型或者树型等不同拓扑类型的网络。

在级联组网中，每个节点都会包含至少一个发送端口和至少一个接收端口，相邻节点通过端口之间的链路连接，一般定义主节点到从节点方向为下行方向，从节点到主节点方向为上行方向。

主节点也称为根节点，处于下行方向的最后一个从节点也称为叶节点，处于一个节点上行方向上的相邻节点称为该节点的上级节点(父节点)，处于一个节点下行方向上的相邻节点称为该节点的下级节点(子节点)。在通信网络尤其是分组网络中，通常采用跳到跳(hop-to-hop)的方式进行转发，其中，每个跳(hop)标识了两个节点之间的直接连接的单向链路集合。

在现代通信系统，尤其是分布式基站设备的级联组网方案中，通常各个节点之间是通过电缆或光纤承载的高速串行链路接口连接的，因此串行级联总线得到日益普遍的应用。

图1示出串行级联总线的应用，图中的Serdes，即SERializer(串行器)/DESerializer(解串器)，目前是高速接口的主流技术。它是一种时分多路复用(Time Division Multiplexing，简称“TDM”)的点对点通信技术，在发送端多路低速并行数据被转换成高速串行信号，经过媒体光纤、同轴电缆的传输，最后在接收端高速串行数据被恢复转换成低速并行数据。Serdes功能由发送和接收组成：发送通道电路主要由编码电路、时钟产生电路、并串转换和串行发送器组成；接收通道电路主要由接收器、时钟恢复、串并转换和解码电路组成。

通过上述Serdes功能，图1中的主设备与从设备之间形成一个串行级联总线结构。在串行级联总线通道中，主要由三个逻辑通道构成，即：用户数据通道，控制数据通道，及同步信息通道。

上述三个逻辑通道由图中的主设备与从设备共享。具体地说，主设备通过用户数据通道传送前向用户面数据，从设备通过此通道向主设备传送反向用户面数据，如IQ数据；主设备通过设定控制数据相关的地址信息来控制从设备，从设备利用此通道向主设备反馈控制数据。控制数据一般分为物理层控制信息和高层控制信息，本发明主要涉及的是高层控制信息。

需要指出的是，第三代移动通信(The Third Generation，简称“3G”)基站开放式接口平台开发联盟为了解决不同设备厂商之间接口不匹配的问题，开发了通用公共无线接口(Common Public Radio Interface，简称“CPRI”)规范，该规范所定义的无线设备控制器(Radio Equipment Controller，简称“REC”)和无线设备(Radio Equipment，简称“RE”)之间的接口，是一种级联组网的接口，称为CPRI接口。

其中，REC即为级联组网中的主节点，例如在WCDMA分布式基站中，主设备即对应REC。

RE即为级联组网中的从节点，例如在WCDMA分布式基站中，从设备即对应RE。

图2示出CPRI接口的逻辑模型。其中，根据CPRI端口功能的不同，在CPRI规范中，将CPRI端口分为主端口(Master Port，简称“M”)和从端口(Slave Port，简称“S”)。M端口用于发送数据，S端口用于接收数据。

以上对级联组网技术、串行级联总线结构以及级联组网中主从设备之间的CPRI接口大致情况进行了说明，接下来提供相关的图示进一步对CPRI接口的协议构架、帧定义格式以及CPRI超帧中的控制数据予以揭示，以便使本发明能够被更好地理解。

CPRI接口协议构架如图3所示。其中以太网(Ethernet)和高级数据链路控制(High-Level Data Link Control，简称“HDLC”)主要是承载高层控制数据，完成主设备和从设备之间的通信承载功能。

CPRI帧定义格式如图4所示。其中，基站节点帧号(Node B FrameNumber，简称“BFN”)为WCDMA中一个10ms基本帧。其中深色区域为控制数据域。

一个CPRI超帧中控制数据定义如图5所示。图6示出串行化后的数据分布。

为了识别级联RE，目前已提出了在CPRI协议的基础上进行了扩展，采用基于Hop自动分配的算法，参见图7，其中，每一个RE都知道当前级联总线上总的级数Hoptotal以及自身的级数Hop。

CPRI规范在高速串行总线上定义了复帧结构，复用了不同的通道，包括操作维护链路通道，承载的数据通道(如基带IQ数据)等。其中，复帧结构是一种较为复杂的帧数据的组合，在复帧中，可以同时包含控制字和数据，类似于CPRI规范，很多级联组网的方式中，节点之间可以采用复帧的结构传递数据，尤其现代通信系统中，在越来越多的数据链路上，数据以复帧的格式发送。表1示出CPRI规范中复帧的组成，其中Hop字段，下行填Hop+1，上行填写Hoptotal。

子信道号

子信道目的

Xs＝0

Xs＝1

Xs＝2

Xs＝3

0	同步定时	同步字节K28.5	HFN	BFN-低字节	BFN-高字节
						1	慢速控制维护通道	慢速控制维护通道	慢速控制维护通道	慢速控制维护通道	慢速控制维护通道
2	层一带内协议	版本号	初始化命令	层一维护命令	指针p
						3	保留字节	保留字节	保留字节	保留字节	保留字节
……	……	……	……	……	……
						15	保留字节	保留字节	保留字节	保留字节	保留字节
16	厂商自定义区域	Portld/Locationld	LoESCAM	TopologyType	hop
						17	厂商自定义区域	厂商自定义区域	厂商自定义区域	厂商自定义区域	厂商自定义区域
18	厂商自定义区域	厂商自定义区域	厂商自定义区域	厂商自定义区域	厂商自定义区域
						19	厂商自定义区域	厂商自定义区域	厂商自定义区域	厂商自定义区域	厂商自定义区域
……	……	……	……	……	……
						p-1	厂商自定义区域	Reserved ofvs	Reserved ofvs	Reserved ofvs	Reserved ofvs
指针p	快速控制维护通道	快速控制维护通道	快速控制维护通道	快速控制维护通道	快速控制维护通道
						……	……	……	……	……	……
63	快速控制维护通道	快速控制维护通道	快速控制维护通道	快速控制维护通道	快速控制维护通道

                                                                     表1

以上进一步揭示了CPRI接口的协议构架、帧定义格式以及CPRI超帧中的控制数据的相关情况，关于CPRI规范的具体说明，可以进一步参见CPRI组织公开的标准文件《CPRI Specification V2.0》，中文可译为《通用公共无线接口标准2.0版》。

在串行级联方式组网的系统中，为了实现REC和RE之间并发通信机制，串行级联总线首先要解决每级RE之间通信冲突和流控的问题，目前通常采用的传输方式有以下两种：

第一种方式是时间片隔离。具体地说，对不同的从设备分配不同的时间片，不同的设备只会在属于自己的时间片发送数据，这样就可以解决并发通信的问题，但是在该方案中，由不同的从设备固定占用指定的时间片，即使当前从设备没有数据发，其他的设备也不能占用，从而大大降低了带宽利用率。

第二种方式是缓存转发。RE对来自下级RE的控制数据和CPU来的控制数据进行缓存，实行统一调度，向上级RE转发。此方法要求每级RE的远端射频单元(Remote Radio Unit，简称“RRU”)进行精确流量控制，然而由于每一级RE在传输的过程中都有可能存在异常处理，或流量突发等现象，无法在每一级RE实现精确控制，从而在数据上传的过程中，由于流量的叠加，最上一级的RE将出现流量大于总物理带宽的情况，导致丢包。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种串行级联总线上行流控方法及节点设备，使得在串行级联总线上节点数发生变化时，可以自适应地调整节点的带宽。

为实现上述目的，本发明提供了一种串行级联总线上行流控方法，包含以下步骤：

每一个节点根据串行级联总线的总带宽和级联的节点总数确定本节点的基本带宽，并根据本节点的位置计算各下级节点与本节点的基本带宽之和，得到本节点的发送上限；

对来自下级节点的数据进行缓存，以少于或等于本节点发送上限的带宽，将所缓存的数据和本节点的待发数据向上级节点发送。

其中，每个节点根据其基本带宽确定本节点能够发送待发数据的数据量。

此外在所述方法中，每个节点根据本节点的发送上限减去当前缓存的来自下级节点的数据量，确定本节点能够发送待发数据的数据量。

此外在所述方法中，通过第一缓存存放来自下级节点的数据，第二缓存存放所述本节点的待发数据；

所述节点根据其下级节点基本带宽之和确定所述第一缓存的调度时长，在该调度时长内发送所述来自下级节点的数据；

所述节点根据所述基本带宽确定所述第二缓存的调度时长，在该调度时长内发送本节点的待发数据。

此外在所述方法中，各级节点的基本带宽由所述串行级联总线的总带宽--除以所述节点总数得到。

此外在所述方法中，所述串行级联总线是通用公共射频设备接口。

本发明还提供了一种串行级联的节点设备，包含：

计算模块，用于根据串行级联总线的总带宽和级联的节点总数确定本节点的基本带宽，并根据本节点的位置计算各下级节点与本节点的基本带宽之和，得到本节点的发送上限；

缓存模块，用于对来自下级节点的数据进行缓存；

发送模块，用于以少于或等于所述计算模块计算得到的发送上限的带宽，将所述缓存模块所缓存的数据和本节点的待发数据向上级节点发送。

其中，所述发送模块还用于根据所述计算模块算得的基本带宽，确定能够发送待发数据的数据量。

此外，所述发送模块还用于根据所述计算模块算得的发送上限减去所述缓存模块缓存的数据量，确定能够发送待发数据的数据量。

此外，所述计算模块通过将所述串行级联总线的总带宽除以所述节点总数得到所述节点设备的基本带宽。

通过比较可以发现，本发明的技术方案与现有技术的主要区别在于，每一个节点根据串行级联总线的总带宽和级联的节点总数确定本节点的基本带宽，并根据本节点的位置计算各下级节点与本节点的基本带宽之和，得到本节点的发送上限。通过该方式确定发送上限，在串行级联总线上节点数减少时，每个节点的基本带宽将变大，从而各级节点的发送上限将随之上升，使得在级联的节点变少时，各级节点能够被分配更多的传输带宽，提高带宽的利用率。同样，根据该方式，在级联的节点增多时，每个节点的基本带宽和发送上限也会随之下降，确保每个节点均能分配到相应的带宽，正常上传其数据，从而在串行级联总线上节点数发生变化时，可以自适应地调整节点的带宽。

各级联的节点对来自下级节点的数据进行缓存，以少于或等于本节点发送上限的带宽，将所缓存的数据和本级节点待发的数据向上级节点发送。通过对来自下级节点的数据进行缓存，使得在下级节点上传数据出现突发状况，上传的数据量突然增大时，也能够以少于或等于本节点发送上限的带宽上传数据，有效避免因数据量增大而导致的数据溢出，确保数据传输质量。

每个节点根据其基本带宽确定本节点可以发送待发数据的数据量，实现起来较为简单且能够稳定控制每个节点上传的数据量。

每个节点根据本节点的发送上限和当前缓存的来自下级节点的数据量，确定本节点可以发送的待发数据的数据量，使得在下级节点需要传输的数据量较少时，上级节点能够利用其多余带宽传输数据，在不影响其它节点传输数据的同时，进一步提高了带宽利用率。

各级节点的基本带宽由串行级联总线的总带宽除以节点总数得到，确保级联的每个节点能够公平传输数据。

附图说明

图1是现有技术中串行级联总线的连接示意图；

图2是现有技术中CPRI接口的逻辑模型示意图；

图3是现有技术中CPRI接口协议构架示意图；

图4是现有技术中CPRI超帧定义的格式示意图；

图5是现有技术中CPRI超帧中控制数据定义示意图；

图6是现有技术中串行化后控制数据分布图；

图7是现有技术中基于Hop自动分配的算法示意图；

图8是根据本发明第一实施方式的串行总线上行流控方法中串行级联的节点的结构示意图；

图9是根据本发明第一实施方式的串行总线上行流控方法流程图；

图10是根据本发明第二实施方式的串行总线上行流控方法流程图；

图11是根据本发明第三实施方式的串行级联节点设备的系统结构图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

本发明的核心在于，每一个串行节点根据串行级联总线的总带宽和级联的节点总数确定本节点的基本带宽，并根据本节点的位置计算各下级节点与本节点的基本带宽之和，得到本节点的发送上限。每个节点的基本带宽和发送上限根据级联的节点数的不同而发生改变，串行级联总线上节点数减少时，各级节点的基本带宽和发送上限将上升，在级联的节点增多时，每个节点的基本带宽和发送上限也会随之下降，从而在串行级联总线上节点数发生变化时，可以自适应地调整节点的带宽。每个节点对来自下级节点的数据进行缓存，以少于或等于本节点发送上限的带宽，将所缓存的数据和本节点的待发数据向上级节点发送。

下面根据发明原理对本发明第一实施方式串行级联总线上行流控方法进行说明。本实施方式中，串行级联总线是CPRI接口，串行级联的节点的结构示意图如图8所示。

具体流控方法如图9所示，在步骤901中，串行级联的节点首先获取串行级联总线的总带宽、级联的节点总数(Hoptotal)、以及本节点的级数(Hop)，根据串行级联总线的总带宽和级联的节点总数确定本节点的基本带宽，并根据本节点的级数计算各下级节点与本节点的基本带宽之和，得到本节点的发送上限。

具体地说，各级节点的基本带宽由串行级联总线的总带宽除以节点总数得到，各下级节点以及本节点的基本带宽之和即为本节点的发送上限。该发送上限可分为两部分：本节点的接收上限，即下级节点的基本带宽之和，以及，本节点能够发送待发数据的数据量上限，即本节点的基本带宽。根据CPRI标准，快速控制维护通道(用于以太网的链路配置)总带宽最大为84.48Mbps，如果按照现有技术，采用固定带宽流控方式，级联节点的基本带宽固定以级联8级时的带宽为标准，则平均每级节点基本带宽不能超过10.56Mbps。同样，慢速控制维护通道总带宽最大为1.92Mbps，按照现有技术平均每级节点的基本带宽不能超过240kpbs。由于实际组网情况下，8级级联节点的比例特别少，当级联的节点并未达到8级时，将在很大程度上浪费通信带宽资源。然而在本实施方式中，每个节点的基本带宽是由级联总线的总带宽除以级联的总节点数得到的，可见在级联的节点小于8时，每个级联节点将被分配更多的基本带宽，每个节点的发送上限也随之提升，从而能够更充分地利用带宽资源。

举例而言，如果串行级联总线采用以太网，其总带宽为84.48Mbps，串行级联总线上级联的节点总数为4，当前节点的级数为3，则各节点的基本带宽为21.12Mbps，本节点的发送上限为下级二个节点以及本节点的基本带宽之和，即63.36Mbps。相比现有技术，本节点的基本带宽以及发送上限大大提高。

进入步骤902，在串行级联的节点收到来自下级节点的数据时，将所收到的数据存放在第一缓存中。本节点自身的待发数据存放在第二缓存中。通过对来自下级节点的数据进行缓存，使得在下级节点上传数据时出现突发状况，上传的数据量突然增大时，不会造成本节点数据溢出现象(即本节点上传的数据超出发送上限造成发送带宽不足)，本节点可将多出的数据暂存在缓存中，等待下一次的发送。

接着进入步骤903，该节点以少于或等于本节点发送上限的带宽，将所第一缓存中下级节点的数据和第二缓存中本节点的待发数据向上级节点发送。其中，所发送的来自下级节点的数据少于或等于下级节点基本带宽之和，所发送的本节点待发数据少于或等于本节点的基本带宽。在具体实现时，该节点可用根据其下级节点基本带宽之和确定第一缓存的调度时长，通过该调度时长控制第一缓存发送下级节点的数据流量；并根据本节点基本带宽确定第二缓存的调度时长，通过该调度时长控制第二缓存发送本节点的待发数据的流量。针对上述案例，该节点根据其下二个下级节点的基本带宽之和，确定第一缓存的调度时长为2个时钟周期，在2个时钟周期内持续发送所缓存的下级节点数据；同样，该节点根据其基本带宽确定第二缓存的调度时长为1个时钟周期，在1个时钟周期内持续发送本节点的待发数据，通过确定调度时长实现上行数据发送流量的控制。

本发明中所称的第一缓存和第二缓存是逻辑概念，第一缓存和第二缓存可以在同一个物理缓存中，也可以在不同的物理缓存中。每一个缓存本身也可能由多个物理存贮芯片的组合实现。

下面对本发明第二实施方式串行级联总线上行流控方法进行说明。

如图10所示，在步骤1001中，串行级联的节点首先获取串行级联总线的总带宽、级联的节点总数(hoptotal)、以及本节点的级数(hop)，并根据串行级联总线的总带宽和级联的节点总数确定本节点的基本带宽，并根据本节点的级数计算各下级节点与本节点的基本带宽之和，得到本节点的发送上限。其中，各级节点的基本带宽由串行级联总线的总带宽除以节点总数得到，各下级节点以及本节点的基本带宽之和即为本节点的发送上限。

接着进入步骤1002，在串行级联的节点收到来自下级节点的数据时，将所收到的数据存放在第一缓存中。本节点自身的待发数据存放在第二缓存中。通过对来自下级节点的数据进行缓存，使得在下级节点上传数据时出现突发状况，上传的数据量突然增大时，不会造成本节点数据溢出现象(即本节点上传的数据超出发送上限造成发送带宽不足)，本节点可将多出的数据暂存在缓存中，等待下一次的发送。

接着进入步骤1003，该节点根据本节点的发送上限和当前缓存的来自下级节点的数据量，确定本节点能够发送待发数据的数据量上限。具体地说，本节点的发送上限减去下级节点的数据量即为本节点能够发送待发数据的数据量上限。通过该方法，在下级节点需要传输的数据量较少时，上级节点能够利用其多余带宽传输数据，在不影响其它节点传输数据的同时，进一步提高了带宽利用率。

接着进入步骤1004，该节点根据下级节点基本带宽之和发送下级节点的数据，并根据所计算的数据量上限发送本节点的待发数据。

下面对本发明第三实施方式串行级联的节点设备进行说明。

如图11所示，串行级联的节点设备包含计算模块、缓存模块和发送模块。计算模块用于根据串行级联总线的总带宽和级联的节点总数确定本节点的基本带宽，即将串行级联总线的总带宽除以节点总数得到本节点设备的基本带宽，并根据本节点的位置计算各下级节点与本节点的基本带宽之和，得到本节点的发送上限。通过计算模块确定发送上限，在串行级联总线上节点数减少时，每个节点的基本带宽将变大，从而各级节点的发送上限将随之上升，使得在级联的节点变少时，各级节点能够被分配更多的传输带宽，提高带宽的利用率。同样，在级联的节点增多时，每个节点的基本带宽和发送上限也会随之下降，确保每个节点均能分配到相应的带宽，正常上传其数据，从而在串行级联总线上节点数发生变化时，可以自适应地调整节点的带宽。缓存模块用于对来自下级节点的数据进行缓存，使得在下级节点上传数据出现突发状况，上传的数据量突然增大时，不会因数据量增大而导致的数据溢出，确保数据传输质量。发送模块用于以少于或等于计算模块计算得到的发送上限的带宽，将缓存模块所缓存的数据和本节点的待发数据向上级节点发送。其中，发送模块能够发送的本节点待发数据的数据量可由计算模块算得的基本带宽确定，或由计算模块算得的发送上限和缓存模块缓存下级节点的数据量之差确定。

虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种串行级联总线上行流控方法，其特征在于，包含以下步骤：

每一个节点根据串行级联总线的总带宽和级联的节点总数确定本节点的基本带宽，并根据本节点的位置计算各下级节点与本节点的基本带宽之和，得到本节点的发送上限；

对来自下级节点的数据进行缓存，以少于或等于本节点发送上限的带宽，将所缓存的数据和本节点的待发数据向上级节点发送。

2.根据权利要求1所述的串行级联总线上行流控方法，其特征在于，每个节点根据其基本带宽确定本节点能够发送待发数据的数据量。

3.根据权利要求1所述的串行级联总线上行流控方法，其特征在于，每个节点根据本节点的发送上限减去当前缓存的来自下级节点的数据量，确定本节点能够发送待发数据的数据量。

4.根据权利要求2所述的串行级联总线上行流控方法，其特征在于，通过第一缓存存放来自下级节点的数据，第二缓存存放所述本节点的待发数据；

所述节点根据其下级节点基本带宽之和确定所述第一缓存的调度时长，在该调度时长内发送所述来自下级节点的数据；

所述节点根据所述基本带宽确定所述第二缓存的调度时长，在该调度时长内发送本节点的待发数据。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的串行级联总线上行流控方法，其特征在于，各级节点的基本带宽由所述串行级联总线的总带宽除以所述节点总数得到。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的串行级联总线上行流控方法，其特征在于，所述串行级联总线是通用公共射频设备接口。

7.一种串行级联的节点设备，其特征在于，包含：

计算模块，用于根据串行级联总线的总带宽和级联的节点总数确定本节点的基本带宽，并根据本节点的位置计算各下级节点与本节点的基本带宽之和，得到本节点的发送上限；

缓存模块，用于对来自下级节点的数据进行缓存；

发送模块，用于以少于或等于所述计算模块计算得到的发送上限的带宽，将所述缓存模块所缓存的数据和本节点的待发数据向上级节点发送。

8.根据权利要求7所述的串行级联的节点设备，其特征在于，所述发送模块还用于根据所述计算模块算得的基本带宽，确定能够发送待发数据的数据量。

9.根据权利要求8所述的串行级联的节点设备，其特征在于，所述发送模块还用于根据所述计算模块算得的发送上限减去所述缓存模块缓存的数据量，确定能够发送待发数据的数据量。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的串行级联的节点设备，其特征在于，所述计算模块通过将所述串行级联总线的总带宽除以所述节点总数得到所述节点设备的基本带宽。

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