一种基于GPU虚拟化动态调整无线基站部署的方法和系统与流程

一种基于gpu虚拟化动态调整无线基站部署的方法和系统
技术领域
1.本发明涉及移动通信技术领域，具体为一种基于gpu虚拟化动态调整无线基站部署的方法和系统。


背景技术：

2.不同于lte基站，5g对无线基站架构进行了重新定义，以pdcp/rlc层为界，将无线基站中基带处理单元(buildingbasebandunite，bbu)分为集中单元(centralized unit，cu)和分布单元(distribute unit，du)两个功能实体。其中du连接射频单元(radio unit，ru)，主要处理rlc、mac和部分phy层功能，且该逻辑节点包括enb/gnb功能的子集，具体取决于功能拆分选项，其操作由cu控制。cu负责处理rrc、pdcp等高层协议的中央单元。分离架构使5g网络能够根据中传可用性和网络设计，在cu和du之间利用不同的协议栈分布。cu可以通过中传接口对多个du进行集中式管理。
3.随着日常生活网络使用越来越频繁，无线基站的建设也越来越多，因而无线基站的能耗问题也越来越严重,而基站耗电最厉害的部分就是bbu所在部分，尤其是du部分耗电量大，但是有些基站连接人数少，甚至无人连接，一直开启会造成能源的而浪费，增加了全覆盖网络的成本，因此无线基站需要采用一些节能方式进行节能。
4.目前无线基站采用的节能方式，主要为远程操控方式，通过后台数据分析，寻找接入终端少的无线基站，然后通过人工的方式，对无线基站进行远程关机，而这样的节能方式存在一些问题，一是不能实现自动化，需要人工去根据分析的结果关闭对应的无线基站，不利于操作和运维，无线基站的突然关闭也会造成原本接入的终端，无法接入进行通信；二是人为操作存在不及时的问题，远程关闭无线基站后，可能无法及时开启无线基站，从而终端无法接入无线基站，导致通信故障。


技术实现要素：

5.本发明的目的之一在于提供一种高自动化、自适应性强的基于gpu虚拟化动态调整无线基站部署的方法，以实现无线基站的能达到高效的，智能化的节能。
6.本发明提供的基础方案一：一种基于gpu虚拟化动态调整无线基站部署的方法，包括如下内容：
7.s1、采用gpu虚拟化为du提供计算能力，将du运行于容器内，du的前传口通过虚拟的前传网卡与ru连接；
8.s2、根据接入基站的终端数以及当前策略，动态生成调度方案；
9.s3、根据调度方案，采用调度算法和容器编排引擎，动态调整du的运行个数；
10.s4、根据调度方案和当前du和ru的数据，动态调整du和ru的连接并实时生效。
11.基础方案一的有益效果：du需要专用芯片为其提供计算能力，现有技术中一般采用fpga为du提供计算能力，本方案中采用gpu替换fpga为du提供计算能力，并且gpu支撑虚拟化，一个gpu可以虚拟出多个虚拟的gpu为du提供计算能力，由gpu虚拟化提供计算能力的
du可以运行于容器内，支撑后续步骤的对du的个数的动态调整。
12.根据基站接入的终端数以及当前策略，动态生成调度方案；根据调度方案，采用调度算法和容器编排引擎，动态调整du的运行个数；因为du运行于容器内，动态调整du的个数时，采用了容器编排引擎，du的运行与停止变得灵活，根据调度方案能灵活方便的增加和减少du的运行个数。du的运行个数被动态调整，du与ru的连接也根据调度方案和当前du和ru的数据，动态调整du和ru的连接并实时生效，du运行于容器内，du的前传口全部由虚拟网卡实现，因为ru连接的实际上是容器的服务器所在的物理网卡，物理网卡内部虚拟出多个虚拟的前传网卡，du的前传口通过虚拟的前传网卡与ru连接，可以使得du和ru的连接不限于物理连接，能做到随断随连，灵活方便的实现动态切换连接。因此，本方案通过动态生成调度方案和动态调整du的运行个数，例如当基站接入的终端数为零，可以动态的去减少du的运行个数，达到节省基站的功耗，从而达到高效的，智能化的动态节能的目的，并且整个动态调整无需人工操作，实现了高自动化，且自适应性强。
13.进一步，所述策略包括：均衡模式和节能模式；
14.均衡模式为均衡每个基站接入的终端数；
15.节能模式为关闭基站接入的终端数少于预设阈值的du。
16.有益效果：均衡模式为均衡每个基站接入的终端数，均衡模式下可以尽量均衡各基站接入的终端数，防止基站过载，提高整体网络的运行速度。节能模式为关闭基站接入的终端数少于预设阈值的du，节能模式下可以关闭接入的终端数比较少的基站的du，减少du能耗，起到节能作用。
17.进一步，所述s2、根据基站接入的终端数以及当前策略，动态生成调度方案，包括：
18.s201、统计基站接入的终端数，判断当前策略为均衡模式还是节能模式，若为均衡模式则执行s202；若为节能模式则执行s203；
19.s202，获取均衡模式的预设阈值，当基站接入的终端数大于预设阈值，且与预设阈值之差大于预设阈值之差，则生成均衡调节方案；
20.s203、获取节能模式的预设阈值，当基站接入的终端数低于预设阈值，则生成节能调度方案。
21.有益效果：不同模式下生成的调度方案不同，以便于生成最适合当前模式下的调度方案，起到灵活动态调节的作用。均衡模式下，当基站接入的终端数大于预设阈值，且与预设阈值之差大于预设阈值之差，则生成均衡调节方案，因为均衡模式为了均衡每个基站接入的终端数，若基站接入的终端数大于预设阈值，且只多一个接入的终端，则不需要生成均衡调解方案，防止过度调节。
22.进一步，s3、根据调度方案，采用调度算法和容器编排引擎，动态调整du的运行个数，包括：
23.s301、整理当前du的运行数据；
24.s302、根据调度方案和du的运行数据，采用调度算法和容器编排引擎，动态调整du的运行个数，包括：
25.若调度方案为节能调度方案，则扫描所有基站，根据每个基站接入的终端数和接入终端数上限，进行终端迁移，将接入的终端数低于节能模式的预设阈值的基站终端迁移到接入终端数最多但未达接入上限的基站中，然后关闭被迁移终端基站的du；
26.若调度方案为均衡调度方案，则扫描所有基站，根据每个基站接入的终端数和接入终端数上限，将接入的终端数大于均衡模式的预设阈值，且与预设阈值之差大于预设阈值之差的基站的终端迁移到未超过均衡模式的预设阈值的基站中，直至所有基站的接入终端数之差不大于一，且当所有基站的接入终端数均达接入上限，则增加du，并为其分配虚拟的前传网卡。
27.有益效果：节能调度方案，不是只关闭接入的终端数低于节能模式的预设阈值的基站，而是会将接入的终端数低于节能模式的预设阈值的基站终端迁移到接入终端数最多但未达接入上限的基站中，然后关闭被迁移终端基站的du，防止接入的终端突然断开连接，影响终端通信，导致通信故障。由于基站数量和接入的终端数不一定能完全整除，所以均衡调度方案不可能保证每个基站接入的终端数完全相同，均衡调度方案是保持所有基站的接入终端数尽量平衡，直至所有基站的接入终端数之差不大于一，并且当所有基站的接入终端数均达接入上限，则增加du，从而保证整个网络通信的平衡，以及提高整体通信速度。
28.本发明的目的之二在于提供一种高自动化、自适应性强的基于gpu虚拟化动态调整无线基站部署的系统，以实现无线基站的能达到高效的，智能化的节能。
29.本发明提供基础方案二：一种基于gpu虚拟化动态调整无线基站部署的系统，包括基站调度台、du调度台和前传调度台；
30.采用gpu虚拟化为du提供计算能力，将du运行于容器内，du的前传口通过虚拟的前传网卡与ru连接；
31.所述基站调度台，用于根据接入基站的终端数以及当前策略，动态生成调度方案；
32.所述du调度台，用于根据调度方案，采用调度算法和容器编排引擎，动态调整du的运行个数；
33.所述前传调度台，用于根据调度方案和当前du和ru的数据，动态调整du和ru的连接并实时生效。
34.基础方案二的有益效果：du需要专用芯片为其提供计算能力，现有技术中一般采用fpga为du提供计算能力，本方案中采用gpu替换fpga为du提供计算能力，并且gpu支撑虚拟化，一个gpu可以虚拟出多个虚拟的gpu为du提供计算能力，由gpu虚拟化提供计算能力的du可以运行于容器内，支撑基站调度台、du调度台和前传调度台对du的个数的动态调整。
35.基站调度台，根据基站接入的终端数以及当前策略，动态生成调度方案；du调度台根据基站调度台生成的调度方案，采用调度算法和容器编排引擎，动态调整du的运行个数；因为du运行于容器内，动态调整du的个数时，采用了容器编排引擎，du的运行与停止变得灵活，根据调度方案能灵活方便的增加和减少du的运行个数。du的运行个数被动态调整，du与ru的连接也由前传调度台根据调度方案和当前du和ru的数据，动态调整du和ru的连接并实时生效，du运行于容器内，du的前传口全部由虚拟网卡实现，因为ru连接的实际上是容器的服务器所在的物理网卡，物理网卡内部虚拟出多个虚拟的前传网卡，du的前传口通过虚拟的前传网卡与ru连接，可以使得du和ru的连接不限于物理连接，能做到随断随连，灵活方便的实现动态切换连接。因此，本系统通过基站调度台、du调度台和前传调度台配合动态生成调度方案和动态调整du的运行个数，例如当基站接入的终端数为零，可以动态的去减少du的运行个数，达到节省基站的功耗，从而达到高效的，智能化的动态节能的目的，并且整个动态调整无需人工操作，实现了高自动化，且自适应性强。
36.进一步，所述策略包括：均衡模式和节能模式；
37.均衡模式为均衡每个基站接入的终端数；
38.节能模式为关闭基站接入的终端数少于预设阈值的du。
39.有益效果：均衡模式为均衡每个基站接入的终端数，均衡模式下可以尽量均衡各基站接入的终端数，防止基站过载，提高整体网络的运行速度。节能模式为关闭基站接入的终端数少于预设阈值的du，节能模式下可以关闭接入的终端数比较少的基站的du，减少du能耗，起到节能作用。
40.进一步，所述基站调度台，用于根据接入基站的终端数以及当前策略，动态生成调度方案，包括：
41.统计基站接入的终端数，判断当前策略为均衡模式还是节能模式，若为均衡模式则获取均衡模式的预设阈值，当基站接入的终端数大于预设阈值，且与预设阈值之差大于预设阈值之差，则生成均衡调节方案；
42.若为节能模式则获取节能模式的预设阈值，当基站接入的终端数低于预设阈值，则生成节能调度方案。
43.有益效果：不同模式下生成的调度方案不同，以便于生成最适合当前模式下的调度方案，起到灵活动态调节的作用。均衡模式下，当基站接入的终端数大于预设阈值，且与预设阈值之差大于预设阈值之差，则生成均衡调节方案，因为均衡模式为了均衡每个基站接入的终端数，若基站接入的终端数大于预设阈值，且只多一个接入的终端，则不需要生成均衡调解方案，防止过度调节。
44.进一步，所述du调度台，用于根据调度方案，采用调度算法和容器编排引擎，动态调整du的运行个数，包括：
45.整理当前du的运行数据；
46.根据调度方案和du的运行数据，采用调度算法和容器编排引擎，动态调整du的运行个数，包括：
47.若调度方案为节能调度方案，则扫描所有基站，根据每个基站接入的终端数和接入终端数上限，进行终端迁移，将接入的终端数低于节能模式的预设阈值的基站终端迁移到接入终端数最多但未达接入上限的基站中，然后关闭被迁移终端基站的du；
48.若调度方案为均衡调度方案，则扫描所有基站，根据每个基站接入的终端数和接入终端数上限，将接入的终端数大于均衡模式的预设阈值，且与预设阈值之差大于预设阈值之差的基站的终端迁移到未超过均衡模式的预设阈值的基站中，直至所有基站的接入终端数之差不大于一，且当所有基站的接入终端数均达接入上限，则增加du，并为其分配虚拟的前传网卡。
49.有益效果：节能调度方案，不是只关闭接入的终端数低于节能模式的预设阈值的基站，而是会将接入的终端数低于节能模式的预设阈值的基站终端迁移到接入终端数最多但未达接入上限的基站中，然后关闭被迁移终端基站的du，防止接入的终端突然断开连接，影响终端通信，导致通信故障。由于基站数量和接入的终端数不一定能完全整除，所以均衡调度方案不可能保证每个基站接入的终端数完全相同，均衡调度方案是保持所有基站的接入终端数尽量平衡，直至所有基站的接入终端数之差不大于一，并且当所有基站的接入终端数均达接入上限，则增加du，从而保证整个网络通信的平衡，以及提高整体通信速度。
附图说明
50.图1为本发明一种基于gpu虚拟化动态调整无线基站部署的方法实施例一的流程示意图；
51.图2为本发明一种基于gpu虚拟化动态调整无线基站部署的系统实施例二的逻辑框图。
具体实施方式
52.下面通过具体实施方式进一步详细说明：
53.实施例一
54.实施例基本如附图1所示：一种基于gpu虚拟化动态调整无线基站部署的方法，包括如下内容：
55.s1、采用gpu虚拟化为du提供计算能力，将du运行于容器内，du的前传口通过虚拟的前传网卡与ru连接；容器可采用但不仅限于docker容器，du运行于docker容器内，du的前传口全部由虚拟网卡实现，因此ru连接的实际上是docker服务器所在的物理网卡，物理网卡内部虚拟出多个虚拟的前传网卡，供du的前传口通过虚拟的前传网卡与ru连接。du需要专用芯片为其提供计算能力，现有技术中一般采用fpga为du提供计算能力，本方案中采用gpu替换fpga为du提供计算能力，并且gpu支撑虚拟化，一个gpu可以虚拟出多个虚拟的gpu为du提供计算能力，由gpu虚拟化提供计算能力的du可以运行于容器内，支撑后续步骤的对du的个数的动态调整。
56.s2、根据接入基站的终端数以及当前策略，动态生成调度方案，即容器编排引擎进行docker容器实时编排；其中终端随机接入成功则算接入基站的终端数，策略包括：均衡模式和节能模式，均衡模式为均衡每个基站接入的终端数；节能模式为关闭基站接入的终端数少于预设阈值的du。s2具体包括：
57.s201、统计基站接入的终端数，判断当前策略为均衡模式还是节能模式，若为均衡模式则执行s202；若为节能模式则执行s203；
58.s202，获取均衡模式的预设阈值，当基站接入的终端数大于预设阈值，且与预设阈值之差大于预设阈值之差，则生成均衡调节方案；例如：假设本小区有三个基站：基站a、基站b和基站c，每个基站的接入终端数的上限为100，目前基站a接入的终端数为80、基站b接入的终端数为60、基站c计入的终端数为2，预设阈值为60，预设阈值之差为5，基站a接入的终端数为80与预设阈值之差为20大于预设阈值之差5，则生成均衡调度方案为将基站a，基站b和基站c三个基站的接入终端尽量均衡，将基站a的接入终端32个和基站b的接入终端13个均迁入基站c。
59.s203、获取节能模式的预设阈值，当基站接入的终端数低于预设阈值，则生成节能调度方案。例如：假设本小区有三个基站：基站a、基站b和基站c，每个基站的接入终端数的上限为100，目前基站a接入的终端数为80、基站b接入的终端数为60、基站c计入的终端数为2，预设阈值为5，则生成节能调度方案为将基站c的终端迁移到基站a中，然后关闭基站c的du。
60.s3、根据调度方案，采用调度算法和容器编排引擎，动态调整du的运行个数；其中调度算法根据实际需求进行合理选择，容器编排引擎可采用但不仅限于kubernetes(简称
k8s)。s3，具体包括：
61.s301、整理当前du的运行数据；
62.s302、根据调度方案和du的运行数据，采用调度算法和容器编排引擎，动态调整du的运行个数，包括：
63.若调度方案为节能调度方案，则扫描所有基站，根据每个基站接入的终端数和接入终端数上限，进行终端迁移，将接入的终端数低于节能模式的预设阈值的基站终端迁移到接入终端数最多但未达接入上限的基站中，然后关闭被迁移终端基站的du；
64.若调度方案为均衡调度方案，则扫描所有基站，根据每个基站接入的终端数和接入终端数上限，将接入的终端数大于均衡模式的预设阈值，且与预设阈值之差大于预设阈值之差的基站的终端迁移到未超过均衡模式的预设阈值的基站中，直至所有基站的接入终端数之差不大于一，且当所有基站的接入终端数均达接入上限，则增加du，并为其分配虚拟的前传网卡。
65.s4、根据调度方案和当前du和ru的数据，动态调整du和ru的连接并实时生效，保证所有运行的du都有ru与之相连，ru即使与du断开，也不会断电，以此防止du需要连接ru的时候，ru无法开机。
66.本方法通过动态生成调度方案和动态调整du的运行个数，例如当基站接入的终端数为零，可以动态的去减少du的运行个数，达到节省基站的功耗，从而达到高效的，智能化的动态节能的目的，并且整个动态调整无需人工操作，实现了高自动化，且自适应性强。
67.实施例二
68.实施例基本如附图2所示：一种基于gpu虚拟化动态调整无线基站部署的系统，包括基站调度台、du调度台和前传调度台；
69.采用gpu虚拟化为du提供计算能力，将du运行于容器内，du的前传口通过虚拟的前传网卡与ru连接；容器可采用但不仅限于docker容器，du运行于docker容器内，du的前传口全部由虚拟网卡实现，因此ru连接的实际上是docker服务器所在的物理网卡，物理网卡内部虚拟出多个虚拟的前传网卡，供du的前传口通过虚拟的前传网卡与ru连接。du需要专用芯片为其提供计算能力，现有技术中一般采用fpga为du提供计算能力，本方案中采用gpu替换fpga为du提供计算能力，并且gpu支撑虚拟化，一个gpu可以虚拟出多个虚拟的gpu为du提供计算能力，由gpu虚拟化提供计算能力的du可以运行于容器内，支撑后续步骤的对du的个数的动态调整。
70.所述基站调度台，用于根据接入基站的终端数以及当前策略，动态生成调度方案，即容器编排引擎进行docker容器实时编排；其中cu池内部署基站调度台，cu池由池化cu得到，可以采用普通的物理方式，也可以采用容器或者虚拟机的方式，基站调度台通过中传网络和du调度台进行通信。终端随机接入成功则算接入基站的终端数。策略包括：均衡模式和节能模式，均衡模式为均衡每个基站接入的终端数；节能模式为关闭基站接入的终端数少于预设阈值的du。具体包括：
71.基站调度台，可通过但不仅限于ai的方式，实时统计基站接入的终端数，判断当前策略为均衡模式还是节能模式，若为均衡模式则获取均衡模式的预设阈值，当基站接入的终端数大于预设阈值，且与预设阈值之差大于预设阈值之差，则生成均衡调节方案；
72.若为节能模式则获取节能模式的预设阈值，当基站接入的终端数低于预设阈值，
则生成节能调度方案。
73.所述du调度台，用于根据调度方案，采用调度算法和容器编排引擎，动态调整du的运行个数；其中调度算法根据实际需求进行合理选择，容器编排引擎可采用但不仅限于k8s；具体包括：
74.整理当前du的运行数据；
75.根据调度方案和du的运行数据，采用调度算法和容器编排引擎，动态调整du的运行个数，其中调度算法根据实际需求进行合理选择，容器编排引擎可采用但不仅限于k8s，包括：
76.若调度方案为节能调度方案，则扫描所有基站，根据每个基站接入的终端数和接入终端数上限，进行终端迁移，将接入的终端数低于节能模式的预设阈值的基站终端迁移到接入终端数最多但未达接入上限的基站中，然后关闭被迁移终端基站的du；
77.若调度方案为均衡调度方案，则扫描所有基站，根据每个基站接入的终端数和接入终端数上限，将接入的终端数大于均衡模式的预设阈值，且与预设阈值之差大于预设阈值之差的基站的终端迁移到未超过均衡模式的预设阈值的基站中，直至所有基站的接入终端数之差不大于一，且当所有基站的接入终端数均达接入上限，则增加du，并为其分配虚拟的前传网卡；前传调度台会把所有的虚拟前传网卡和ru通知给基站调度台，当基站调度台检测到接入终端数变化时，会采用当前策略的方式，通知前传调度台重新连du和ru。
78.所述前传调度台，用于根据调度方案和当前du和ru的数据，动态调整du和ru的连接并实时生效，保证所有运行的du都有ru与之相连，ru即使与du断开，也不会断电，以此防止du需要连接ru的时候，ru无法开机。前传调度台通过前传交换机和ru通信。当前du和ru的数据，在基站调度台下发的调度方案中整理得出，并且du调度台完成动态调整后，会向前传调度台下发动态调整命令，前传调度台接收到动态调整命令后进行动态调整du和ru的连接。
79.本系统通过基站调度台、du调度台和前传调度台配合动态生成调度方案和动态调整du的运行个数，例如当基站接入的终端数为零，可以动态的去减少du的运行个数，达到节省基站的功耗，从而达到高效的，智能化的动态节能的目的，并且整个动态调整无需人工操作，实现了高自动化，且自适应性强。
80.以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本技术给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本技术的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。