LTE-A用户平面协议多核优化实现

摘要

TD-LTE-A是由我国主导的第四代移动通信技术,目前已被国际电联正式确定为第四代移动通信国际标准。通过采取多天线增强、协作多点传输,以及中继等技术方案,TD-LTE-A系统大幅度提升了空中接口的频谱利用效率以及峰值吞吐率。目前,TD-LTE-A系统关键技术趋于完善,终端芯片日臻成熟,今后将逐步开展大范围的场外部署。由于系统支持的业务吞吐率高、实时性要求苛刻,对终端综合测试仪LTE-A层2协议的设计实现提出了严格的要求,单处理器平台已难以满足系统设计需要。通用X86多处理器平台通过采用高性能的现代指令架构以及先进的cache管理等技术,具备强劲的数据包处理能力,能够满足TD-LTE-A协议栈的性能需求。
　　本文首先论述了通用多处理器架构应用于协议栈实现的优劣势,归纳出了主要的技术难点。多处理器架构通过并行处理提升了系统性能,同时,由于动态负载均衡、核间数据共享、缓存一致性维护等因素,导致了多处理器架构下的TD-LTE-A协议栈用户平面实现面临诸多难题。基于协议栈实现框架结构分析,可归纳出TD-LTE-A协议栈用户平面多核实现面临的主要技术难点为多核协议栈模型、核间通信,以及高效内存管理等三个方面。
　　其次,为了满足TD-LTE-A协议栈的吞吐率需求,本文在实时性保障、核间数据交换,以及增量数据包封装等三个方面探讨了系统性能优化的可行性,分析了上述方案应用于多核协议栈系统设计的利弊,并提出了基本的框架结构。
　　最后,针对多处理器架构下的TD-LTE-A协议栈实现面临的主要技术难点,本文提出了适配X86平台缓存一致性协议的多核优化实现框架,通过采取处理器绑定、SMP负载均衡屏蔽,以及零拷贝封装等技术方案,在一致性维护协议的基础上,采用高效的核间队列通信模型保障协议栈数据平面的总体缓存效率,进而实现具备高效数据包处理能力的TD-LTE-A层2协议。该方案基于通用X86SMP平台,能显著改善TD-LTE-A协议栈数据平面的包处理性能,同时系统成本低廉、可靠性强,协议功能验证过程简单,具备充分的移植灵活性,测试结果表明上述方案能够充分满足TD-LTE-A综合测试仪的时延特性以及业务吞吐率需求。

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1 绪论

1.1 引言

1.2 TD-LTE-A研究现状与面临问题

1.3 课题来源与背景

1.4 本文主要内容和组织结构

2 LTE-A协议栈多核架构介绍

2.1 引言

2.2 LTE-A协议栈设计难点分析

2.3 LTE-A协议栈系统架构

2.4 本章小结

3 数据平面性能优化可性能论证

3.1 引言

3.2 实时性保证

3.3 核间数据交换

3.4 高效数据包封装

3.5 本章小结

4 LTE-A协议栈多核架构性能优化

4.1 引言

4.2 LTE-A协议栈多核模型优化

4.3 核间通信模型优化

4.4 多核内存管理

4.5 测试结果与分析

4.6 本章小结

5 全文总结与展望

5.1 全文总结

5.2 未来研究工作展望

致谢

参考文献

附录 硕士学位期间参与项目