虚拟化基站、虚拟化基站上行和下行数据传输方法与流程

本发明涉及通信技术领域，特别是一种虚拟化基站、虚拟化基站上行和下行数据传输方法。

背景技术：

随着虚拟化技术发展，网络虚拟化已经从传统有线网络逐步延伸到无线网络，并成为5G(5th-Generation，第五代移动通信技术)的研究热点。然而，不同于有线网络资源比较稳定的特点，无线资源会随着时间空间的变化动态变化，对虚拟机的实时性处理要求非常高，因此针对无线网络资源的特殊性，有线网络的虚拟化技术需要进一步增强以适应无线网络资源虚拟化。

传统IT领域使用的虚拟化技术主要是使用VM(Virtual Machine，虚拟机)，如图1所示，在操作系统和硬件之间增加了一层虚拟机监控器，使得操作系统和硬件的紧耦合性大大降低。操作系统和服务运行在虚拟机监控器之上，虚拟机监控器可以灵活地分配虚拟机所使用的硬件资源。但是，虚拟化机技术增加了系统复杂度和性能开销，而且往往比原有的系统性能下降不少，因此不适合基站虚拟化对高强度计算和实时性处理的要求。

技术实现要素：

本发明的一个目的在于提高虚拟化基站的系统性能。

根据本发明的一个方面，提出一种基站，包括：运行在硬件加速器上的物理层；和，运行在通用硬件平台上的数据链路层和网络层；其中，数据链路层和网络层通过应用容器引擎Docker实现。

可选地，数据链路层和网络层通过应用容器引擎Docker实现包括：基站的通用硬件平台包括多个基于Docker的容器，数据链路层和网络层分别由不同的容器实现。

可选地，基站针对同一个小区包括第一容器、第二容器和第三容器；数据链路层和网络层分别由不同的容器实现包括：第一容器实现数据链路层的功能；第二容器实现网络层与用户相关的功能；第三容器实现网络层与小区相关的功能、OAM(Operation Administration and Maintenance，操作管理维护)功能和回传处理功能。

可选地，针对同一个小区的容器间通过桥接进行数据交互。

可选地，针对不同小区的容器间通过虚拟网络端口进行交互。

可选地，物理层通过以太网接口与数据链路层和/或网络层交互。

这样的基站利用硬件加速器实现基站物理层功能，利用基于Docker的通用处理服务器实现基站数据链路层和网络层的功能，一方面克服了通用处理器的密集型计算能力弱、效率低的问题，大大提高了整个系统的计算性能，降低了处理时延；另一方面利用Docker对于资源的利用率高的特点，能够进一步提高基站的系统性能。

根据本发明的另一个方面，提出一种基站上行传输方法，包括：运行在硬件加速器上的基站的物理层接收来自终端的上行数据；物理层将处理后的上行数据发送到运行在通用处理服务器上的数据链路层；数据链路层进行数据处理后将上行数据发送到运行在通用处理服务器上的网络层；其中，数据链路层和网络层通过应用容器引擎Docker实现。

可选地，数据链路层和网络层分别由不同的基于Docker的容器实现。

可选地，基站针对同一个小区包括第一容器、第二容器和第三容器，其中，第一容器实现数据链路层功能；第二容器实现网络层与用户相关的功能；第三容器实现网络层与小区相关的功能、OAM功能和回传处理功能；物理层将处理后的上行数据发送到运行在通用处理服务器上的数据链路层包括：物理层将处理后的上行数据发送到第一容器；数据链路层进行数据处理后将上行数据发送到运行在通用处理服务器上的网络层包括：第一容器将处理后的上行数据发送到第二容器和/或第三容器。

可选地，针对同一小区的容器间通过桥接进行数据交互。

可选地，针对不同小区的容器间通过虚拟网络端口进行交互。

可选地，物理层通过以太网接口与数据链路层和/或网络层交互。

通过这样的方法，利用硬件加速器实现基站物理层功能，利用基于Docker的通用处理服务器实现基站数据链路层和网络层的功能，一方面克服了通用处理器的密集型计算能力弱、效率低的问题，大大提高了整个系统的计算性能，降低了处理时延；另一方面利用Docker对于资源的利用率高的特点，能够进一步提高基站的系统性能。

根据本发明的又一个方面，提出一种基站下行传输方法，包括：运行在通用处理服务器的网络层将下行数据发送到运行在通用处理服务器上的数据链路层；数据链路层进行数据处理后将下行数据发送到运行在硬件加速器上的基站的物理层；物理层进行数据处理后将下行数据发送到用户终端。

可选地，数据链路层和网络层分别由不同的基于Docker的容器实现。

可选地，基站针对同一个小区包括第一容器、第二容器和第三容器，其中，第一容器实现数据链路层功能；第二容器实现网络层与用户相关的功能；第三容器实现网络层与小区相关的功能、操作管理维护OAM功能和回传处理功能；运行在通用处理服务器的网络层将下行数据发送到运行在通用处理服务器上的数据链路层包括：第二容器和/或第三容器将下行数据发送到第一容器；数据链路层进行数据处理后将下行数据发送到运行在硬件加速器上的基站的物理层包括：第一容器将处理后的下行数据发送到物理层。

可选地，针对同一小区的容器间通过桥接进行数据交互。

可选地，针对不同小区的容器间通过虚拟网络端口进行交互。

可选地，物理层通过以太网接口与数据链路层和/或网络层交互。

通过这样的方法，利用硬件加速器实现基站物理层功能，利用基于Docker的通用处理服务器实现基站数据链路层和网络层的功能，一方面克服了通用处理器的密集型计算能力弱、效率低的问题，大大提高了整个系统的计算性能，降低了处理时延；另一方面利用Docker对于资源的利用率高的特点，能够进一步提高基站的系统性能。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为现有技术中虚拟机设计图。

图2为Docker技术设计图。

图3为本发明的基站的一个实施例的示意图。

图4为本发明的基站的另一个实施例的示意图。

图5为本发明的基站的又一个实施例的示意图。

图6为本发明的基站的再一个实施例的信息交互示意图。

图7为本发明的基站上行数据传输方法的一个实施例的流程图。

图8为本发明的基站下行数据传输方法的一个实施例的流程图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

本发明的基站的一个实施例的示意图如图3所示。其中，物理层301运行于硬件加速器，在一个实施例中，硬件加速器中可以包括DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)和FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)等芯片，能够完成物理层的Turbo(并行级连卷积)码、iFFT(快速傅里叶逆变换)/(快速傅里叶变换FFT)、预编码、调制/解调、信道估计和均衡处理以及CPRI(Common Public Radio Interface，通用公共无线电接口)对外接口等功能；数据链路层302和网络层303运行于通用硬件平台，通过Docker引擎实现。在一个实施例中，可以在同一个通用硬件平台上实现多个小区的数据链路层、网络层应用软件共享如CPU、内存、网络外设在内的多种基础设施硬件。在一个实施例中，物理层301通过以太网接口与数据链路层302和网络层303交互。

Docker是基于操作系统级别的轻量级虚拟化技术，其结构如图2所示。Docker底层所依赖的LXC(Linux Container，Linux容器)技术完全属于内核特性，与虚拟机相比，它不需要对硬件进行仿真就可以共享宿主机所使用的系统内核，没有任何中间层资源的开销，对于资源的利用率非常高，接近物理机的性能，因此非常适合基站虚拟化中高性能、低时延的要求。

本发明实施例中的基站利用硬件加速器实现基站物理层功能，利用基于Docker的通用处理服务器实现基站数据链路层和网络层的功能，一方面克服了通用处理器的密集型计算能力弱、效率低的问题，大大提高了整个系统的计算性能，降低了处理时延；另一方面利用Docker对于资源的利用率高的特点，能够进一步提高基站的系统性能。

在一个实施例中，可以基于模块化的设计思想，将数据链路层和网络层功能封装在基于Docker的不同容器中，从而可以方便系统的扩容和缩容，为后续5G技术的演进做好准备。

本发明的基站的另一个实施例的示意图如图4所示。其中，物理层41运行于硬件加速器。基站的通用硬件平台针对同一个小区可以包括3个容器。其中，第一容器421用于实现数据链路层的功能；第二容器422用于实现网络层与用户相关的功能；第三容器423用于实现网络层与小区相关的功能、OAM功能和回传处理功能。

这样的基站采用通用硬件平台上基于Docker的容器协调工作，利用各个容器执行不同的功能，共同完成单个小区的数据链路层、网络层协议栈处理；利用容器之间的交互实现基站各层之间的数据交互，进一步提高了基站的系统性能，同时，也便于系统的更新和维护。

在一个实施例中，可以基于Docker生成针对多个小区的容器，多个小区共享底层的操作系统和物理硬件设施，从而方便不同小区间的信息交互，提高数据传输的效率。

本发明的基站的又一个实施例的示意图如图5所示。其中，基站50为虚拟化基站，包括运行在硬件加速器上的物理层51，以及运行在基于Docker的通用硬件平台上的数据链路层和网络层。基站50包括多个小区，如第一小区521、第n小区522，n为自然数。每个小区包括多个容器，其中，第一小区521中包括第一容器5211、第二容器5212和第三容器5213；第n小区522中包括第一容器5221、第二容器5222和第三容器5223。第一容器、第二容器和第三容器的结构和功能与图4的实施例中相似。针对同一小区的容器间通过桥接进行数据交互；针对不同小区的容器间通过虚拟网络端口进行交互。

这样的基站采用通用硬件平台上基于Docker的容器实现多小区的协调工作，一方面进一步提高了基站的系统性能，另一方面也能够方便系统的扩容和缩容；同时，由于同一小区的容器见通过桥接进行数据交互，提高了数据交互的效率。

本发明的基站的再一个实施例的信息交互示意图如图6所示。其中，基站60包括基础设施硬件61，基础设施硬件61中包括硬件加速器611，在硬件加速器上执行基站物理层的相关功能。基础设施硬件61上层运行有操作系统62。以LTE虚拟化基站为例，基础设施硬件61可以为X86平台，硬件加速器611可以包括DSP和FPGA芯片，通过高速以太网接口与各个容器进行交互；操作系统为Linux，以保证数据的处理效率。在操作系统62上基于Docker引擎63生成了多个小区的容器，如第一小区641包括第一容器6411、第二容器6412和第三容器6413，第n小区642包括第一容器6421、第二容器6422和第三容器6423，其中n为自然数。在一个实施例中，基站60还可以为GSM(Global System for Mobile Communication，全球移动通信系统)、CDMA(Code Division Multiple Access，码分多址)、TD-SCDMA(Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access，时分同步码分多址)、WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access，宽带码分多址)等各种无线网络制式的虚拟化基站。

这样的基站能够采用硬件加速器实现基站物理层的功能，满足物理层高速固定功能计算和低时延处理功能的需要；采用Docker虚拟化技术实现数据链路层和网络层的功能，利用Docker技术资源利用率高、没有中间层开销、高性能低时延的特点，提高了虚拟化基站的性能，与传统的虚拟化基站相比，启动速度快、底层物理资源利用率高、镜像文件小、方便迁移和快速部署、运行性能和传统物理机接近，满足了基站虚拟化对高强度计算和实时性处理的要求。

本发明的基站上行数据传输方法的一个实施例的流程图如图7所示。

在步骤701中，运行在硬件加速器上的基站的物理层接收来自终端的上行数据。

在步骤702中，物理层将处理后的上行数据发送到运行在通用处理服务器上的数据链路层。其中，数据链路层功能基于Docker虚拟化技术实现。在一个实施例中，物理层通过以太网接口与数据链路层和网络层交互。

在步骤703中，数据链路层进行数据处理后将上行数据发送到运行在通用处理服务器上的网络层。其中，网络层功能基于Docker虚拟化技术实现。

通过这样的方法，利用硬件加速器实现基站物理层功能，利用基于Docker的通用处理服务器实现基站数据链路层和网络层的功能，一方面克服了通用处理器的密集型计算能力弱、效率低的问题，大大提高了整个系统的计算性能，降低了处理时延；另一方面利用Docker对于资源的利用率高的特点，能够进一步提高基站的系统性能。

在一个实施例中，可以基于Docker引擎生成不同的容器以分别实现基站数据链路层、网络层的不同功能，如针对同一个小区包括第一容器、第二容器和第三容器，其中，第一容器实现数据链路层功能；第二容器实现网络层与用户相关的功能；第三容器实现网络层与小区相关的功能、操作管理维护OAM功能和回传处理功能。当需要进行上行数据传输时，物理层将处理后的上行数据发送到第一容器，第一容器根据需要将处理后的上行数据发送到第二容器和/或第三容器。在一个实施例中，同一小区的容器间通过桥接进行数据交互。

通过这样的方法，能够采用通用硬件平台上基于Docker的容器协调工作，利用各个容器执行不同的功能，利用容器之间的交互实现基站各层之间的数据交互，进一步提高了基站的系统性能，同时，也便于系统的更新和维护。

在一个实施例中，可以基于Docker生成针对多个小区的容器，多个小区共享底层的操作系统和物理硬件设施，不同小区的容器间通过虚拟网络端口进行交互，通过这样的方法能够方便不同小区间的信息交互，提高数据传输的效率。

本发明的基站下行数据传输方法的一个实施例的流程图如图8所示。

在步骤801中，运行在通用处理服务器的网络层将下行数据发送到运行在通用处理服务器上的数据链路层。其中，网络层和数据链路层功能基于Docker虚拟化技术实现。

在步骤802中，数据链路层进行数据处理后将下行数据发送到运行在硬件加速器上的基站的物理层。在一个实施例中，物理层通过以太网接口与数据链路层和网络层交互。

在步骤803中，物理层进行数据处理后将下行数据发送到用户终端。

通过这样的方法，利用硬件加速器实现基站物理层功能，利用基于Docker的通用处理服务器实现基站数据链路层和网络层的功能，一方面克服了通用处理器的密集型计算能力弱、效率低的问题，大大提高了整个系统的计算性能，降低了处理时延；另一方面利用Docker对于资源的利用率高的特点，能够进一步提高基站的系统性能。

在一个实施例中，可以基于Docker引擎生成不同的容器以分别实现基站数据链路层、网络层的不同功能，如针对同一个小区包括第一容器、第二容器和第三容器，其中，第一容器实现数据链路层功能；第二容器实现网络层与用户相关的功能；第三容器实现网络层与小区相关的功能、操作管理维护OAM功能和回传处理功能。当需要进行下行数据传输时，第二容器和/或第三容器将下行数据发送到第一容器，第一容器将处理后的下行数据发送到物理层。

通过这样的方法，能够采用通用硬件平台上基于Docker引擎的容器协调工作，利用各个容器执行不同的功能，利用容器之间的交互实现基站各层之间的数据交互，进一步提高了基站的系统性能，同时，也便于系统的更新和维护。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。