[發明專利]一種時間感知整形器分級交叉流量調度系統

有效

• 申請號: 202011120167.3
• 申請日: 2020-10-19
• 公開（公告）號: CN112260957B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 蔡岳平;譚兵;姚宗辰
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H04L47/10
• 分類號: H04L47/10;H04L47/24;H04L47/2441;H04L47/283;H04L47/56;H04L47/6275
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 楊柳岸

本發明涉及一種面向移動前傳網絡的時間感知整形器分級交叉流量調度系統及方法，屬于通信技術領域。該系統包括基于時間感知整形器的高優先級模塊和基于分級交叉調度結構的低優先級模塊；所述高優先級模塊包括高優先級隊列、門控制列表和選擇傳輸模塊；所述低優先級模塊包括低優先級一級隊列、低優先級處理發送模塊、調節器和低優先級二級隊列。該方法在低優先級處理發送模塊中運行，包括基于幀長匹配入隊算法和基于隊列狀態出隊算法。本發明能實現低抖動，低時延，高吞吐量的網絡傳輸。

技術領域

本發明屬于通信技術領域，涉及一種面向移動前傳網絡的時間感知整形器的分級交叉流量調度系統及方法。

背景技術

隨著通信技術的發展，5G憑借超低延時、確定性特點滲透進各類行業。如醫療行業的遠程醫療、智能電網、智慧城市等領域。豐富的應用需求帶來了海量的容量需求與各類嚴格的性能指標要求。在傳統移動前傳網絡中，云無線電接入網絡（C-RAN）將BBU的功能虛擬化，使其可以向多個RRU傳輸IQ流。但IQ流需承載不同的功能業務，其對時延、抖動的需求是不同的。在此情況下，C-RAN被提議進行功能分割。如圖1所示，BBU被拆分為分布單元（DU）和集中單元（CU），從RRU到核心網也分為了前傳、中傳和回傳。同時，功能分割也帶來了負責不同功能的各類流量。依據最新的eCPRI規范，移動前傳網絡流量主要分為三大類：IQ流、控制管理（CM）流和同步信息流。其中IQ流劃分為7類線性速率的流量，整個流量環境較為復雜，依據eCPRI規范，IQ流被劃分為高優先級流，具有恒定速率。另兩種流量則被劃分為低優先級流，在移動前傳網絡中被統歸為背景流。面對嚴格的時延要求以及復雜的流量環境，當前的基于蜂窩的網絡部署無法滿足BBU分割后帶來的低時延、低抖動與高容量要求。移動前傳網絡逐漸成為5G網絡進一步發展的瓶頸。

在此背景下，802.1工作組提出了802.1CM標準，提議將TSN技術應用在移動前傳網絡，并對其進行了標準化。該標準定義了時間敏感網絡在移動前傳架構中傳輸所必需的協議和過程，同時為移動前傳架構提供了以太網連接方案。移動前傳網絡的以太網連接方案如圖2所示。圖1中RRU在移動前傳網絡中屬于無線設備 (RE)，同時BBU和同端相關組件稱為無線設備控制(REC)，RE負責將無線端的數據采樣量化為數字信號并封裝為數據幀，再通過前傳網絡將幀傳送到REC單元，解析并處理傳送的內容。圖2中的網橋為TSN交換機，由TSN交換機組成了橋接網絡。通過TSN交換機可對移動前傳流量進行調度，保證滿足不同種類流量的正常傳輸。

近年來，為了解決移動前傳網絡中的TSN流量調度問題，研究人員已經提出利用IEEE 802.1Qbv中的門控調度來解決這一問題。其具體的技術主要有時間感知整形器（TAS）、門控制列表（GCL）。其中，TAS在時間觸發的窗口中調度關鍵業務流，因此它的基本思想是基于TDMA范式的，即給每個傳輸窗口分配不同的傳輸時隙，使低優先級的流和調度流之間形成隔離，減小相互間的干擾和幀間的重疊影響。在通過時延感知的窗口后，IEEE802.1Qbv標準通過門結構及GCL來控制幀的出隊列操作。但是，由于低優先級幀一般為非恒定速率流，具有不可預測性，因此低優先級幀的持續傳輸會阻塞高優先級幀的傳輸。為了避免這種情況，研究者們引入了保護帶寬來避免這種情況，即在高優先級幀傳輸之前保留一段最大空閑時隙（一般而言為可供1500字節傳輸的時隙）。易知，此種方法會帶來巨大的帶寬浪費，大大降低了吞吐量。研究人員為了解決這一問題，提出在門控調度中采用幀搶占的方式，即高優先級幀可以直接搶占正在傳輸的低優先級幀。這種方法可以大大的提高吞吐量，但是幀搶占會給高優先級流量帶來抖動，這對于移動前傳網絡中的IQ（高優先級）流是不能容忍的。所以需要一種新的TSN流量調度機制，在滿足流量低抖動的同時提高吞吐量。

綜上所述，當前利用TSN流量調度來滿足移動前傳網絡中流量傳輸需求，存在以下亟需解決的問題：移動前傳網絡中存在非恒定速率流量，如何減少非恒定速率流量（背景流）帶來的影響。在滿足低抖動的同時，如何進一步提高網絡的吞吐量是亟需解決的問題。

發明內容