專利名稱：分布式基站系統(tǒng)及其負載均衡方法
技術領域：
本發(fā)明涉及無線領域，具體涉及ー種分布式基站系統(tǒng)及其負載均衡方法。
背景技術：
傳統(tǒng)無線蜂窩網絡通常會存在以下各類問題站點獲取困難、工程施工復雜、設備利用不充分以及網絡優(yōu)化困難等等。為了解決傳統(tǒng)網絡部署存在的問題以及進ー步降低建網成本，エ業(yè)界提出了基于BBU (Base band Unit,基帶單兀)和RRU (Remote Radio Unit,遠端射頻單元)的分布式基站解決方案，該方案極大的方便了組網建設。分布式基站結構的核心概念就是把傳統(tǒng)宏基站射頻處理單元(RRU)與基帶處理単元(BBU)分離，二者通過高速光纖相連，具體如圖I所示。在網絡部署吋，將基帶處理單元與核心網、無線網絡控制設備集中在機房內，通過光纖與規(guī)劃站點上部署的射頻拉遠単元進行連接，完成網絡覆蓋，從而降低建設維護成本、提高效率。 在分布式基站的構成中，BBU是ー種基帶處理設備，主要完成基帶處理功能(編碼、復用、調制和擴頻等)。其中，在ー個BBU內，所有基帶處理板形成一個基帶池，通過配置，每個基帶處理模塊可以處理不同載扇的數(shù)據。在容量需求較大的地區(qū)，只通過在BBU內増加基帶板即可實現(xiàn)容量的増加。這樣可以為組網提供充分的靈活性，解決3G網絡容量差異大的問題。BBU和RRU之間按照標準接ロ協(xié)議通過光纖連接，完成基帶數(shù)據的傳輸。該接ロ協(xié)議支持星型連接、鏈形連接和環(huán)形連接等網絡拓撲結構，使BBU+RRU更能靈活地組網。與宏基站的建網方式相比，現(xiàn)有技術的RRU加BBU的分布式基站提供靈活簡易的安裝方式以及更有效的網絡覆蓋。然而，傳統(tǒng)按小區(qū)進行建站的模式，有些問題在分布式基站系統(tǒng)沒有得到解決。一方面，BBU設備進行基帶信號處理都在內部完成，BBU設備間沒有進行負荷分擔，導致BBU設備負責的區(qū)域的話務量突然増加，其處理資源不夠時難以動態(tài)調用新的處理資源以滿足需求，只能通過人工増加基帶處理板塊來提高處理能力，靈活性很差。此外，由于BBU設備大小有限，特別是隨著設備小型化的需求，BBU的設備尺寸限制較大。雖然器件的集成度以及計算密度提高的很快，但是對于宏基站而言，通常ー個BBU只覆蓋相鄰的3個扇區(qū)，即ー個BBU只會負責幾個扇區(qū)的信號處理。這種區(qū)域性的限制使得不同的BBU設備彼此之間的處理負荷相差很大，導致網絡中話務不均衡。如圖2所示，與BBU-A相連的RRU主要分布于居民居住區(qū)、與BBU-B相連的RRU則主要分布于商業(yè)區(qū)。顯然，分布于商業(yè)區(qū)的RRU以及BBU-B在白天的工作時段會比較繁忙、在夜間比較空閑；而分布于居住區(qū)的RRU以及BBU-A則正好相反，在白天的工作時段會比較空閑、在夜間會比較繁忙。這樣，BBU-B在白天可能出現(xiàn)負載過大的現(xiàn)象，而在夜間基帶處理資源又得不到補充利用；類似地，BBU-A在夜間可能出現(xiàn)負載過大的現(xiàn)象，而在白天基帶處理資源得不到補充利用。數(shù)據業(yè)務的引入對移動網絡的信號處理能力提出了更高的要求。更加有效的分配移動網絡的信號處理資源，要求系統(tǒng)能夠在更大范圍內實現(xiàn)負載到基帶處理単元的統(tǒng)一，靈活的調度。一方面，基站間多點協(xié)作式處理(如CoMP)要求把ー個局域范圍內的負載集中在ー個BBU內進行處理。另ー方面，網絡負載的潮汐效應要求系統(tǒng)能夠把從遠方射頻單元產生的負載在大范圍內的BBU池內進行靈活調度，從而減少需要部署的基帶處理單元總數(shù)?，F(xiàn)有的遠端射頻單元與基帶處理単元之間的通信構架不能滿足局域和廣域兩方面的通信要求。目前實現(xiàn)設備間的資源共享的方法主要是通過BBU設備之間級聯(lián)來來實現(xiàn)。這種方法的最大制約性在于設備之間進行互聯(lián)所導致的新增流量不能超過單臺設備的背板容量，由于單臺設備的背板處理余量是有限的，目前現(xiàn)有設備大多只能支持2個設備的級聯(lián) 。此外，還通過交換網絡來實現(xiàn)BBU設備的通信，此時交換設備的能力決定了能夠互聯(lián)的BBU設備數(shù)量。如果一臺交換設備連接的BBU越多，也意味著其背板的交換能力也就越強。對于BBU而言，其交換的數(shù)據通常都是基帶信號，該類型數(shù)據帶寬很高同時延遲敏感，這也就對交換設備提出的很高的設計要求，高容量的交換設備可以滿足性能要求，但是也意味的高昂的設備成本以及規(guī)模限制
發(fā)明內容
本發(fā)明的第一目的是提出一種高效的分布式基站系統(tǒng)。本發(fā)明的第二目的是提出一種高效的分布式基站系統(tǒng)的負載均衡方法。為實現(xiàn)上述第一目的，本發(fā)明提供了ー種分布式基站系統(tǒng)，包括至少ー個RRU環(huán)路，每ー RRU環(huán)路包括一個或多個級聯(lián)的RRU，每ー RRU環(huán)路的兩端分別連接兩個BBU ;至少兩個BBU，每ー BBU用于連接至少ー個RRU環(huán)路的一端。為實現(xiàn)上述第二目的，本發(fā)明提供了ー種分布式基站系統(tǒng)的負載均衡方法，包括兩個BBU分擔對應連接的RRU環(huán)路的負載；其中，每ーRRU環(huán)路包括一個或多個級聯(lián)的RRU，每ー RRU環(huán)路的兩端分別連接兩個BBU。本發(fā)明各個實施例中，通過RRU與BBU的接ロ板的互聯(lián)能實現(xiàn)負載均衡，優(yōu)選地，通過RRU與BBU的接ロ板的互聯(lián)實現(xiàn)光纖鏈路的N+1備份，以及BBU 1+1熱備份。


附圖用來提供對本發(fā)明的進ー步理解，并且構成說明書的一部分，與本發(fā)明的實施例一并用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的限制。在附圖中圖I為現(xiàn)有技術物聯(lián)網通信示意圖；圖2為現(xiàn)有技術物聯(lián)網通信示意圖；圖3為本發(fā)明的分布式基站系統(tǒng)的實施例一結構圖；圖4為本發(fā)明的分布式基站系統(tǒng)的實施例ニ結構圖；圖5為本發(fā)明的分布式基站系統(tǒng)的實施例三結構圖；圖6為本發(fā)明的分布式基站系統(tǒng)的實施例四結構圖；圖7為本發(fā)明的分布式基站系統(tǒng)的負載均衡方法實施例一示意圖；圖8為本發(fā)明的分布式基站系統(tǒng)的負載均衡方法實施例ニ示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優(yōu)選實施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。系統(tǒng)實施例圖3為本發(fā)明的分布式基站系統(tǒng) 的實施例ー結構圖。如圖2所示，RRU與BBU接ロ板的互聯(lián)采用ー個或多個RRU級聯(lián)，形成一個環(huán)形光纖的拓撲結構，簡稱RRU環(huán)路；每一環(huán)路終結兩個不同的BBU上。每ー個BBU可以連接多個具有不同負載模式的RRU環(huán)路。每ー個RRU按其負載隨時間變化的模式分類(如圖I所示Area A和Area B)。不同類型的RRU環(huán)路的負載可以被導入同一個BBU內，，這樣可以保證ー個BBU的總負載能夠盡可能的保持均衡。如，AreaA可以代表商業(yè)區(qū)，其負載模式是工作時間高，工作時間之外低；Area B可以代表居住區(qū)，負載模式是在工作時間之外低，工作時間內高。上述圖2給出了這兩個區(qū)域的負載特點，把不同負載模式的RRU環(huán)路接入同一 BBU，使得綜合負載在一定時間范圍內比較平穩(wěn)，BBU在資源配置上能夠保持穩(wěn)定。這種基于RRU負載模式的靜態(tài)負載均衡能夠在比較粗糙的時間粒度內保持BBU系統(tǒng)的負載穩(wěn)定。優(yōu)選地，連接同一 RRU環(huán)路的兩個BBU為互聯(lián)的兩個BBU池，每ー RRU環(huán)路與兩個互聯(lián)的BBU構成ー個環(huán)形回路。每ー個RRU環(huán)路的負載可以被路由終結到環(huán)形回路兩端的任意ー個BBU內，實現(xiàn)靈活的負載均衡。每ー RRU環(huán)路與相應的兩個BBU連接能滿足光纖鏈路N+1備份以及滿足BBU基帶處理1+1的熱備份。一個環(huán)路連接的RRU的個數(shù)由光纖、BBU的處理能力、配置的載頻數(shù)目以及系統(tǒng)對光纖鏈路容錯性要求決定。如TD-SCDMA的環(huán)境下2. 5Gbps的光纖能夠承載6個載頻，而6. 144Gbps的光纖能夠承載15個載頻。比較常見的ー種配置是將ー個基站三個扇區(qū)的三個RRU構成ー個環(huán)路，接入BBU池內的兩個基帶處理板。在這種連接拓撲下，任何一路光纖鏈路的中斷都不會影響任意ー個RRU到BBU池的連通性，光纖鏈路的中斷會導致RRU的負載被導向直接連通的BBU。本實施例通過RRU與BBU的接ロ板的互聯(lián)能實現(xiàn)負載均衡，優(yōu)選地，通過RRU與BBU的接ロ板的互聯(lián)實現(xiàn)光纖鏈路的N+1備份，以及BBU 1+1熱備份。圖4為本發(fā)明的分布式基站系統(tǒng)的實施例ニ結構圖。本實施例主要用于解釋BBU池內部BBU之間互聯(lián)。如圖4所示，采用三級Clos網絡的結構連接BBU池內部的所有BBU，整個網絡由BBU和IQ數(shù)據交換機實現(xiàn)。其中IQ數(shù)據交換機在所有端ロ負責交換進出IQ數(shù)據流,所有交換機可以有相同的端ロ數(shù)和內部全交換容量。BBU池互聯(lián)網絡將由不少于2k(k取值自然數(shù))個端ロ的內部全交換交換機組成，拓撲上層由k個這樣的交換機組成，每個上層交換機的2k個端ロ連接2k個下層交換機；每個下層交換機的2k個端ロ分別連接k個上層交換機和k個BBU ;整個BBU池由3k個2k端ロ交換機和2k*k個BBU構成。如9個6端ロ的交換機可連接最多18個BBU，18個12端ロ的交換機可連接最多72個BBU，30個20端ロ的交換機可連接最多200個BBU，72個48端ロ的交換機則可以連接最多1152個BBU。端ロ速率可以由BBU的光纖出口速率而定，例如
2.5Gbps、6. 144Gbps，或者 IOGbps0在整個三級Clos網絡中，兩個BBU之間的通信鏈路的長度可以是4跳；現(xiàn)有的IQ交換技術可以把單跳交換時延限制在Ius內，BBU到BBU之間最高鏈路時延可以設置為不超過5us，滿足現(xiàn)有的IQ數(shù)據傳輸指標。本領域技術人員可以理解，圖4中的結構利用了 Clos網絡理論上不擁堵，全交換的優(yōu)點；BBU池可以為所有的BBU提供線速(即接ロ板和接ロ連線的速度)交換容量；網絡部分將不成為整個系統(tǒng)的通信瓶頸；整個網絡不因接入BBU的數(shù)目或者負載高低而出下過載堵塞的情況，極大地簡化系統(tǒng)動態(tài)負載調度的復雜性；在BBU處理已經達到極限的情況下，過載的BBU還可以通過BBU之間的高容量低延遲互聯(lián)，實現(xiàn)負載再均衡。如圖5所示，對于區(qū)域邊緣的CoMP用戶，可以采用附加額外的基帶處理単元(BBU)來擴展BBU池互聯(lián)拓撲的方法。由于RRU光纖環(huán)路上連接的通常就是在地域上臨近的RRU，絕大多數(shù)CoMP可以在終結該路RRU級聯(lián)的BBU內完成，故一般將多個相鄰近的RRU數(shù)據用組播的方式匯聚到ー個BBU處理單元。具體操作時，在三級Clos網絡的上層交換機中按CoMP用戶的數(shù)量和負載接入一定數(shù)量的BBU。當需要處理某接入不同下層交換機的CoMP用戶的IQ流量時，相應的IQ數(shù)據將被路由到上層交換機，最終匯聚到CoMPBBU內實現(xiàn)CoMP處理。這種拓撲結構將極大的緩解CoMP用戶對系統(tǒng)通信的要求。
本實施例通過BBU之間的高容量低延遲的互聯(lián)，解決任意一路或者多路光纖中斷的情況下對系統(tǒng)負載再均衡，并滿足系統(tǒng)多點協(xié)作處理(CoMP)的通信要求；與圖3中的方案聯(lián)合實現(xiàn)在任意BBU池大小范圍內BBU基帶處理板最小配置，實現(xiàn)在ー個100 1000BBU資源池的范圍內對RRU產生的負載實現(xiàn)靈活調度，同時盡可能的降低系統(tǒng)的成本。通過RRU與BBU池的環(huán)狀互聯(lián)方法能夠實現(xiàn)RRU小范圍內靜態(tài)的負載均衡，光纖N+1備份，以及BBU 1+1熱備份，通過高容量低延時的最優(yōu)全交換的網絡結構，，避免了光纖中斷或者BBU故障時基于負載模式的環(huán)路靜態(tài)負載均衡被破壞而造成部分BBU過載而同一BBU池中其它BBU空閑的情況，實現(xiàn)更大范圍內所有BBU的負載均衡、容錯容災以及更細致時間顆粒度的動態(tài)調度。圖6為本發(fā)明的分布式基站系統(tǒng)的實施例四結構圖。圖6以現(xiàn)有帶多端ロ出口的背板交換BBU實現(xiàn)圖4拓撲中的下層交換機。具體如在圖6的結構中下層交換機合并進入BBU,由現(xiàn)有流行的帶多端ロ出ロ背板交換的BBU來實現(xiàn)。假設每個BBU的背板交換有k個光纖出ロ，需要k個2k端ロ的交換機，可連接最多2k個這樣的BBU。以現(xiàn)有的6端ロ背板交換的BBU為例，配合6個12端ロ的交換機可實現(xiàn)ー個連接12個BBU的全交換BBU池。方法實施例圖7為本發(fā)明的分布式基站系統(tǒng)的負載均衡方法實施例一示意圖。本實施例主要用于解釋單個RRU環(huán)路內部結合BBU高速互聯(lián)的動態(tài)負載均衡的方法，根據RRU環(huán)路兩端兩個BBU (即BI和B2)的負載情況，環(huán)路中RRU產生的負載可以以任意的比例分配到BI和B2。若光纖Fl故障或中斷(RRU環(huán)路與BI實際為連接)，所有RRU負載將被導入B2 ；若光纖F4故障或中斷(RRU環(huán)路與B2實際為連接)，若有RRU負載將被導入BI ；若光纖F2故障或者中斷，Rl上的負載將導入BI，R2和R3上的負載導入B2 ;若光纖F3故障或者中斷，R3上負載導入B2，而Rl和R2上的負載導入BI ；若BI和B2任一過載，則過載部分負載可通過BBU池互聯(lián)導向另ー個BBU。本領域技術人員可以理解，本實施例中的RRU級聯(lián)環(huán)路包括三個RRU僅作為示例，實際系統(tǒng)可以由ー個和多個RRU級聯(lián)構成環(huán)路。本實施例通過RRU環(huán)路與BBU連接，實現(xiàn)RRU環(huán)路的動態(tài)均衡，優(yōu)選地通過BBU池內部高容量低延遲的互聯(lián)，在整個基帶池范圍內實現(xiàn)動態(tài)負載均衡。圖8為分布式基站系統(tǒng)的負載均衡方法實施例ニ示意圖。本實施例用于解釋在存在多路RRU級聯(lián)的情況，如圖7所示若光纖F2故障或者中斷，Rl上的負載將導入BI，R2和R3上的負載導入B2 ;同時另一光纖環(huán)路中R4與R5上的負載導入BI, R6上的負載導入B2 ；若光纖F3故障或者中斷，Rl和R2上的負載將導入BI，R3上的負載導入B2 ;同時另一光纖環(huán)路中R4上的負載導入BI，R5與R6上的負載導入B2。由上述描述可知，任何一段光纖故障或中斷都可以相應再分配另一路光纖上的負載來實現(xiàn)BI和B2上的負載均衡；只有在兩個光纖環(huán)路上同時發(fā)生光纖故障或中斷的情況下才需要調用BBU池互聯(lián)網絡實現(xiàn)BBU的負載再均衡。本領域技術人員可以理解，根據實際需要，可以推廣到多個BBU和更多路光纖環(huán)路的情況。本實施例通過RRU環(huán)路、雙BBU終結以及基于三層Clos網絡的BBU池互聯(lián)拓撲結構實現(xiàn)了負載均衡在不同RRU環(huán)路之間進行，以盡量減少IQ數(shù)據調度對BBU池互聯(lián)的壓力，即通過單路和多路RRU級聯(lián)環(huán)路的靜態(tài)負載均衡方法，再與基于BBU池互聯(lián)拓撲相結合的動態(tài)負載調度方法實現(xiàn)負載均衡和大范圍容災容錯處理，最終實現(xiàn)在最下基帶處理單元配置和低成本,高容量低時延的BBU池網絡；相比現(xiàn)有技術，本實施例只需要通過多臺小容量的交換單元就可提供大規(guī)模的基帶處理単元的高速互聯(lián)，對交換單元以及基帶處理單元本身的背板交換能力要求不高，具備良好的經濟性及可實現(xiàn)性；通過基于Clos的網絡拓撲，實現(xiàn)大容量、低成本、低時延；利用BBU池的互聯(lián)和RRU級聯(lián)環(huán)路相結合的資源調度方法，實現(xiàn)了靜態(tài)和動態(tài)負載均衡，和大范圍內容災容錯；此外。還適用于帶有多端ロ的背板交換的BBU単元，并通過擴展Clos網絡上級交換機的方法，高效方便的實現(xiàn)現(xiàn)代無線通信中的CoMP功能。最后應說明的是以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，對于本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換。凡在 本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種分布式基站系統(tǒng),其特征在于,包括 至少一個RRU環(huán)路，每一 RRU環(huán)路包括一個或多個級聯(lián)的RRU，每一 RRU環(huán)路的兩端分別連接兩個BBU ； 至少兩個BBU，每一 BBU用于連接至少一個RRU環(huán)路的一端。
2.根據權利要求I所述的分布式基站系統(tǒng)，其特征在于，所述至少兩個BBU為互聯(lián)的BBU池，每一 RRU環(huán)路與對應連接的兩個BBU形成環(huán)形回路。
3.根據權利要求2所述的分布式基站系統(tǒng)，其特征在于，所述互聯(lián)的BBU池包括三級Clos網絡結構的BBU池； 其中，所述互聯(lián)的BBU池的第一級為k個IQ數(shù)據交換機，每一 IQ數(shù)據交換機包括2k個端口，第二級包括2k個IQ數(shù)據交換機，第三級包括2k*k個BBU ； 所述第一級中每一 IQ數(shù)據交換機分別與所述第二級中的所有IQ數(shù)據交換機連接，所述第二級中的每一 IQ數(shù)據交換機均連接k個BBU ;其中，所述至少兩個BBU為所述第三級中的2k*k個BBU，k的取值為自然數(shù)。
4.根據權利要求2所述的分布式基站系統(tǒng)，所述互聯(lián)的BBU池也可為兩級結構的BBU池； 其中，所述互聯(lián)的BBU池的第一級為k個IQ數(shù)據交換機，每一 IQ數(shù)據交換機包括2k個端口，第二級包括2k個帶多端口出口背板交換的BBU。
5.根據權利要求3所述的分布式基站系統(tǒng)，其特征在于，所述互聯(lián)的BBU池還包括與所述第一級中的IQ數(shù)據交換機連接的多個RRU，所述多個RRU的數(shù)量由CoMP用戶的數(shù)量及負載確定。
6.—種分布式基站系統(tǒng)的負載均衡方法,其特征在于,包括 兩個BBU分擔對應連接的RRU環(huán)路的負載； 其中，每一 RRU環(huán)路包括一個或多個級聯(lián)的RRU，每一 RRU環(huán)路的兩端分別連接兩個BBU。
7.根據權利要求6所述的分布式基站系統(tǒng)的負載均衡方法，其特征在于，所述兩個BBU分擔對應連接的RRU環(huán)路的負載的步驟包括 在每一 RRU環(huán)路導通時，與所述導通的RRU環(huán)路連接的兩個BBU按比例分擔對應連接的RRU環(huán)路的負載。
8.根據權利要求7所述的分布式基站系統(tǒng)的負載均衡方法，其特征在于，所述兩個BBU分擔對應連接的RRU環(huán)路的負載的步驟還包括 在每一 RRU環(huán)路中斷時，與所述中斷的RRU環(huán)路連接的每一 BBU分擔對應導通連接的RRU的負載。
9.根據上述權利要求6-8中任一項所述的分布式基站系統(tǒng)的負載均衡方法，其特征在于，還包括 連接同一 RRU環(huán)路的兩個BBU通過BBU基帶池互聯(lián)進行負載均衡。
10.根據上述權利要求6-8中任一項所述的分布式基站系統(tǒng)的負載均衡方法，其特征在于，還包括 連接多個RRU環(huán)路的BBU，按比例分擔對應連接的多個RRU環(huán)路的負載。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種分布式基站系統(tǒng)及其負載均衡方法，其中，該分布式基站系統(tǒng)包括至少一個RRU環(huán)路，每一RRU環(huán)路包括一個或多個級聯(lián)的RRU，每一RRU環(huán)路的兩端分別連接兩個BBU；至少兩個BBU，每一BBU用于連接至少一個RRU環(huán)路的一端。本發(fā)明實現(xiàn)負載均衡，還實現(xiàn)了光纖鏈路的N+1備份，以及BBU 1+1熱備份。
文檔編號H04W88/08GK102685782SQ201110060449
公開日2012年9月19日 申請日期2011年3月14日 優(yōu)先權日2011年3月14日
發(fā)明者崔春風, 羅海云, 陳奎林, 陳沫 申請人:中國移動通信集團公司