（信号与信息处理专业论文）wcdma分布式基站前后台同步与主备倒换设计与实现.pdf

w c d m a 分布式基站前后台同步与主各倒换设计与实现 摘要 在无线通信技术不断向集成化、小型化、模块化方向快速发展的今天，分布式基站 标志着“下一代基站 的基本发展思路，能够在高性能与低成本之间进行有效的均衡， 并且具有灵活分布的能力，顺应通信产业的总体发展趋势。目前国际上最具代表性的第 三代移动通信技术标准有c d m a 2 0 0 0 、t d s c d m a 以及w c d m a ，而w c d m a 较其 他两个3 g 标准有着先天的市场优势、较高的扩频增益、全球漫游能力强等优势，构成 了w c d m a 分布式基站成为当前研究热点的条件。 嵌入式系统已经融入到人们日常生活的各个角落，主内存的密度也在不断提高，同 时价格却在不断的降低，将内存数据库建立在嵌入式系统之上能够很好的适应嵌入式系 统磁盘资源紧缺的现状，并且能够满足嵌入式系统实时高效的要求，本文就通过在分布 式基站之上建立嵌入式内存数据库来解决分布式基站前后台数据同步以及主各倒换问 题，具有实际的指导意义。 本文是从以下方面展开的： 1 、在嵌入式实时操作系统v x w o r k s 之上，介绍了3 g 基站软件平台的架构。该软 件平台可以最大程度的屏蔽硬件环境，支持不同业务软件应用，支持在不同嵌入式操作 系统之间进行顺利切换。 2 、设计了w c d m a 分布式基站的嵌入式内存数据库的功能组成，目的在于为整个 基站通信系统提供可靠的数据管理和维护，包括为其他应用提供数据接口，实时高效的 前后台同步以及稳定可靠的主备倒换功能。该数据库系统包括以下模块：系统上电模块、 前后台同步模块、主备同步模块、数据存盘模块、触发器模块以及数据接口模块。本文 研究的重点是该嵌入式内存数据库在w c d m a 分布式基站系统中实现前后台实时同步 以及主备实时同步与倒换的算法的设计与实现。 3 、为了实现w c d m a 分布式基站的前后台数据的实时同步，本文针对于后台对前 台单个表字段和多个表字段进行操作的不同情况，分别提出了记录级同步以及表级同步 算法。这两种算法都是基于主备内存的策略提出的，并且这两种算法的特点在于重点考 虑到了父子约束和互斥表约束关系，避免了非法数据的同步，实验证明这两种算法的实 时性和可靠性非常好，并且该算法对其他有前后台操作场景的分布式基站通信系统也同 样适用。 4 、为了提高通信系统的可靠性，i + i 主备板机制的应用日益普遍，w c d m a 分布 哈尔滨丁程大学硕士学位论文 式基站也采用了该机制，于是主备同步与主备倒换成为该通信系统稳定的另一个关键。 主备倒换过程包括主备同步。本文提出的主备倒换算法不同于已往被提出的算法：一方 面，该算法不依赖于基站硬件设备，而是从软件角度研究实现的，可移植性好，大大降 低了硬件的开销；另一方面，该算法与已提出的软件实现主备倒换的算法也有本质的区 别和优势，它突破了先主倒备、后备倒主的倒换常规，以避免出现双备的情况，并且将 数据同步等较大数据量的操作提前进行，大大缩短了主备倒换的时间开销。而且本文将 提出的主备倒换算法应用于双模基站通信系统中，与多模基站的发展前景保持一致。 关键词：嵌入式内存数据库；w c d m a 分布式基站；前后台同步；主备同步；主备倒 换 w c d m a 分布式基站前后台同步与主各倒换设计与实现 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h ew i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yt ot h ed i r e c t i o no f i n t e g r a t e d ，s m a l la n dm o d u l a rt o d a y , d i s t r i b u t e db a s es t a t i o nm a r k st h eb a s i cd e v e l o p m e n t i d e ao f t h en e x t g e n e r a t i o no fb a s es t a t i o n s d i s t r i b u t e db a s es t a t i o nc a nm a k et h eb a l a n c e b e t w e e nh i g hp e r f o r m a n c e sa n dl o wc o s t , w h i c hh a st h ec a p a b i l i t yt ob ed i s t r i b u t e df l e x i b l y , a n di tc o n f o r m st ot h eo v e r a l lc o m m u n i c a t i o n si n d u s t r yt r e n d s a tp r e s e n tt h em o s t r e p r e s e n t a t i v ei n t e r n a t i o n a l3 gm o b i l ec o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g ys t a n d a r d sc d m a 2 0 0 0 ， t d - s c d m aa n dw c d m a ，a n dw c d m ah a si n h e r e n ta d v a n t a g e so nm a r k e t ，h i g h e r s p r e a d i n gg a i na n dg l o b a lr o a m i n gc a p a b i l i t y , w h i c hm a k ew c d m a d i s t r i b u t e db a s es t a t i o n b e c o m et h eh o tr e s e a r c hf i e l do ft h ec u r r e n tc o m m u n i c a t i o n sp r o b l e m s e m b e d d e ds y s t e m sh a v e b e e ni n t e g r a t e di n t od a i l yl i f e ，a n dt h ed e n s i t yo fm a i nm e m o r y i sr i s i n g ，w h i l ep r i c e sa r ed e c r e a s i n g a n de m b e d d e dm e m o r yd a t a b a s ec a nm e e tt h ec u r r e n t s i t u a t i o no fs h o r t a g eo fe m b e d d e ds y s t e mh a r d w a r er e s o u r c e sa n dt h er e q u i r e m e n t so f r e a l - t i m ee f f i c i e n c y s oa p p l y i n gt h ee m b e d d e dm e m o r yd a t a b a s et e c h n o l o g yt ow c d m a d i s t r i b u t e db a s es t a t i o ns y s t e mt or e s o l v et h ed a t ar e a l - t i m es y n c h r o n i z a t i o na n dm a i n s t a n d b y s w i t c hp r o b l e m sh a sav e r yg o o dp r o s p e c t t h ef o l l o w i n ga s p e c t sw e r ep r o p o s e di nt h i sp a p e r ： 1 、3 gb a s es t a t i o ns o f t w a r ep l a t f o r ma r c h i t e c t u r ew a si n t r o d u c e di nt h i sp a p e r , a n dt h i s p l a t f o r mi sb a s e do ne m b e d d e dr e a l - t i m eo p e r a t i n gs y s t e mv x w o r k s t h i ss o f t w a r ep l a t f o r m c a l ls h i e l dt h eh a r d w a r ee n v i r o n m e n t , a n ds u p p o r tv a r i o u sb u s i n e s ss o r w a r ea p p l i c a t i o n s ，a n d a l s os u p p o r tt h es m o o t hs w i t c h i n gb e t w e e nv a r i o u se m b e d d e do p e r a t i n gs y s t e m s 2 、e m b e d d e dm e m o r yd a t a b a s es y s t e mf o rw c d m ad i s t r i b u t e db a s es t a t i o nw a s p r o p o s e d , w h i c hi st op r o v i d er e a l - t i m e ，s t a b l ea n d r e l i a b l ed a t am a n a g e m e n ta n dm a i n t e n a n c e f o rt h ew h o l e s y s t e m ，i n c l u d i n g d a t ai n t e r f a c e s f o ro t h e r a p p l i c a t i o n s ，r e a l t i m e s y n c h r o n i z a t i o na n dr e l i a b l em a i n s t a n d b ys w i t c h t h ed a t a b a s es y s t e mi n c l u d e st h ef o l l o w i n g m o d u l e s ：s y s t e mp o w e rm o d u l e ，f o r e - b a c k g r o u n ds y n c h r o n i z a t i o nm o d u l e ，m a i n s t a n d b y s y n c h r o n i z a t i o nm o d u l e ，d a t as a v i n gm o d u l e ，t r i g g e rm o d u l ea n dd a t ai n t e r f a c e sm o d u l e t h i s p a p e rf o c u s e so nt h ea l g o r i t h m so ft h ef o r e b a c k g r o u n d s d a t a s y n c h r o n i z a t i o n ；t h e m a i n s t a n d b yd a t as y n c h r o n i z a t i o na n ds w i t c h o ft h i se m b e d d e dm e m o r yd a t a b a s e f o r 哈尔滨下程大学硕十学位论文 w c d m ad i s t r i b u t e db a s es t a t i o n 3 、i no r d e rt oa c h i e v et h ef o r e - b a c k g r o u n dr e a l - t i m ed a t as y n c h r o n i z a t i o ni nw c d m a d i s t r i b u t e db a s e s t a t i o n , r e c o r d - l e v e ls y n c h r o n i z a t i o n a l g o r i t h m a n dt a b l e l e v e l s y n c h r o n i z a t i o na l g o r i t h mw e r er e s p e c t i v e l yp r o p o s e df o rs i t u a t i o n so fs i n g l et a b l em u l t i p l e t a b l e so p e r a t i o nb yt h eb a c e g r o u n d ，w h i c hw e r eb o t hb a s e do nt h em a i n s t a n d b ym e m o r yi d e a t h eo u t s t a n d i n ga d v a n t a g e so ft h et w oa l g o r i t h m sw e r et a k i n gi n t oa c c o u n tt h ep a r e n t - c h i l d r e l a t i o n s h i pc o n s t r a i n ta n dt h ee x c l u s i v et a b l ec o n s t r a i n t , w h i c h c a l lc o m p l e t e l ya v o i dt h e i l l e g a ld a t as y n c h r o n i z a t i o n e x p e r i m e n t sp r o v e dt h a tt h i st w oa l g o r i t h m sh a v ev e r yg o o d r e a l - t i m en a t u r e ，a n dt h ea l g o r i t h m sc a na l s oa p p l yt oo t h e rd i s t r i b u t e db a s es t a t i o ns y s t e m s w h i c hh a v ef o r e - b a c k g r o u n do p e r a t i o n s 4 、i no r d e rt oi m p r o v et h er e l i a b i l i t yo fc o m m u n i c a t i o ns y s t e m s ，1 + 1m a i n s t a n d b y m e c h a n i s mi su s u a l l ya p p l i e d ，w h i c hi sa l s ou s e di nw c d m ad i s t r i b u t e db a s es t a t i o n s ot h e r e a l i z a t i o no fm a i n s t a n d b yd a t as y n c h r o n i z a t i o na n ds w i t c hi st h ek e yo fs t a b i l i t yo ft h e c o m m u n i c a t i o n s y s t e m , a n d m a i n s t a n d b y s w i t c hi n c l u d e s m a i n s t a n d b y d a t a s y n c h r o n i z a t i o n t h ep r o p o s e da l g o r i t h mi sd i f f e r e n tf r o m t h em a i n s t a n d b ys w i t c ha l g o r i t h m s ， w h i c hw e r ep r o p o s e db e f o r e o nt h eo n eh a n d ，t h ea l g o r i t h md o e sn o tr e l yo nb a s es t a t i o n h a r d w a r ed e v i c e ，w h i c hi sd e p e n d e n to nt h es o f t w a r e ，a n di ti sp o r t a b l ea n dg r e a t l yr e d u c i n g t h eh a r d w a r eo v e r h e a d ；o nt h eo t h e rh a n d ，t h ea l g o r i t h ma l s od i f f e r e n tf r o mp r o p o s e do n e sb y s o f t w a r e ，i tc h a n g e dt h eo r d e ro fm a i n s t a n d b ys w i t c h , w h i c hc a na v o i dt w os t a n d b y ss t a t e ， a n dd a t as y n c h r o n i z a t i o ni so p e r a t e db e f o r et h es w i t c hp h a s e ，w h i c hc a ng r e a t l yr e d u c et h e s w i t c h i n gt i m e a n dt h ea l g o r i t h mi ss u i t a b l ef o rm u l t i m o d ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m ，w h i c h c a na d a p tw e l lt ot h ef u t u r ep r o s p e c t s k e yw o r d s ：e m b e d d e dm e m o r yd a t a b a s e ；w c d m a d i s t r i b u t e db a s es t a t i o n ； f o r e b a c k g r o u n ds y n c h r o n i z a t i o n ；m a i n - s t a n d b ys y n c h r o n i z a t i o n ；m a i n - s t a n d b y s w i t c h 第1 章绪论 1 1 研究背景及意义 第1 章绪论 嵌入式系统已经融入到现代社会生活的每个角落，从早期的汽车工业、国防工业、 通信设备、工业控制、医疗仪器等领域，到今天的与人们闩常生活息息相关的电子产品， 无处不在嵌入式系统的身影【2 】。嵌入式系统由硬件平台和软件平台构成，其中硬件平 台以微处理器为核心，而软件平台以嵌入式操作系统为核心内容。目前世界上微处理器 每年生产总量的9 5 以上用于嵌入式系统丌发，嵌入式系统应用是微电子行业最大的利 润来源之一瞄j 。 将数据库技术应用于嵌入式系统中已不是一个很陌生的课题，并且这种应用已经成 为嵌入式系统一种新的发展趋势。如何在有限资源的嵌入式系统环境下很好的保证整个 嵌入式系统高效实时的特点，并对整个系统提供稳定的数据管理和维护成为了充满着新 机遇和新挑战的研究课题。嵌入式实时内存数据库的研究在彳断发展深化的同时，目前 也已进入了实用化、产品化、商用化的阶段。纵观目前国际、国内嵌入式数据库应用的 情况已经进入了加速发展的阶段。嵌入式实时内存数据库技术已经在学术领域、工业领 域、军事领域、民用商用领域得到了充分的重视与认可。 传统的基于磁盘存储的数据库将数据库数据、控制信息、数据字典等全部数据库文 件信息存放在磁盘中，一般情况下需要较大磁盘空问，并且只有在需要操作数据时彳将 数据库拷贝到内存中，直接导致访问磁盘数据库中数据的响应很慢。这种情况在非实时 系统中有时可以容忍，但是对于强调高实时性的嵌入式系统来说是绝对不允许的。况且 嵌入式系统的硬件资源十分珍贵，在这种情况下，既要发挥嵌入式系统实时高效的性能 特点，又要兼顾大数据量存储和管理，解决的方法之一就是将整个数据库保存在主内存 中，磁盘仅仅作为备份或者存储同志文件p j 。 随着嵌入式数据库技术的不断发展和进步，主内存的成本不断降低，而密度却在不 断提高，将内存数据库建立在嵌入式系统之上，既能够充分满足嵌入式系统实时高效的 要求，又能适应嵌入式系统磁盘资源紧缺的现状，也能提高数据库系统整体的运行效率。 基站是移动通信领域中进行信息传递的无线电收发信电台，在一定的无线电覆盖区 域内，通过移动交换中心与移动终端进行通信。i t u 在2 0 0 0 年5 月确定了3 g 的主流无 线接口标准：w c d m a ( w i d e b a n dc o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) 、c d m a 2 0 0 0 ( c o d e l t n 2 1 , 滨i 样人孑：硕t j 。产1 市论爻 d i v i s i o n m u l t i p l e a c c e s s2 0 0 0 ) 以及t d s c d m a ( t i m ed i v i s i o n s y n c h r o n o u sc o d e d i v i s i o nm u l t i p l e a c c e s s ) 。其中w c d m al tj _ j ：先天的时j 场优势，受到业界的广泛关注。 第一代w c d m a 艰站产生于2 0 0 0 年，随后w c d m ai 州络不断斗j 大。3 g 基站需要对高 性能和低成本进行有效地均衡，并且需要有灵活分命的能力。为了满足这些需求，分伽 式基站应运而生。分析i 式基站是新+ 代系列化基站t t i 的一种新型丛站，是。种在无机房 或者机房位置不他的情况下，实现经济快速的无线网络建设方案【4 1 。典型的w c d m a 系 统组成示意图如劁1 1 所示。 m 嗍r ( u e ) 无徽网 挑即n ) d + - 霄弋r 。一。 分组数据网 1 1 ， 中j 数据 v 弋1 公共电话网 - l 图1 1 典型的w c d m a 系统组成示意图 w c d m a 系统山系列用户设备( u e ：u s e re q u i p m e n t ) 通过基站( n o d eb ：b 结 点) 和无线网络控制器( r n c ：r a d i on e t w o r kc o n t r o l l e r ) 或路由网络与移动电话、公 共电晤连接或通过核心网( c n ：c o r e n e t w o r k ) 与i n t e m e t 连接。w c d m a 系统既适川 于5 m 赫鲍带宽的w c d m a 无线信道，也适用。j 二窄带2 0 0 k 赫兹带宽的g s m 信道。i u 接口负责核心网与无线接入网之问的信令交互，u u 接口负责无线接入网与用户设备之 j 的信令交互。 无线接入网( r a n ：r a d i oa c c e s sn e t w o r k ) 由许多通过i u 接口连接到c n 的无线 叫络子系统( r n s ：r a d i on e t w o r ks u b s y s t e m ) 组成。并且一个r n s 包括个r n c 和 至少一个n o d eb 。无线接入网的结构如图1 2 所示。 1 ， 够矽 第1 章绪论 图1 2 无线接入网结构图 n o d eb 通过i u b 接口与r n c 相连接，并且支持f d d 模式和t d d 模式。n o d eb 可 以包括一个或多个小区。w c d m a 分布式基站的n o d e b 由b b u ( b a s eb a n du n i t ) 和 r r u ( r a d i or e m o t eu n i t ) 组成。b b u 与r r u 分别作为整个基站的基带处理部分和射 频处理部分，可以各自独立安装，实现远距离分开放置【4 】【5 1 。w c d m a 分布式基站结构 如图1 3 所示。 图1 3w c d m a 分布式基站结构图 一个b b u 可以连接多个r r u ，w c d m a 分布式基站采用b b u + r r u 的架构，可以 很好地解决大型场馆等不同复杂地形的网络覆盖问题。其中r n c 是w c d m a 基站的无 线网络控制器，用于提供移动管理、呼叫处理、链路管理和切换机制等功能。 3 哈尔滨- t 程大学硕十学位论文 将嵌入式实时内存数据库应用于w c d m a 分布式基站存在着很多技术难题待解决， 在内存中采用何种数据组织结构进行基站大量数据的有效管理和维护，系统的可移植 性，如何保证基站数据的实时同步以及可靠的倒换机制等等。这些就是本论文主要研究 的内容。 综上所述，本论文的研究目的及意义就在于为w c d m a 分布式基站系统提供稳定 可靠的数据管理和维护，从而使该嵌入式基站系统达到高速、可靠的数据访问目的。本 嵌入式内存数据库系统是建立在v x w o r k s 嵌入式操作系统之上 1 2 国内外研究现状及发展趋势 1 2 1 国内外发展现状 国外，伴随着移动通信技术从窄带数字系统逐步向宽带数字移动通信系统的演进， 基站技术也不断地向前发展2 0 0 1 年，日本开通了全球第一个商用w c d m a 网络，该 网络采用的是第一代3 g 基站，当时的设备以单载频扇区配置为主，大部分采用室内宏 蜂窝基站。随后的4 到5 年的时间内，移动基站技术本身发生了巨大的变化，在包括集 成度、功耗、产品形态的多样化、业务支持能力、平滑演进能力等方面都取得了一系列 的突破，现在已经进入了新一代3 g 基站的时代。 在国内，基站的研究发展与市场的发展密不可分。从第一代模拟通信网络 ( 创，s 厂r a c s ) 被第二代窄带数字移动通信系统( g s m c d m 舯h s ) 所替代，历经了 1 5 年，二其间主要是解决通话的需求。第二代基站主要包括g s m 与c d m a 两大阵营。 根据g s a 统计，g s m 用户市场占有率已经超过了8 5 ，市场上占绝对的优势。通信市 场的发展促进了基站新技术的不断产生，每几年就有更高性能的新一代基站出现r 7 1 。 基站历经从模拟到数字、从窄带到宽带的发展历程，每4 到5 年就更新一次。但其 发展方向一直没有改变，都是向高性能、高可靠、布网灵活、升级维护方便，节省总成 本的方向发展【6 】。随着计算机的快速应用和发展，小数据量的通信能力已经不能满足人 们丰富的业务需求，窄带数字系统正逐步向第三代宽带数字移动通信系统 ( w c d m a c d m a 2 0 0 0 t d s c d m a ) 进行平滑演进，从窄带系统的出现到宽带系统的出 现，大约经历了1 5 年，正是因为从2 g 到3 g 是演进而非革命，使得两者可以共存相当 长的一段时间，3 g 除了提供2 g 的所有业务外，还具备了宽带数据业务的能力。目前最 新一代3 g 基站具备多载波、高效数字功放、全性能h s d p a 、开放式的架构等特征，已 经成为了业界的主流。3 g 基站向高集成度方向发展，不断引入新技术，目前部署的 4 第1 章绪论 i ii i w c d m a 基站都支持h s d p a ，部分已经支持h s u p a 。 3 g 移动网络经过近几年的发展壮大，网络实时性和可靠性的要求越来越高，并且 网络部署的难度也越来越大。w c d m a 由于先天的市场优势、全球漫游能力强、较高的 扩频增益以及技术成熟性好等突出的特点使得w c d m a 基站的研究成为热点【8 】- 【0 1 。同 时，市场的发展也要求w c d m a 基站向高性能、低成本、灵活分布的方向发展。 w c d m a 基站总体上经历了三个发展阶段。 第一代是宏基站。宏基站可以满足大容量需求，但单板数晕多、体积大、空间需求 大，并且需要固定机房进行维护。 第二代是微基站。适用于用户数相对少的郊区，体积小，占用空间小，维护较方便， 但仍需要固定机房。 第三代是分布式基站。分布式基站的特点在于基带单元与射频单元实现了分开放 置，射频拉远，并且支持堆叠，可以灵活配置。几乎不占用空l 、日j ，是一种在无机房或者 机房位置不佳的情况下实现经济快速无线建网的基站类型。 将内存数据库应用于w c d m a 分布式基站通信系统之中可以有效的提高系统的实 时性和可靠性。内存数据库的概念为：设有数据库d b ，d b m ( t ) 是t 时刻d b 在内存中 的数据集，d b m ( t ) cd b ；t s 为所有事务的集合，a t ( t ) 是t 时刻的活动事务集， a t ( t ) ct s ；d t ( t ) 为t 在t 时刻的操作数据集，d t ( t ) cd b ；若在任一时刻t ，均有： 对任一事务有t a t ( t ) ，d t ( t ) cd b m ( t ) 成立，则称d b 为一个内存数据库，简称 m m d b1 1 5 】。 1 9 8 4 年到1 9 9 0 年问，o b e 内存数据库、m a r s 内存数据库模型、t p k 内存数据库 以及s y s t e mm 内存数据库相继产生。随后半导体技术蓬勃发展，使得内存容量不断提 高的同时价格降低，使得内存数据库技术有了更广阔的发展空间。1 9 9 4 年美国o s e 公 司推出了内存数据库产品p o l y h e d r a ，1 9 9 8 年德国s o f l w a r e a g 研制出t a m i n od a t a b a s e ， 1 9 9 9 年同本提出了a l t i b a s e 数据库，2 0 0 1 年美国m c o b j e c t 和加拿大e m p r e s s 分别提出 了e x t r e m e d b 和e m p r e s s d b 数据库。目前，人们已经对内存数据库的数据组织、体系 结构、存取方法、事务处理、并发控制以及恢复技术等多方面进行大量的研究与讨论， 并取得了一系列丰富的研究成果【i l 】【12 1 。不同的内存数据库也相继产生，仅有设计蓝图的 数掘库系统包括m m d b m s 1 7 】【1 8 1 、m a r s 1 9 】- f 2 1 1 等。在实验室实现的内存数据库系统 ( o b e 2 2 】【2 3 】、s y s t e mm 等) ，再到目前已经商业化的数据库系统( e x t r e m e d b 2 4 1 、a l t i b a s e 、 t i m e s t e n 等) ，它们见证了内存数据库蓬勃发展的今天。其中最有代表性的嵌入式内存 数据库管理系统是e x t r e m e d b , 之是一款专门致力于嵌入式系统数据库管理的实时内存 5 哈尔滨f ：程人学硕十学位论文 数据库系统。e x t r e m e d b 目前已经在各种网络通信设备、自动化产品、医疗设备、手机 等领域被广泛应用。另外开源内存数据库【2 剐的开发与研究也对嵌入式内存数据库的研究 和发展起到了强有力的推动性作用，比较典型的开源内存数据库系统有m o n e t d b 和 f a s t d b 等，它们都较常应用于移动计算场合。 在国内，针对于内存数据库的研究也从未停歇过脚步。文献 1 3 1 对软件平台进行了 设计，但是目前看结构并不是十分合理，本文提出了嵌入式软件平台，更适应于3 g 软 件平台的要求。文献 1 4 】针对于嵌入式内存数据库系统提出了更高效的数据存储算法 ( e h a s ) 和索引算法( p m c t - t r e e ) 。文献 2 5 1 对a l t i b a s e 内存数据库的性能及可靠性方 面进行了研究和探讨。文献 1 6 和文献 2 9 】都对嵌入式内存数据库的数据组织形式进行 了研究，适用于在嵌入式系统中基于内存的关系型数据库的构建。文献 5 1 】、 5 2 】从硬 件角度实现了主备通信系统的主备同步和倒换功能，但是硬件方法的可靠性低，并且硬 件开销大，不利于低成本的系统升级。文献 5 3 1 、【5 4 1 和【5 5 】是从软件角度实现的主备通 信系统的主备同步和倒换方案，但是它们普遍耗时长，并且倒换时可能出现双备板的情 况，不利于整个通信系统的可靠运行。 目前针对于单纯嵌入式内存数据库的研究主要集中在故障恢复技术、存储结构和索 引算法等，而在具体应用中的研究相对较少，而针对于具体应用场合如何更好的运用嵌 入式内存数据库是一个比较新颖的研究方向。 1 2 2 未来基站发展趋势 传统型基站主要是提供宏基站和微基站的服务。宏基站的容量大、体积大、功率大， 适用于绝大部分的区域：而微基站的特点是容量小、体积也小。小功率型适用于密集地 区和室内覆盖区域，大功率型适用于机房获取困难的地区及偏远地区。大功率的模块化 基站被用于解决大容量的问题，小型化基站则主要用于解决室内覆盖的建网问题。另外， 还有概念型基站微微蜂窝，主要解决家庭小区域的网络覆盖问题。 未来基站的设计理念是要朝着高性能、高可靠、节省t c o 、布网灵活和升级维护方 便等方向发展。基站的总体发展趋势是更低成本、更灵活的架构、更高的性能和集成度； 基站产品形态将朝着满足各种复杂无线环境的方向发展。其中基带技术朝着更高性能、 更高集成度的方向发展；射频技术将朝着更高效率、更高灵活性的方向发展；传输技术 将朝着全i p 的方向发展。此外，一些特色的解决方案，如细分的室内覆盖解决方案以 及分布式解决方案也成为业界当前关注的焦点。总的来看，基站技术发展主要呈现出以 下几个方面的趋势。 6 第1 章绪论 一第一，开放式模块化是基站发展的重要方向。近年来，有大量文献对下一代网络技 术、协议和标准进行研究，希望能够更多地采用丌放、统一、标准的技术来实现功能， 丌发新的增值业务。对丌放接口的推动，也可以帮助减少初始的网络投资，降低风险。 接口的标准化带来的则是设备的模块化。而模块化设计在下一代基站中更重要的体现在 管理模块与射频模块的分离，这种分离大大增加了基站的覆盖灵活性。而对于基站和用 户终端都采用模块化设计。的情况下，网络将因为设备的配置灵活而具有良好的扩展性， 容易扩充和增加新业务。总的来说，丌放式模块化使基站能够快速响应，缩短建网时问， 降低维护成本，降低运维难度。 第二，支持多载波、大容量、高集成、低功耗、高性能。容量需求变化时只需增加 相应的信道板，就可以实现快速平滑扩容，这将成为基站的另一个重要发展趋势。现在 的系统可以支持1 2 个载波，一个宏基站加上载频模块就能够提供更大的容量和更好的 覆盖。 第三，更高的功率效率，并且节能环保。更高功率、更高的集成度，意味着需要更 高的效率。小体积、低功耗可以有效降低维护成本，并增强系统的可靠性。基站的整体 扣+ 效率提高后，基站发出来的热量减少，功放稳定性相应会增强、集成度也会增加，并且 支持更宽的信号频带，配合高集成度的射频器件，使基站功能模块变得更小。 第四，多场景多形态分布式基站。在未来移动网络建设方案中，为了满足不同场景 下对基站设备的不同要求，基站必须能体现多场景下的多形态，分布式基站就是其中一 个重要的发展方向。分布式基站的演进路线是：第一代分布式基站是从传统的宏基站通 。争 过c p r i 接口接到r r u 上的；第二代分布式基站由标准的基带处理单元b b u 和r r u 组成，b b u 具有标准的尺寸，可以灵活地放置在任意一个标准机柜罩；第三代分布式 基站由b b u 和各种系列的r r u 组成，适用于各种场景的大、中、小功率r r u ，还可 以通过r h u b 灵活组网，满足各种应用的需求；更大功率的分布式基站，解决广覆盖和 大容量问题，具备替代宏基站的能力；更小型化的分布式基站，适应室内覆盖建网模式。 第五，新室内覆盖解决方案。3 g 室内的业务量巨大，采用特有的3 g 室内无线设备 及解决方案，并且需要细分各种室内覆盖市场，针对于大型室内区域、中型室内区域以 及s o h o 推出不同的室内覆盖解决方案，特别是在s o h o 地区，体积小、布网灵活的 新形态基站u m t s a p 将得到较为广泛的应用。 第六，符合多无线接入化的发展趋势。从核心网到无线接入网，再到终端，未来的 移动通信网络j 下在向全i p 方向发展，网络呈现扁平化的发展趋势，这里的全i p 化不仅 指基站设备的i p 化，还包括了传输的i p 化，为降低从传统的t d m 网络直接升级为全 7 哈尔滨犟人学硕十何论文 i p 网络的风险，并且保护投资，通信界一般采用分步平滑升级的方式来实现向全i p 的 过渡。目前移动应用和移动通信网络都在向多无线接入的方向发展，基站设备也必须注 重向将来的技术演进和与未来技术的共存方式上发展。 1 3 论文主要研究工作及章节安排 1 3 1 研究内容的提出 本论文的研究内容就是针对于未来基站的发展趋势之一第二代分布式基站提 出的。由于w c d m a 相对于其他3 g 标准有着先天的市场优势以及技术成熟度高等特点， w c d m a 分布式基站的相关研究成为当前通信领域研究的热点。由于通信基站对实时性 与可靠性的要求，本论文引入了嵌入式内存数据库技术来解决w c d m a 分布式基站自订 后台数据同步、主备数据同步以及主备倒换问题的设计与实现。 1 3 2 论文章节安排 w c d m a 分布式基站的嵌入式内存数据库模块负责整个基站系统的数据管理和维 护，并为其他系统的组成模块提供可靠的数据接口，同时它需要接收后台传束的配置数 据，并且获取操作系统子系统o s s 和操作系统o s 的各种系统支持。对w c d m a 分布 式基站的嵌入式内存数据库系统进行研究具有重要意义，它影响到w c d m a 分布式基 站运行的稳定性、可靠性以及实时性等重要指标。 本论文对基于w c d m a 分布式基站的嵌入式实时内存数据库系统做了研究和设计， 首先对目前流行和被广泛认可的四种嵌入式系统v x w o r k s 、l ac l i n u x 、1 tc o s i i 和e c o s 从任务管理、内存管理、中断管理、文件系统、任务及中断间的同步与通信机制、对硬 件的支持和系统移植性等各个方面进行了详细的对比，最终选取v x w o r k s 操作系统进 行本内存数据库系统的开发。并且本文在w c d m a 分布式基站硬件架构的基础之上提 出了嵌入式软件平台的设计，该软件平台最大的好处是能够实现对底层操作系统的封 装，最大程度屏蔽硬件差异。然后本文对整个数据库的功能组成及数据字典进行了详细 的设计和研究。最后两大部分是前后台同步算法以及主备同步和倒换算法的研究和实 现。 本论文的具体章节安排如下： 第1 章绪论。本章主要阐述了本课题的研究背景及意义，对w c d m a 分布式基 站的基本组成进行了阐述，然后对嵌入式内存数据库的发展进行了研究。同时对国内外 嵌入式内存数据库的发展过程及研究现状进行了深度的剖析，最后简明扼要的提出了本 第1 章绪论 论文的主要研究工作和章节安排。 第2 章嵌入式开发环境建立及软件平台搭建。主要对目前常见的嵌入式实时操作 系统进行了全面的对比，包括v x w o r k s 、l ac l i n u x 、l ac o s i i 和e c o s ，通过很多方面 的对比之后，最终选择了v x w o r k s 操作系统及其交叉丌发环境t o r n a d o 作为本论文研究 的嵌入式实时操作系统的丌发环境。然后对基于v x w o r k s 的w c d m a 分布式基站系统 的硬件架构进行了介绍，并且在硬件架构基础上提出了嵌入式软件平台的设计，大大提 高了本系统的可移植能力，同时对该嵌入式软件平台的各个组成模块及其功能进行了深 入的分析。 第3 章数据库功能组成及数据字典。本章首先从整个嵌入式内存数据库系统需要 实现的功能入手，把数据库系统分成了若干的功能模块，并依次对各个组成的功能模块 进行详细的分析，对其实现流程进行了深入的研究。然后对数据库的数据字典部分的基 本原语设计和创建、数据结构组成、数据存储设计、数据库的基本处理操作以及数据库 约束检查部分进行了详细的阐述和设计，最后是数据库的基本配置表的引入和研究部 分。 譬 第4 章前后台数据同步算法。针对于w c d m a 分布式基站通信系统的前后台设 计架构，于是引入了前后台数据同步问题，即需要保证在基站通信系统运行的过程中， 通过后台的操作能实时有效的作用于前台数据库。根据后台操作对前台数掘库表的不同 影响，本文提出了两种前后台数据同步算法，分别足记录级同步算法和表级数据同步算 法，这两种算法都是基于主备内存的思想提出的。并且通过对两种算法进行详细韵测试 验证，证明了两种算法能很好的保证系统前后台数据的实时同步性能。 第5 章主备板数据同步及倒换算法。1 + 1 主备板机制是被通信领域广泛采用和比 较认可的用于提高整