5G NR分组数据汇聚层实现与降低时延的方法研究

作     者：邓钰霆 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：钟国辉

授予年度：2019年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0804[工学-仪器科学与技术] 081001[工学-通信与信息系统] 

主      题：第五代移动通信技术 分组数据汇聚协议 通用处理器 负载均衡 低延迟 

摘      要：随着无线通信技术的高速发展,几十年间从仅支持语音通话的1G(第一代移动通信技术)网络已经开始迈向5G(第五代移动通信技术)的时代。5G网络高速率、低时延、广连接的特点给我们的生活赋予了多种可能性,自动驾驶、高清影音、万物互联等场景将成为现实。面对5G网络下成倍的速率提升,传统的4G基站已无法承载5G带来的流量压力,处理核心面临着更换的处境,然而,由于基站大多数都采用针对3G、4G网络作了优化的专用芯片,并不能直接应用于5G协议,这对于运营商来说有着巨大的置换成本。同时,面对5G网络带来的网络虚拟化、软件定义网络等灵活的配置需求,专用芯片在个性化定制方面呈现出了一定的局限性,许多公司也开始在基于通用处理器平台研究设计更加灵活的基站。但是,由于通用芯片并未对高速报文的处理进行优化,因此在速率和延迟上存在着诸多需要在软件层面进行的系统性设计与优化。本文基于通用处理器和Linux操作系统,对需要汇聚并处理大量数据的5G NR PDCP(分组数据汇聚)层的高速报文处理方案进行了研究,主要研究内容为(1)针对通用Linux操作系统的报文处理过程和内存分配机制提出适用于PDCP层的报文处理优化方案。(2)针对x86处理器的NUMA架构等特性提出适用于PDCP层的报文处理优化方案。(3)根据5G NR PDCP层报文和处理流程的特性提出针对性的负载均衡策略。根据研究得出的方案,本文设计并实现了一套基于Linux操作系统和通用处理器的5G NR PDCP高速报文处理框架,并且通过上述研究得出的优化方案降低了通用平台上处理的延迟。经过测试,功能符合第三代合作伙伴组织制定的协议标准,支持端到端传输,该方案可以对基于通用平台的高速报文处理提供一种通用的参考。