基于gmr-1 3g系統(tǒng)多核并行協(xié)議棧結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于GMR?1 3G系統(tǒng)多核并行協(xié)議棧結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中數(shù)據(jù)傳輸時延長，處理速度慢的問題。在GMR?1 3G標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，將協(xié)議棧各層進(jìn)行合理的模塊劃分，并將各模塊通過合理的任務(wù)分配方式分配到多核處理器上的各個核上并行運(yùn)行，核間通信機(jī)制采用不僅時間消耗少而且能傳輸變長數(shù)據(jù)的MessageQ方式，有效提高了處理速度。各協(xié)議層運(yùn)行在通過TCP/IP協(xié)議通信的不同板卡上。在消息傳輸過程中進(jìn)行消息類型判斷，如果是判斷連接是否正常的心跳包，則進(jìn)行透傳，忽略PDCP和RLC的處理，進(jìn)而降低處理時延。為了保證時鐘的穩(wěn)定性，將時鐘單獨(dú)分配到一核運(yùn)行。本發(fā)明同時兼顧了系統(tǒng)傳輸時延，系統(tǒng)吞吐量等因素。
【專利說明】
基于GMR-1 3G系統(tǒng)多核并行協(xié)議棧結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于寬帶無線通信協(xié)議棧領(lǐng)域，具體涉及一種GMR-1 3G系統(tǒng)的Uu接口協(xié)議棧接入層設(shè)計(jì)方法。在GMR-1 3G標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，將各層進(jìn)行合理的模塊劃分，并將各模塊通過合理的任務(wù)分配方式分配到多核處理器上的各個核上并行運(yùn)行，進(jìn)而降低處理時延。本發(fā)明同時兼顧了系統(tǒng)傳輸時延，系統(tǒng)吞吐量等因素。
【背景技術(shù)】
[0002]新一代衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)多數(shù)都支持GMR-1 3G標(biāo)準(zhǔn)(GMR,Geostat1nary earthorbit Mobile Rad1 interface)，該標(biāo)準(zhǔn)是由歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化研究所ETSI (EuropeanTelecommunicat1ns Standards Institute)發(fā)布的可與地面3G核心網(wǎng)互聯(lián)的地球同步衛(wèi)星移動通信空中接口技術(shù)規(guī)范，從基于GSM(Global System for Mobile communicat1n)標(biāo)準(zhǔn)的通信系統(tǒng)GMR-1演化而來。GMR-1 3G通信系統(tǒng)規(guī)范定義了基站和終端之間的空口(UU口)以及基站和核心網(wǎng)(CN, Core Network)之間的IU( Interface between BSS and corenetwork)P。
[0003]在GMR-1 3G系統(tǒng)中，Uu口協(xié)議分三個協(xié)議層:物理層(LI)，數(shù)據(jù)鏈路層(L2)，網(wǎng)絡(luò)層(L3)。其中L2包括媒體訪問控制MAC (Media Access Control)子層、無線鏈路控制RLC(Rad1 LinkControl)子層，分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議PDCP(Packet Data ConvergenceProtocol)子層。
[0004]RLC/MAC層的主要功能就是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸處理，從而能夠?yàn)楦邔犹峁└玫膫鬏敺?wù)?；緜?cè)RRC層將執(zhí)行整個基站范圍內(nèi)無線接口的資源控制功能，并為下層執(zhí)行系統(tǒng)進(jìn)行配置，負(fù)責(zé)每個終端(MES)用戶接入基站后的邏輯流程的控制。
[0005]為了滿足不同數(shù)據(jù)的處理需求，RLC提供了三種不同特性的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，分別是透明數(shù)據(jù)傳輸(TM,Transparent Mode)、確認(rèn)數(shù)據(jù)傳輸(AM,Acknowledge Mode)和非確認(rèn)數(shù)據(jù)傳輸(UM,Acknowledge Mode) ARC層根據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)需求，負(fù)責(zé)將RLC實(shí)體配置成不同的傳輸模式。
[0006]隨著人們對信號處理器要求的提高，單核架構(gòu)的信號處理器的發(fā)展遇到了瓶頸。而多核架構(gòu)處理器的出現(xiàn)，卻給通信領(lǐng)域帶來了新的希望。通過將任務(wù)合理地分配到不同的核上執(zhí)行，多核信號處理系統(tǒng)可以以較低的頻率、較小的功耗來獲得同樣高的性能。TI公司提供了關(guān)于多核通信的IPC組件，可以支持內(nèi)核間的信息傳遞，常用的IPC通信方案有:Notify 方案、MessageQ 方案。
[0007]心跳包就是在客戶端和服務(wù)器間定時通知對方自己狀態(tài)的一個自己定義的命令字，按照一定的時間間隔發(fā)送，類似于心跳，所以叫做心跳包。本發(fā)明通過建立心跳信息專用承載，使心跳信息在協(xié)議棧傳輸時能忽略rocp和RLC的處理，縮短了處理時延。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，基于GMR-13G系統(tǒng)協(xié)議，提出一套切實(shí)可行的協(xié)議棧設(shè)計(jì)方法。本發(fā)明協(xié)議棧結(jié)構(gòu)中RRC層系統(tǒng)包含核心控制模塊，RRC功能控制模塊，核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模塊，參數(shù)配置管理模塊。層二系統(tǒng)包含PDCP處理模塊，RLC處理模塊，MAC處理模塊。物理層系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)收發(fā)模塊和數(shù)據(jù)處理模塊。設(shè)計(jì)了基于多核處理器的GMR-1 3G數(shù)據(jù)鏈路層的并行軟件架構(gòu)，將層二每子層分布在單獨(dú)的一核上，滿足強(qiáng)實(shí)時性、處理速度快的要求。數(shù)據(jù)鏈路層采用數(shù)據(jù)流任務(wù)分配方式即每個核接收上一個線程傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，然后執(zhí)行本線程的相關(guān)任務(wù)，接著將處理后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)搅硪粋€核以便用于進(jìn)一步地處理。
[0009]由于數(shù)據(jù)處理部分的時間要比數(shù)據(jù)收發(fā)部分的時間長的多，所以會出現(xiàn)在某一時刻有多條信道的數(shù)據(jù)需要處理的情況。把這些不同的信道數(shù)據(jù)處理任務(wù)合理分配到不同的DSP核心上，則能實(shí)現(xiàn)對這些接收數(shù)據(jù)的并行處理。即把物理層功能分為數(shù)據(jù)收發(fā)和數(shù)據(jù)處理兩大部分并行執(zhí)行，這樣就能減小物理層數(shù)據(jù)處理時延、充分發(fā)揮多核處理器的作用。物理層任務(wù)分配方式采用主從模式，也就是說需要有一個DSP內(nèi)核來收發(fā)數(shù)據(jù)，然后調(diào)用其他的DSP內(nèi)核進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
[0010]進(jìn)一步的，為了提高時鐘穩(wěn)定性，將時鐘單獨(dú)分布于一核上。通過建立心跳信息專用承載，使心跳信息在協(xié)議棧傳輸時能忽略PDCP和RLC的處理，縮短了處理時延。運(yùn)用MessageQ方式進(jìn)行核間通信要比運(yùn)用Notify所消耗的時鐘周期數(shù)更少。而且，Notify傳遞的負(fù)載是固定的32bit，而MessageQ可傳輸變長數(shù)據(jù)。在項(xiàng)目實(shí)際需求中，傳遞的數(shù)據(jù)長度因信道類型不同而不同。所以，選擇MessageQ進(jìn)行核間通信。
[0011 ]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0012]第一，設(shè)計(jì)了基于多核處理器的GMR-13G數(shù)據(jù)鏈路層的并行軟件架構(gòu)，將層二每子層分布在單獨(dú)的一核上，滿足強(qiáng)實(shí)時性、處理速度快的要求。
[0013]第二，由于數(shù)據(jù)處理部分的時間要比數(shù)據(jù)收發(fā)部分的時間長的多，所以會出現(xiàn)在某一時刻有多條信道的數(shù)據(jù)需要處理的情況。本發(fā)明把這些不同的信道數(shù)據(jù)處理任務(wù)合理分配到不同的DSP核心上，則能實(shí)現(xiàn)對這些接收數(shù)據(jù)的并行處理。即把物理層功能分為數(shù)據(jù)收發(fā)和數(shù)據(jù)處理兩大部分并行執(zhí)行，這樣就能減小物理層數(shù)據(jù)處理時延、充分發(fā)揮多核處理器的作用。
[0014]第三，本發(fā)明為了提高時鐘穩(wěn)定性，將時鐘單獨(dú)分布于一核上。物理層任務(wù)分配方式采用主從模式，也就是說需要有一個DSP內(nèi)核來收發(fā)數(shù)據(jù)，然后調(diào)用其他的DSP內(nèi)核進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)鏈路層采用數(shù)據(jù)流任務(wù)分配方式即每個核接收上一個線程傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，然后執(zhí)行本線程的相關(guān)任務(wù)，接著將處理后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)搅硪粋€核以便用于進(jìn)一步地處理。運(yùn)用MessageQ方式進(jìn)行核間通信要比運(yùn)用Notify所消耗的時鐘周期數(shù)更少。而且，Notify傳遞的負(fù)載是固定的32bit，而MessageQ可傳輸變長數(shù)據(jù)。在項(xiàng)目實(shí)際需求中，傳遞的數(shù)據(jù)長度因信道類型不同而不同。所以，選擇MessageQ進(jìn)行核間通信。
【附圖說明】
[0015]圖1為多核協(xié)議棧設(shè)計(jì)方案。
[0016]圖2為數(shù)據(jù)鏈路層任務(wù)分配方案。
[0017]圖3為物理層任務(wù)分配方案。
[0018]圖4為數(shù)據(jù)處理流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0020]如圖1所示核心控制模塊:此模塊為RRC層設(shè)計(jì)的核心，通過事件監(jiān)測、定時器管理，來完成對整個協(xié)議棧的有機(jī)管理，主要是以狀態(tài)機(jī)為中心來控制整個RRC功能實(shí)體的運(yùn)轉(zhuǎn)。RRC功能控制模塊:此模塊主要完成了 RRC模塊和其它模塊之間接□之間的交互，所有過程的信令的交互都是通過此模塊來進(jìn)行完成的。參數(shù)配置管理模塊:主要完成GSC對多個小區(qū)的管理、完成系統(tǒng)廣播、完成向核心網(wǎng)的注冊、公共信道的配置、小區(qū)的建立等一系列功能。核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模塊:此模塊包含了基站側(cè)所有接入的終端的各種信息以及通過管道接收到的消息的消息格式。當(dāng)RRC層收到高層發(fā)來的數(shù)據(jù)消息時，通過核心控制模塊控制RRC功能控制模塊完成和其他模塊的信息交互，并通過參數(shù)配置管理模塊對下層進(jìn)行參數(shù)配置。
[0021]RRC層系統(tǒng)通過網(wǎng)口驅(qū)動模塊將消息傳遞到處于多核處理器上的數(shù)據(jù)鏈路層。數(shù)據(jù)鏈路層多核任務(wù)分配方式如圖2所示。下行數(shù)據(jù)經(jīng)過rocp子層緩存和頭壓縮處理后，經(jīng)過MessageQ通信方式傳遞到RLC子層。上行數(shù)據(jù)經(jīng)過頭解壓縮，然后將數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存并重排序，最后發(fā)送給高層。
[0022]如圖4所示，在RLC子層進(jìn)行數(shù)據(jù)消息類型判斷。如果為心跳包消息，直接透傳；如果不是，則按相應(yīng)處理機(jī)制對消息進(jìn)行處理。下行時，先將SDU下行數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存，然后等待MAC層調(diào)度，分段級聯(lián)成PDU，最后發(fā)送給MAC層。上行時，先將PDU緩存重排序，然后重組成SDU，最后發(fā)送給高層。
[0023]在MAC子層接收到通知后，下行時，進(jìn)行下行調(diào)度，包含PCH調(diào)度、DCH調(diào)度和H)CH調(diào)度。上行時，解析PUI后將數(shù)據(jù)遞交給RLC層。
[0024]如圖3所示，物理層用數(shù)據(jù)收發(fā)模塊發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，用其他核進(jìn)行并行數(shù)據(jù)處理。即核O主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的收發(fā)，其他核負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理，進(jìn)而提高數(shù)據(jù)處理速度，降低傳輸時延。物理層，數(shù)據(jù)鏈路層和無線資源控制系統(tǒng)分別處在不同的板卡上，板卡之間通過TCP/IP協(xié)議通信。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于GMR-1 3G系統(tǒng)多核并行協(xié)議棧結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，其特征在于:Uu 口協(xié)議分三個協(xié)議層:物理層(LI)，數(shù)據(jù)鏈路層(L2)，網(wǎng)絡(luò)層(L3)。網(wǎng)絡(luò)層包括非接入層和無線資源控制(RRC)層。RRC層系統(tǒng)包含核心控制模塊，RRC功能控制模塊，核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模塊，參數(shù)配置管理模塊。數(shù)據(jù)鏈路層系統(tǒng)包含I3DCP處理模塊，RLC處理模塊，MAC處理模塊，時鐘模塊。物理層系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)收發(fā)模塊和數(shù)據(jù)處理模塊。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GMR-13G系統(tǒng)多核并行協(xié)議棧結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，其特征在于:采用三核處理器，將數(shù)據(jù)鏈路層每一子層媒體訪問控制MAC(Media Access Control)子層、無線鏈路控制RLC(Rad1 LinkControl)子層，分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議PDCP(Packet DataConvergence Protocol)子層分別分布在單獨(dú)的一核上，滿足強(qiáng)實(shí)時性、處理速度快的要求。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GMR-13G系統(tǒng)多核并行協(xié)議棧結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，其特征在于:物理層任務(wù)分配方式采用主從模式，把不同的信道數(shù)據(jù)處理任務(wù)合理分配到不同的DSP核心上，則能實(shí)現(xiàn)對這些接收數(shù)據(jù)的并行處理。即有一個DSP內(nèi)核來收發(fā)數(shù)據(jù)，然后調(diào)用其他的DSP內(nèi)核進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GMR-13G系統(tǒng)多核并行協(xié)議棧結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，其特征在于:建立心跳信息專用承載，使心跳信息在協(xié)議棧傳輸時能忽略I3DCP和RLC的處理，縮短了處理時延。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GMR-13G系統(tǒng)多核并行協(xié)議棧結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，其特征在于:將時鐘單獨(dú)分布于一核上，提高時鐘穩(wěn)定性。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GMR-13G系統(tǒng)多核并行協(xié)議棧結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，其特征在于:核間通信機(jī)制采用不僅時間消耗少而且能傳輸變長數(shù)據(jù)的MessageQ方式，有效提高了處理速度。各協(xié)議層運(yùn)行在通過TCP/IP協(xié)議通信的不同板卡上。
【文檔編號】H04W92/10GK105827654SQ201610363712
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年5月26日
【發(fā)明人】安小靜
【申請人】西安電子科技大學(xué)