基于超级基站架构的物理层虚拟化技术研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:WRYJL2001
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集中式接入网络将基站计算资源进行物理集中,通过集中调度实现对资源的统计复用,从而提升整个架构硬件利用率和比特能效。然而,由于基带物理层计算资源的异构性、算法模块间依赖性和任务处理实时性,导致无法像协议层一样采用基于操作系统的虚拟机技术对物理层计算资源进行虚拟化管理和资源映射。  本文在中科院计算所的超级基站的架构基础上,对其物理层计算资源池的硬件资源虚拟化管理展开了系统研究。通过对物理层通信协议特点的分析和对物理层异构计算资源特点分析,得出需要通过对多个虚拟基站进行有向无环图(DAG,Directed AcyclicGraph)的调度才能够有效提升硬件使用率的结论。基于此结论,结合DAG调度算法具有较高复杂度和在针对DAG的调度无法满足物理层虚拟化要求的情况下,借鉴传统IT云计算服务器中的二级调度架构思想,提出一种基于单元级和系统级的二层资源调度架构。其中单元级虚拟化完成对计算单元的DAG调度以提升硬件的利用率,系统级虚拟化完成基于负载聚合和负载均衡的DAG迁移调度从而使负载集中在少数计算单元上。具体研究内容主要包括:  1.提出了单元级资源虚拟化调度的系统结构并对其可行性进行研究  针对单元级虚拟化调度结构的设计目标,提出三个关键研究点,分别是计算单元上虚拟基站DAG节点模型的建立、虚拟基站DAG调度算法的选取和DAG的负载的表征。通过这三个内容中难点的研究和解决思路的提出,论证了单元级虚拟化结构的可行性。  2.提出了一种针对系统级资源虚拟化的调度算法  针对系统级虚拟化调度结构的设计目标,分析出了设计系统级虚拟化调度算法的三个约束条件,分别是计算单元负载表征的非线性、DAG负载短期波动带来的无效迁移和计算开销和传输开销的矛盾关系。在以上限制条件下,提出基于缓冲状态的计算单元状态划分来避免DAG的无效迁移,并设计了整个系统级虚拟化的整体结构和系统级虚拟化调度算法的工作流程。  3.设计仿真实验验证所提出的两层虚拟化架构的功能和性能  针对上述两层架构的具体设计,在仿真环境下进行了整个系统功能和性能的分析。仿真结果显示,从功能上分析,本文所提出的二层调度架构在保证虚拟基站物理层计算任务不超时的基础上,实现了全局负载较低的时候将虚拟基站集中在少数计算单元上运行。从性能上分析,本文提出了资源复用系数和能源复用系数,用以分别反映本文所述方法对硬件资源的节省和对能源消耗的节省,在仿真环境下他们分别为1.59和3.57。
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