CN101163101A - 有基于分组长度和cpu耗时的负载控制机构的分组处理装置 - Google Patents

有基于分组长度和cpu耗时的负载控制机构的分组处理装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供有基于分组长度和CPU耗时的负载控制机构的分组处理装置。本发明提供了通过减轻分组处理的工作负载来实现稳定工作的分组处理装置。分组缓存器检查分组长度标志和处理时间标志，以观察对于第一连接的装置工作状态。当两个标志都没有置位时，分组缓存器持续对第一连接上的第一分组进行缓存。当任一个或者全部两个标志置位时，分组缓存器将处理对象改变到第二连接，并开始对第二连接上的第二分组进行缓存。如果新的累积分组长度大于分组长度阈值，那么分组长度监视器对分组长度标志进行置位。如果新的累积处理时间估计值大于预定处理时间阈值，那么处理时间监视器对处理时间标志进行置位。

Description

有基于分组长度和CPU耗时的负载控制机构的分组处理装置
技术领域
本发明涉及分组处理装置，更具体地说，涉及利用中央处理单元(CPU)的固件来处理分组的分组处理装置。
背景技术
近年来越来越多地使用诸如蜂窝电话的移动通信装置，这导致在无线网络上流动的分组通信量爆炸式增长。在这种情况下，用于分组处理的CPU在很重的负载下工作，因此越来越频繁地经历固件停机(冻结)问题，导致通信服务的质量降低。因此，将无线电网络控制器(RNC，管理基站的上级站)中的分组处理器设计成通过根据接收到的分组长度来限制每单位时间中处理的分组数量从而减轻CPU工作负载。
例如，日本特开2004-007256号公报的第0020至0035段和图1提出一种基于分组长度来控制分组发送的技术。根据该技术，分组路由装置根据接收到的分组的长度来计算暂停时间，并发回包含计算出的暂停时间的暂停分组，以使得发送方对于指定的暂停时间暂停发送下一个分组。
这种分组处理装置处理长度相互不同的分组。考虑具有特定通信量带宽的呼入分组流的情况。分组的数量通常取决于分组长度。更具体地说，通信量实际上可以是少量的长分组。或者它可以是大量的短分组。与前一情况相比，在后一种情况下，分组处理装置必须更频繁地处理分组报头。这导致分组处理的过多开销，与长分组的情况相比消耗更多的CPU时间资源，因此影响装置中对其他子系统的控制任务。
从上述情况可以看到，呼入短分组的数量增加、或者在分组处理装置中建立的连接路径的数量增加将增加CPU时间消耗。这使得分组处理停机的可能性更大，并且对其他控制任务造成不利影响。仅仅基于分组长度来减小CPU负载的常规技术不足以有效解决甚至减轻该问题。
发明内容
鉴于以上情况，本发明的目的是提供一种分组处理装置，该分组处理装置通过减轻分组处理的工作负载来实现稳定操作，因此改进通信服务的质量。
为了实现上述目的，本发明提供一种分组处理装置，该分组处理装置由以下部件形成：分组缓存器、分组处理器、分组长度监视器、管理表、处理时间监视器、以及已处理分组发送器。分组缓存器对第一连接上的第一分组或不同于第一连接的第二连接上的第二分组进行缓存。分组缓存器最初针对第一连接，并检查分组长度标志和处理时间标志以观察对于第一连接的分组处理的状态。当这两个标志都没有置位时，分组缓存器持续对第一连接上的第一分组进行缓存。当分组长度标志或处理时间标志或者这两者都置位时，分组缓存器将处理对象从第一连接改变到第二连接，并开始对第二连接上的第二分组进行缓存。分组处理器对从分组缓存器中读出的分组进行处理，由此输出已处理的分组。已处理分组发送器将该已处理的分组输出到外部链路。分组长度监视器通过将已处理分组的长度加到过去处理的分组的长度的累积和，从而计算新的累积分组长度。如果新的累积分组长度大于预定的分组长度阈值，那么该分组长度监视器对分组长度标志进行置位。管理表按关联的方式存储分组长度范围值和处理时间估计值。这里，分组长度范围是分组长度的范围，对应于特定分组长度范围的处理时间估计值表示用于处理长度落在该分组长度范围内的分组的估计时间。处理时间监视器对管理表进行搜索以查找对应于所处理分组的分组长度的处理时间估计值，通过将找到的处理时间估计值加到过去的分组处理时间估计值的累积和来计算新的累积处理时间估计值。如果新的累积处理时间估计值大于预定的处理时间阈值，那么处理时间监视器对处理时间标志进行置位。
根据结合通过实施例示出本发明的优选实施方式的附图的以下描述，本发明的上述及其他目的、特征及优点将变得显而易见。
附图说明
图1是根据本发明的分组处理装置的概念图。
图2示出了用户面协议转换器的结构。
图3示出了协议栈。
图4示出了管理表的实施例。
图5和6给出了示出用户面协议转换器如何工作的流程图。
具体实施方式
下面将参考附图描述本发明的优选实施方式，在附图中，通篇用相同的标号表示相同的部件。
图1是根据本发明的分组处理装置的概念图。该分组处理装置10由分组缓存器11、分组处理器12、分组长度监视器13、管理表14、处理时间监视器15以及已处理分组发送器16形成。为了运行和维护，可以将维护控制台30附接到分组处理装置10。
分组缓存器11对第一连接上的第一分组或者不同于第一连接的第二连接上的第二分组进行缓存。分组缓存器11最初针对第一连接，并检查分组长度标志和处理时间标志以观察对于第一连接的分组处理的状态。当两个标志都没有置位时(换句话说，如果两个标志都清零)，该分组缓存器持续地对第一连接上的第一分组进行缓存。当分组长度标志或处理时间标志或者这两者置位时，该分组缓存器11将处理对象从第一连接改变到第二连接，并开始对第二连接上的第二分组进行缓存。
分组处理器12对从分组缓存器11中读出的分组进行处理，由此输出已处理的分组。分组长度监视器将该已处理分组的长度加到过去的分组的长度的累积和，由此输出新的累积分组长度。如果新的累积分组长度大于预先限定的分组长度阈值，那么分组长度监视器13对分组长度标志进行置位。分组长度阈值是从外部源(例如维护控制台30)通过外部命令接口(未示出)给出的。
管理表14按关联的方式管理称作“分组长度范围”和“处理时间估计值”的信息。分组长度范围是分组长度的范围。对应于特定分组长度范围的处理时间估计值是用于处理长度落入该分组长度范围内的分组的估计时间。
处理时间监视器15对管理表14进行搜索以查找对应于所处理分组的分组长度的处理时间估计值，通过将找到的处理时间估计值加到过去的分组处理时间估计值的累积和来计算新的累积处理时间估计值。如果新的累积处理时间估计值大于预定的处理时间阈值，那么处理时间监视器15对处理时间标志进行置位。已处理分组发送器16从分组处理器12接收已处理的分组，并将其输出到外部链路。处理时间阈值是从外部源(例如维护控制台30)通过外部命令接口(未示出)给出的。
用户面协议转换器
上述分组处理装置10可以应用于对用户面的通信量进行控制的用户面协议转换器。与载送控制信息的控制面相反，用户面载送声音、图像及其他数据。
图2示出了用户面协议转换器10a的结构。该用户面协议转换器10a的一些部件与图1所示的分组处理装置10的一些部件是共同的，这里不再重复对其的说明。用户面协议转换器10a是移动通信网络上的无线电网络控制器(RNC)中的一部分，负责处理网络与移动站之间的分组通信量。
根据本实施方式，用户面协议转换器10a由以下部件形成：PHY(物理层)模块16a和17、分组缓存器11、协议转换器12a、分组长度监视器13、管理表14以及处理时间监视器15。
PHY模块17接收通过下行链路连接(网络至移动站)和上行链路连接(移动站至网络)而到来的分组，由此终止物理层和异步传输模式(ATM)层。
PHY模块16a相当于图1中示为已处理分组发送器16的部件。PHY模块16a对呼出分组的信号格式进行转换，以使得它们符合物理层和ATM层规范。
协议转换器12a相当于图1中示为分组处理器12的部件。协议转换器12a包含CPU，以对沿下行链路方向(网络至移动站)流动的分组以及沿上行链路方向(移动站至网络)流动的分组的协议进行转换。
下行链路协议转换是将较高层分组格式转换为较低层分组格式的分组处理任务。上行链路协议转换是将较低层分组格式转换为较高层分组格式的另一分组处理任务。
图3示出了协议栈。该模型包括依次链接的UE(用户设备，或移动站)21、节点-B(或基站)22、RNC 23和核心网络24。上述用户面协议转换器10a实现为RNC23的一部分。
用户面协议转换器10a包含两个协议栈；一个连接到节点-B 22，另一个连接到核心网络24。前一协议栈以最底层的PHY开始，其上依次为ATM、AAL2、IurFP、MAC以及RLC。AAL2是“ATM适配层2”的首字母缩写词。IurFP表示在RNC之间提供逻辑接口的“Iur帧协议”。MAC是“媒体接入控制”的首字母缩写词，RLC是“无线电链路控制”的首字母缩写词。另一方面，后一协议栈以最底层的PHY开始，其上依次为ATM、AAL5、IuUP、IP、UDP和GTP-U。IuUP表示“Iu用户面协议”，IP是“网际协议”的首字母缩写词，“UDP”是“用户数据报协议”的首字母缩写词，GTP-U是“GPRS隧道协议-用户”的首字母缩写词，其中GPRS表示“通用分组无线电业务”。注意，最底下的两层(PHY和ATM)实现为RNC 23的硬件层，而其他层由CPU固件提供。
图4示出了管理表14的实施例。所示的管理表14具有题为“分组长度范围”和“CPU时间估计值”的两个数据字段，后一字段对应于先前部分中论述的处理时间估计值。例如，设想协议转换器12a处理了一分组并且所得到的已处理分组的长度落在101字节至500字节的范围内的情况。在此情况下，管理表14使得协议转换器12a可以认为CPU消耗了大约60μs来对该特定分组的协议进行转换。
可以根据从外部源(例如维护控制台30)通过外部装置接口(未示出)给出的分组长度范围字段值和CPU时间估计值字段值来编辑管理表14。
用户面协议转换器的工作
现在参考图5和6的流程图，本节将展示用户面协议转换器10a如何工作。
(S1)PHY模块17接收分组。如果该分组是第一分组(即，如果它来自下行链路连接或第一连接并且被导向分组缓存器11)，那么该处理前进到步骤S2。如果没有要存储的下行链路分组，那么该处理进行到步骤S11。
(S2)分组缓存器11检测分组长度标志和处理时间标志的状态。如果两个标志均为清零，那么分组缓存器11保存接收的下行链路分组，该处理进行到步骤S3。如果这两个标志中的任何一个或两个为置位，那么该处理进行到步骤S11。
(S3)协议转换器12a对从分组缓存器11读出的分组执行协议转换，由此输出已处理的分组。
(S4)分组长度监视器13查找该已处理分组的长度并将该分组长度加到过去处理的分组的长度的累积和。
(S5)分组长度监视器13将所得到的新累积分组长度与预定的分组长度阈值相比较。如果新的累积分组长度超过分组长度阈值，那么该处理前进到步骤S6。否则，该处理进行到步骤S7。
(S6)分组长度监视器13对分组长度标志进行置位。
(S7)处理时间监视器15对管理表14进行搜索，以查找对应于所处理分组的长度的CPU时间估计值。然后，处理时间监视器15将找到的CPU时间估计值加到过去的CPU时间估计值的累积和，由此输出新的累积CPU时间估计值。该新的累积CPU时间估计值相当于在先前部分中参考图1描述为“累积处理时间估计值”的量。
(S8)处理时间监视器15将所得到的新累积CPU时间估计值与预定的处理时间阈值相比较。如果新累积CPU时间估计值超过处理时间阈值，那么该处理前进到步骤S9。否则，该处理进行到步骤S10。
(S9)处理时间监视器15对处理时间标志进行置位。
为了给出上述步骤S7至S9的更具体实施例，设想已处理分组的长度是300字节并且处理时间阈值被预先设置为500μs的情况。于是，对于该长度，管理表14给出60μs的CPU时间估计值。假设过去的经协议转换的分组的CPU时间估计值的当前累积和是500μs，那么新累积CPU时间估计值为560μs(＝500μs+60μs)。由于该新累积CPU时间估计值(560μs)大于阈值(500μs)，因此处理时间监视器15对处理时间标志进行置位。
(S10)PHY模块16a发出经协议转换器12a处理的分组。处理回到步骤S1。
(S11)分组缓存器11将处理对象从下行链路连接改变到上行链路连接(第二连接)，由此开始对上行链路分组(或第二分组)的缓存。现在对上行链路连接上的分组应用以上步骤S3至S10。
如上所述，处理时间监视器15查阅管理表14，以查找给定分组长度落入的分组长度范围。每当该操作发生时，处理时间监视器15将与找到的分组长度范围对应的计数器递增。处理时间监视器15具有如下功能：根据这些计数器的当前值表示的当前通信量状态，自动地更新分组长度范围和对应的处理时间估计值。
从以上说明可以看到，当选择了特定的连接(在以上实施例中为下行链路连接)以进行协议转换时，本实施方式监视每个处理分组的长度和CPU时间。如果这些参数的任一个超过给定阈值，那么对相应标志(分组长度标志、处理时间标志)进行置位。这些标志的“置位”状态表示当前选择的连接(例如，下行链路连接)正在对CPU施加很重的分组处理负载。因此，将分组处理的处理对象转移到另一连接(例如，上行链路连接)。在将处理对象从一个连接C1转移到另一连接C2之前，分组处理装置保存对于连接C1的分组处理的环境。当处理对象回到原始连接C1时，分组处理装置使用保存的分组处理环境来继续中断的处理。
尽管图5和6的示例性流程图在任一个标志被置位时在下行链路连接与上行链路连接之间进行切换，但是本发明不限于这种切换。作为另选方案，可以从一个下行链路连接D1到另一下行链路连接D2进行连接切换。或者，作为另一另选方案，可以从一个上行链路连接U1到另一上行链路连接U2进行切换。
作为上述控制的另一变型例，可以将步骤S1至S10的处理应用于多个下行链路连接D1至Dn，对于每个连接进行一轮，直到任一个或者全部两个标志被置位。当任一个标志被置位时，处理对象转移到多个上行链路连接U1至Un。现在将步骤S1至S10的处理应用于这些上行链路连接U1至Un，对于每个连接进行一轮。
分组处理装置10控制用于对接收的分组进行协议转换的CPU时间消耗，而不管所建立的连接的分组长度或数量可能如何变化，因此避免了CPU停机的问题。本发明防止了CPU时间资源被分组处理所占据，从而其他控制任务可以保持运行。换句话说，本发明有助于维持装置的多个部件之间的负载均衡。
此外，所提出的分组处理装置使得可以通过外部控制命令接口来限定其分组长度阈值和处理时间阈值以及管理表14中的分组长度范围和CPU时间估计值。该特征对系统的操作和维护提供了灵活性。
此外，处理时间监视器15按特定时间间隔针对每个分组长度范围检查所处理的分组数量。根据按此方式观察到的当前通信量状态，处理时间监视器15自动地更新分组长度范围和它们的相应处理时间估计值。利用处理时间监视器15的此特征，分组处理装置10可以按实时方式修改其工作参数。
总结
总结前面的论述，本发明提供了一种分组处理装置，该分组处理装置被设计为不仅根据分组长度而且根据估计的分组处理时间来识别当前CPU负载。为了实现这一点，该分组处理装置对它已经处理的分组的长度进行累积，并且如果累积分组长度超过阈值就对分组长度标志进行置位。该分组处理装置还查阅管理表，以查找与所处理分组的长度对应的处理时间估计值，如果这种处理时间估计值的累积和大于阈值，那么该分组处理装置对处理时间标志进行置位。当分组长度标志和处理时间标志中的任一个或者全部两个被置位时，该分组处理装置丢下当前连接并转向另一连接。该特征使分组处理装置能够更充分地控制其自身的处理工作负载，因此获得稳定工作和改进的通信服务质量。
认为上文仅仅是对本发明的原理的例示。此外，由于本领域技术人员容易想到大量的变型和修改，因此不希望将本发明限于所示出和说明的确切结构和应用，因此，可以认为所有的适当变型和等同物都落入所附权利要求书及其等同物中的本发明的范围之内。

Claims (4)

1.一种分组处理装置，该分组处理装置包括：
分组缓存器，其对第一连接上的第一分组或者不同于所述第一连接的第二连接上的第二分组进行缓存，其中，该分组缓存器最初针对第一连接，并检查分组长度标志和处理时间标志以观察对于所述第一连接的分组处理的状态，并且其中，当所述分组长度标志和所述处理时间标志都没有置位时，该分组缓存器持续对所述第一连接上的第一分组进行缓存，并且其中，当所述分组长度标志和所述处理时间标志中的任一个或者全部两个都置位时，该分组缓存器将处理对象从所述第一连接改变到所述第二连接，并开始对所述第二连接上的第二分组进行缓存；
分组处理器，其对从所述分组缓存器读出的分组进行处理，由此输出已处理的分组；
分组长度监视器，其通过将所述已处理分组的长度加到过去处理的分组的长度的累积和来计算新的累积分组长度，并且，如果所述新累积分组长度大于预定的分组长度阈值，那么该分组长度监视器对所述分组长度标志进行置位；
管理表，其按关联的方式存储分组长度范围值和处理时间估计值，其中所述分组长度范围是分组长度的范围，对应于特定分组长度范围的处理时间估计值是用于处理长度落在该分组长度范围内的分组的估计时间；
处理时间监视器，其对所述管理表进行搜索以查找与所述已处理分组的分组长度对应的处理时间估计值，通过将找到的处理时间估计值加到过去的分组的处理时间估计值的累积和来计算新的累积处理时间估计值，并且，如果所述新累积处理时间估计值大于预定的处理时间阈值，那么该处理时间监视器对所述处理时间标志进行置位；以及
已处理分组发送器，其将所述已处理分组输出到外部链路。
2.根据权利要求1的分组处理装置，该分组处理装置还包括用于从外部源接收所述分组长度阈值和所述处理时间阈值的值的外部命令接口。
3.根据权利要求1的分组处理装置，该分组处理装置还包括用于从外部源接收所述管理表的分组长度范围值和处理时间估计值的外部命令接口。
4.根据权利要求1的分组处理装置，其中：
所述处理时间监视器包括对应于分组长度范围的计数器；
每当所述处理时间监视器搜索所述管理表以查找给定分组长度落入的分组长度范围时，所述处理时间监视器将对应于所找到的分组长度范围的计数器递增；并且
所述处理时间监视器根据由这些计数器的当前值表示的当前通信量状态，自动地更新分组长度范围和对应的处理时间估计值。
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