专利名称：无线分组域网关性能自适应的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及网络通讯技术领域，尤其设计一种无线分组域网关性能自适 应的方法及装置。
背景技术：
不同的无线分组域网关所具有的具体功能不同，这里所指的分组域网关也称为PS (Packet Switching)网关，包括3GPP、 3GPP2以及Wimax等网络 PS域中的网关设备，但是总体而言，PS网关所完成的基本功能可分为三类， 第一类是设备管理与操作维护功能，设备管理的主要功能是保证PS网关中各个单元在特定的条件下协同工作，包括设置合适的电压、温度和湿度，如果一旦出现异常需要自动修复或告警；操作维护主要是为维护人员提供对设备 进行配置、查询、故障定位、告警恢复及话务统计的人^4妄口；第二类是控 制消息处理功能，概括而言，控制消息处理就是与其他设备协商建立通讯数 据所需通道的过程；第三类是通讯数据处理功能，它主要是指在建立的通讯 信道上接收信息、转发信息以及回复确认消息。当然，可以对上述三大类功 能进一步细分为更为具体的功能，或者是概括为更加笼统的类别，此处仅是 举例。现有的PS网关一般釆用不同的软硬件单元分别完成上述各类功能PS网 关，通常采用通用CPU完成设备管理与操作维护功能，同时转发表维护、路 由协议以及应用层协议等控制消息处理功能也由通用CPU处理，而转发表查 找、数据报文的封装与转发等通讯数据处理功能则由网络处理器(Network Processor, NP)或者专用硬件加速芯片完成。参见图1,为PS网关功能架构 示意图，各单元连接表示的是逻辑上的连接，对于PS网关与对端网络设备之 间通讯数据和控制消息的通信处理过程则为现有技术，此处不作过多描述。 此处仅是给出示例而已，其他PS网关中由不同软硬件单元分别完成各类功能 的架构还有很多。PS网关的性能指标就是以上述三大类功能中各个详细的子规格确定的， 例如，每秒可以下发多少次配置命令、通过控制消息交互处理每秒可以建立 多少通讯信道以及每秒数据吞吐量是多少等，都是评价PS网关性能指标的依据。对于一台具体的PS网关，这种性能指标的具体条目非常多，正常运行下， PS网关应满足话务模型(典型应用场景)的性能要求。现有PS网关初始运行以及话务模型改变时的操作流程如下1、 PS网关按照设备商下发的初始License文件，i殳定各软硬件单元完成 的功能以及允许达到的性能指标；2、 在设备管理与操作维护功能单元上创建性能统计任务，对设备的各个 性能指标进行监控；性能统计任务可以准确统计出设备管理与操作维护、控制消息处理以及 通讯数据处理各项性能指标中，哪些已经达到或逼近了自身功能的性能指标 阈值，但是仍不能满足话务模型要求，此类功能单元为瓶颈单元，同时，分 析出是否某类功能单元的性能指标未达到自身功能性能指标阈值但已满足话 务模型要求，此类功能单元为富裕单元。特别是当话务模型变化后，很有可 能出现瓶颈功能单元。以图1为例，在通用CPU上创建性能统计任务，对CPU中的设备管理与 操作维护功能单元、控制消息处理功能单元以及NP中的通讯数据处理功能单 元进行性能指标进行监控，假设当话务模型改变后，通讯数据处理功能单元 的性能指标已逼近自身性能指标阈值，但仍未满足变化后话务模型要求，贝'J 该通讯数据处理功能单元为瓶颈单元，如果设备管理与操作维护功能单元以 及控制消息处理功能单元都未达到自身性能指标阈值，同时也满足了变化后 话务模型的要求，则设备管理与操作维护功能单元以及控制消息处理功能单 元为富裕单元。3、 运营商向设备商提出设备调整要求；4、 设备商根据运行商的设备调整要求，对PS网关进行功能执行调整； 以图1中的PS网关为例，假设通讯数据处理功能单元为并瓦颈单元，则可通过增加新的NP，或是优化NP的处理能力后重新给PS网关下发NP程序，或者是对CPU进行软件升级，分担一部分通讯数据处理功能，以緩解NP的执行能力不足的问题。5、i殳备商向PS网关重新下发新的License文件，PS网关激活新的License 文件，启动各功能单元。然而，发明人在实践过程中发现，当一台PS网关运行的话务模型发生变 化时，如果出现瓶颈单元，则必定需要对软件升级或者增加硬件来解决，调 整周期过长，导致PS网关业务水平^f氐下，甚至导致业务中断。以图1中的PS 网关为例，如果NP的通讯数据处理功能单元能力不足，往往需要在PS网关 中增加新的NP,或是升级NP软件(优化NP处理能力后重新加载NP程序)， 或是对CPU软件升级使其具有通讯数据处理功能，而重新加载复位通用CPU, 这样，设备商往往需要很长的时间(例如一个月)才能准备好适应话务模型 变化的软硬件，在此之前PS网关只能按照原来的话务模型维持，影响业务质 量，而且，在对PS网关进行软件升级或是硬件更换过程中，都涉及到对各单 元的复位，这会导致业务中断，给终端用户带来不便和损失。发明内容有鉴于此，本发明提供一种PS网关性能自适应的方法及装置，以解决现 有方案中话务模型改变时软件升级周期长、影响业务的问题。为此，本发明实施例采用如下技术方案一种无线分组域网关性能自适应的方法，包括设置所述分组域网关的 各功能分别对应不同线程；统计各类线程性能指标，在话务模型发生改变时， 确定富裕线程和瓶颈线程；利用所述富裕线程的资源执行所述瓶颈线程的功 能。一种具有性能自适应功能的装置，用于无线网络转发报文，包括多线程 运行单元，用于运行所述分组域网关各功能对应的各类线程；统计单元，用 于统计各类线程性能指标，确定富裕线程和瓶颈线程；动态调整单元，用于 重启所述富裕线程或启动空闲核，完成所述瓶颈线程的功能。如前分析，现有方案中，当出现瓶颈功能时，必须依赖软件升级或硬件 更换才能适应话务模型的改变，周期长，影响业务，而本发明实施例中，是采用多线程技术，动态启动或调整线程级别业务单元的功能，使PS网关在不同话务模型下能够自适应性能指标的变化，不需要设备商重新对软,进行升 级或是更换硬件，不但实现简单，更关键的是可快速满足新话务模型的要求， 为用户提供高质量的业务服务。
图1为现有技术PS网关架构示意图；图2为本发明实施例一PS网关架构示意图；图3为本发明实施例一方法流程图；图4为本发明实施例二PS网关架构示意图；图5为本发明实施例二方法流程图；图6为本发明实施例三PS网关架构示意图；图7为本发明实施例PS网关报文处理流程图。
具体实施方式
本发明实施例采用多线程技术，动态调整线程级别业务单元的功能，使 PS网关在不同话务模型下自适应性能指标的变化，无需进行软件升级，也不 必重启相关部件或整个系统，保证PS网关业务正常运行。本领域技术人员都了解，线程是一组指令的集合，或者是程序的特殊段， 它可以在程序里独立执行，也可以4巴它理解为代码运行的上下文，所以线程 基本上是轻量级的进程，它负责在单个程序里执行多任务，通常由才喿作系统 负责多个线程的调度和执行。多线程是这样一种机制，它允许在程序中并发 执行多个指令流，每个指令流都称为一个线程，彼此间互相独立，多线程是 多任务的特殊形式。多线程是为了使得多个线程并行的工作以完成多项任务， 以提高系统的效率。多线程改变了程序的基本结构，不同于按照严格的线性 方式执行的单线程程序，多线程程序并发地执行它自身的各个部分，这样， 所有的多线程程序都包含了相似的元素。因此，多线程程序的主要问题是管 理线程之间的交互。所有的进程都至少包含一个执行线程，称之为主线程。 主线程在程序开始时创建。在多线程程序中，主线程创建一个或者多个子线程。因此，每个多线程的进程都以一个执行线程开始，然后创建一个或者多 个附加的线程。在设计合理的程序中，每个线程都代表一个逻辑上独立的活 动单元，多线程的主要优点是可以提高程序执行效率。本发明实施例是利用 多线程技术实现的，但对于多线程技术本身则已是成熟的。 下面结合附图对本发明各实施例进行详细介绍。参见图2，为实施例一PS网关架构示意图，此实施例中，采用多核CPU, 该多核CPU采用多线程技术完成设备管理与操作维护功能、控制消息处理功 能以及通讯数据处理功能。参见图3，为实施例一方法流程图，包括步骤301:在软件设计上保证多核CPU在不同核上可以运行各功能线程； 具体地，以多核CPU为软件编程平台，采用非对称多处理(Asymmetrical Multi-Processing, AMP)技术，实现在各核上运行下列三者之一设备管理 与操作维护线程、控制消息处理线程和通讯数据处理线程。需要说明的是，此时仅是以上述三类功能为例对本发明实施例进行说明， 具体应用中，并不限于此三种功能，比如，可在上述三种功能的基础上，再 增加其他功能。步骤302:按照初始话务^^莫型，启动PS网关各线程；PS网关初次启动时，首先运行设备管理与操作维护线程，由它根据设备 商下发的初始License文件，确定其他各个核运行哪一种线程，以适应初始话 务模型。步骤303'.多核CPU运行性能统计任务，对PS网关的各个性能指标进行 监控，确定瓶颈线程和富裕线程；具体地，由设备管理与操作维护线程完成性能统计任务。 性能统计任务可以准确统计出设备管理与操作维护线程、控制消息处理 线程以及通讯凄t据处理线程各项性能指标中，哪些已经达到或逼近了自身的 性能指标阈值，但是仍不能满足话务模型要求，此类线程为瓶颈线程，同时， 分析出是否某类功能线程的性能指标未达到自身功能性能指标阔值但已满足 话务模型要求，此类线程为富裕线程。以图2为例，在多核CPU的设备管理与操作维护线程上创建性能统计任务，对CPU中的设备管理与操作维护线程、控制消息处理线程以及通讯数据处理线程进行性能指标进行监控。假设当话务模型改变后，通讯数据处理线 程的性能指标已逼近自身性能指标阈值，但仍未满足变化后话务模型要求， 则该通讯数据处理线程为瓶颈线程，如果设备管理与操作维护线程以及控制 消息处理线程都未达到自身性能指标阈值，同时也满足了变化后话务模型的 要求，则设备管理与操作维护线程以及控制消息处理线程为富裕线程。步骤304:如果存在瓶颈线程，则向设备商提出设备调整要求； 步骤305:设备商才艮据设备调整要求，向PS网关重新下发新的License 文件；步骤306:设备管理与操作维护线程按照新的License文件，重启富裕线 程或启动空闲核，使它完成所述瓶颈线程的功能，以适应话务模型的性能指 标。需要说明的是，步骤306中只对富裕线程进行重启，不重启多核CPU中 不需要调整的线程，从而可保证不影响终端用户的正常业务。下面以一个具体实例说明实施例一。假设PS网关采用8核CPU,各核分 别记为核1、核2...核8，并假设按照初始话务模型，在核1、核2和核3运 行设备管理和操作维护线程，在核4、核5和核6上运行控制消息处理线程， 在核7和核8上运行通讯数据处理线程。现〗艮设通过性能监控，确定通讯数 据处理线程为瓶颈线程，控制消息处理线程为富裕线程，此时，就可以通过 重启若干控制消息处理线程而运行为通讯数据处理线程来实现通讯数据处理 功能。再如，仍假设PS网关釆用8核CPU,各核分别记为核1、核2...核8， 并假设按照初始话务^f莫型，在核1 、核2和核3运行设备管理和操作维护线程， 在核4和核5上运行控制消息处理线程，在核6和核7上运行通讯数据处理 线程，核8空闲。现假设通过性能监控，确定通讯数据处理线程为瓶颈线程， 控制消息处理线程为富裕线程，此时，除了可以通过重启富裕的控制消息处 理线程来实现通讯数据处理功能外，还可以直接通过启动核8来实现通讯数 据处理功能，此时，核8为空闲核。如前分析，现有方案中，当出现瓶颈功能单元时，必须依赖软件升级或 硬件更换才能适应话务模型的改变，周期长，影响业务，而本发明实施例中， 是采用多线程技术，动态启动或调整线程级别业务单元的功能，使PS网关在 不同话务模型下能够自适应性能指标的变化，不需要设备商重新对软件进行 升级或是更换硬件，不但实现简单，更重要的是可快速满足新话务模型的要 求，为用户提供高质量的业务服务。参见图4,为本发明实施例二PS网关架构示意图，与实施例一不同的是， 实施例二采用普通的单核CPU,该CPU只要支持多线程即可。 参见图5，为实施例二方法流程图，包括步骤501:在软件设计上保证单核CPU上可以分别运行各功能线程，例 如设备管理与操作维护线程、控制消息处理线程和通讯消息处理线程；步骤502:按照初始话务模型，启动PS网关各线程；PS网关初次启动时，首先运行设备管理与操作维护线程，由它根据设备 商下发的初始License文件，确定每类线程的个数，以适应初始话务才莫型。步骤503:单核CPU运行性能统计任务，对PS网关的各个性能指标进行 监控，确定瓶颈线程和富裕线程；具体地，由设备管理与操作维护线程完成性能统计任务。性能统计任务可以准确统计出设备管理与操作维护线程、控制消息处理 线程以及通讯数据处理线程各项性能指标中，哪些已经达到或逼近了自身的 性能指标阈值，但是仍不能满足话务模型要求，此类线程为瓶颈线程，同时， 分析出是否某类功能线程的性能指标未达到自身功能性能指标阈值但已满足 话务模型要求，此类线程为富裕线程。以图4为例，在单核CPU的设备管理与操作维护线程上创建性能统计任 务，对CPU中的设备管理与操作维护线程、控制消息处理线程以及通讯数据 处理线程进行性能指标进行监控。假设当话务模型改变后，通讯数据处理线 程的性能指标已逼近自身性能指标阈值，但仍未满足变化后话务模型要求， 则该通讯数据处理线程为瓶颈线程，如果设备管理与操作维护线程以及控制 消息处理线程都未达到自身性能指标阈值，同时也满足了变化后话务模型的 要求，则设备管理与操作维护线程以及控制消息处理线程为富裕线程。步骤504:如果存在瓶颈线程，则向设备商提出设备调整要求； 步骤505:设备商根据设备调整要求，向PS网关重新下发新的License 文件；步骤506:设备管理与操作维护线程按照新的License文件，关掉一定凄t 量的富裕线程，用以启动一定数量的瓶颈线程，以适应话务模型的性能指标。需要说明的是，在执行步骤506时应注意避免影响CPU中的其他线程， 这样可保证不影响终端用户。下面以一个具体实例说明实施例二。 PS网关采用的单核CPU资源有P艮， 决定了它所运行的线程个数也是有限的。按照初始话务模型，假设开启了 3 个设备管理与操作维护线程、4个控制消息处理线程和2个通讯数据处理线程， 并且CPU资源已用尽，此时，如果通过性能监控，确定通讯数据处理线程为 瓶颈线程、控制消息处理线程为富裕线程，并经过统计计算获知需要重新启 动瓶颈线程的个数为2个，则可以关闭2个富裕的控制消息处理线程(仍可 满足控制消息处理的要求)，用以运行通讯数据处理线程。实施例二釆用单核CPU即可解决现有方案缺陷，即仍沿用现有方案中的 单核CPU即可解决现有技术的问题，实现简便，投入成本低。参见图6,为本发明实施例三PS网关架构示意图，其中，与实施例一或 实施例二不同在于，本实施例将PS网关中所有硬件设置为即插即用(Plug and Play, PnP)的共享的硬件资源池，例如，将物理网口、 NP及加速芯片等全 部设置为PnP模式，硬件资源池通过PnP接口与多核CPU或支持多线程的单 核CPU通信。采用PnP的硬件资源池的好处是显而易见的，即，在硬件资源不足的情 况下，可以直接在PS网关上加入硬件，而被所有软件感知，直接使用，不需 要对软件进行复位，避免了业务中断。相应地，本发明实施例还提供一种具有性能自适应功能的装置，该装置 用于无线网络报文转发，该装置是指PS网关，具体可以是网关GPRS支撑节 点(Gateway GPRS Support Node， GGSN )、服务GPRS支撑节点(Serving GPRS Support Node, SGSN)或分组数据服务节点(Packet Data Service Node, PDSN) 等。该装置包括多线程运行单元，用于运行所述PS网关各功能对应的各类线程，在具体实现上，可采用多核CPU或运行多线程的单核CPU实现所述多线 程运行单元的功能，此外，所述PS网关还包括统计单元和动态调整单元，其 中，统计单元主要用于统计各类线程性能指标，确定富裕线程和瓶颈线程； 动态调整单元主要用于重启所述富裕线程或启动空闲核，完成所述瓶颈线程 的功能。优选地，该装置还包括即插即用模式的硬件资源池，其中，所述硬 件资源池的硬件可^皮所述多线程运行单元感知。优选地，所述多核CPU与所 述PS网关的外接设备通过即插即用接口通信。对于富裕线程和瓶颈线程的确 定等实现细节请参见方法实施例，在此不再赘述。最后，为了对PS网关工作流程有进一步了解，现结合图7，介绍PS网 关对信令才艮文(即控制消息)和数据才艮文(即通讯数据)的处理流程，即控 制消息处理功能对应的线程以及通讯数据处理功能对应的线程的工作流程。参见图7,包括步骤701:报文进入业务处理单元； 业务处理单元即指负责处理PS网关用户业务的单元。 步骤702:区分是数据报文或是信令报文，若是数据报文，执行步骤703, 若是信令报文，执行步骤711;的报文是数据报文还是信令报文。步骤703:数据报文进入报文队列；步骤704:数据转发任务判断相应的会话(session)是否已经激活？若是， 执行步骤705,否则，执行步骤708;步骤705:判断该session是否需要业务控制或特殊计费处理？若是，执 行步骤706,否则，执行步骤709;步骤706:首先进行深度报文解析(Deep Packet Inspection, DPI),然后 比对session对应的规则，如果匹配，执行步骤707,否则，执行步骤709;步骤707:进行业务控制或特殊计费处理；步骤708:丟弃净艮文，转至步骤710;步骤709:转发报文，转至步骤710;步骤710:才艮文处理结束；步骤711:报文进入信令报文队列； .步骤712:信令处理任务处理信令报文，激活session,建立转发关系，生 成业务控制与特殊计费的规则，转至步骤710。此外，在PS网关中，还可设定业务报文和信令报文总的流量，规划出i殳 备的总吞吐量。可以设定与总吞吐量匹配的集中分发单元，以满足多个业务 处理单元并存时的分发与负载均衡。分发规则可以利用IP报文中源目的IP地 址与源目的端口号进行哈希算法。由此，本发明实施例所述的线程包括信令报文处理线程和数据报文处理 线程，所述利用所述富裕线程的资源执行所述瓶颈线程的功能具体包括确 定信令报文处理线程为瓶颈线程、数据报文处理线程为富裕线程时，利用所 述数据净艮文处理线程执行所述信令^l艮文处理线程的功能；或者，确定数据才艮 文处理线程为瓶颈线程、信令报文处理线程为富裕线程时，利用所述信令才艮 文处理线程执行所述数据报文处理线程的功能。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普 通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润 饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1、一种无线分组域网关性能自适应的方法，其特征在于，包括设置所述分组域网关的各功能分别对应不同线程；统计各类线程性能指标，在话务模型发生改变时，确定富裕线程和瓶颈线程；利用所述富裕线程的资源执行所述瓶颈线程的功能。
2、 根据权利要求l所述方法，其特征在于，所述线程包括信令报文处理 线程和数据报文处理线程，所述利用所述富裕线程的资源执行所述瓶颈线程 的功能具体是指确定信令报文处理线程为瓶颈线程、数据报文处理线程为富裕线程，利 用所述数据才艮文处理线程执行所述信令报文处理线程的功能； 或者，确定数据报文处理线程为瓶颈线程、信令报文处理线程为富裕线程，利 用所述信令报文处理线程执行所述数据报文处理线程的功能。
3、 根据权利要求l所述方法，其特征在于，所述分组域网关包括多核CPU，其中，所述各线程分别运行在所述CPU 的不同核上； 所述利用富裕线程的资源执行所述瓶颈线程的功能是指重启所述富裕 线程或启动空闲核，完成所述瓶颈线程的功能。
4、 根据权利要求l所述方法，其特征在于，所述分组域网关的CPU运 行多线程；所述利用富裕线程的资源执行所述瓶颈线程的功能是指关闭一部分富 裕线程，用以重新启动瓶颈线程。
5、 根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述统计各类线程性能指标、 确定富裕线程和瓶颈线程的具体过程是判断线程的性能指标是否达到自身性能指标阈值，并且，判断线程所对 应的功能是否满足所述分组域网关的话务模型的要求；确定性能指标未达到自身性能指标阈值且满足所述话务模型要求的线程 为富裕线程；确定性能指标达到自身性能指标阈值但不满足所述话务模型要求的线程 为瓶颈线程。
6、 根据权利要求l、 2、 3、 4或5所述方法，其特征在于，所述功能包 括设备管理与操作维护功能、控制消息处理功能以及通讯数据处理功能。
7、 根据权利要求6所述方法，其特征在于，当所述分组域网关包括多核 CPU时所述设备管理与操作维护功能对应的线程^按照所述分组域网关"l妄收到的 初始License文件，确定分组域网关初始运行时各核运4亍的线程；当话务模型改变时，所述设备管理与操作维护功能对应的线程按照所述 分组域网关接收到的新License文件，执行所述重启富裕线程或核、完成所述 瓶颈线程的功能的步骤。
8、 根据权利要求6所述方法，其特征在于，当所述分组域网关CPU运 行多线程时所述设备管理与操作维护功能对应的线程按照所述分组域网关接收到的 初始License文件，确定分组域网关初始运行时各类线程的个数；当话务模型改变时，所述设备管理与操作维护功能对应的线程按照所述 分组域网关接收到的新License文件，执行所述关闭一部分富裕线程、用以重 新启动瓶颈线程的步骤。
9、 一种具有性能自适应功能的装置，用于无线网络转发"R文，其特征在 于，包括多线程运行单元，用于运行所述分组域网关各功能对应的各类线程； 统计单元，用于统计各类线程性能指标，确定富裕线程和瓶颈线程； 动态调整单元，用于重启所述富裕线程或启动空闲核，完成所述瓶颈线 程的功能。
10、 根据权利要求9所述装置，其特征在于，还包括即插即用模式的硬 件资源池，该硬件资源池的硬件可被所述多线程运行单元感知。
11、 根据权利要求9所述装置，其特征在于，所述多线程运行单元是指 多核CPU或者支持多线程的单核CPU。12、根据权利要求9、 10或11所述装置，其特征在于，所述装置是指无线分组域网关，包括网关GPRS支撑节点、服务GPRS支撑节承或分组数据 服务节点。
全文摘要
本发明公开了一种无线分组域网关性能自适应的方法，包括设置所述分组域网关的各功能分别对应不同线程；统计各类线程性能指标，在话务模型发生改变时，确定富裕线程和瓶颈线程；利用所述富裕线程的资源执行所述瓶颈线程的功能。本发明采用多线程技术，动态启动或调整线程级别业务单元的功能，使分组域网关在不同话务模型下能够自适应性能指标的变化，不需要设备商重新对软件进行升级或是更换硬件，不但实现简单，更关键的是可快速满足新话务模型的要求，为用户提供高质量的业务服务。与上述方法相对应，本发明还提供分组域网关性能自适应的装置。
文档编号H04L12/66GK101217520SQ200710307870
公开日2008年7月9日 申请日期2007年12月29日 优先权日2007年12月29日
发明者东 郭 申请人:华为技术有限公司