一種用于lte系統(tǒng)的分布式并行化系統(tǒng)級仿真方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種仿真方法，具體是一種用于LTE系統(tǒng)的分布式并行化系統(tǒng)級仿真方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著個人數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的急劇膨脹，移動通信系統(tǒng)容量面臨巨大的挑戰(zhàn)。以構(gòu)建高吞吐率低延遲的新一代移動通信系統(tǒng)為目標，3GPP LTE以其成熟的技術(shù)路線和巨大的商用潛力獲得各大通信設(shè)備商和運營商的廣泛支持。為更高效、精確地評估LTE系統(tǒng)性能、優(yōu)化系統(tǒng)方案及算法設(shè)計，系統(tǒng)級仿真逐漸成為科研人員普遍采用的關(guān)鍵評估手段。近年來LTE系統(tǒng)仿真器呈現(xiàn)多樣化的趨勢，無論是NS-2、NS-3、OMNeT++等開源網(wǎng)絡(luò)仿真平臺還是各大設(shè)備商、運營商、科研院校及其他研宄機構(gòu)，都基于各自的研宄目標開發(fā)了各類LTE仿真器。然而這些仿真器大都只能單線程運行，仿真效率低下，無法滿足日益增長的系統(tǒng)性能評估需求所帶來的越來越龐大的仿真運算開銷。因此，將仿真平臺的并行化勢在必行。
[0003]盡管現(xiàn)有的部分仿真平臺可以支持并行化仿真，但有些只能支持多線程并行，而無法支持分布式的多機并行，而另一些則只提供了并行化處理平臺，可以處理有線網(wǎng)絡(luò)的并行仿真，但是對無線通信系統(tǒng)特別是LTE系統(tǒng)的分布式并行仿真支持還相當欠缺。0MNeT++/INET Framework:0MNeT++是一個離散事件網(wǎng)絡(luò)仿真平臺，主要用于通信網(wǎng)絡(luò)的仿真。OMNeT++提供了一套消息傳遞機制，使得所有模塊之間的通信都可以通過消息傳遞進行，同時其底層也提供了 MPI接口以實現(xiàn)分布式仿真。OMNeT++本身只是一個仿真環(huán)境，為了便于在OMNeT++上進行各類協(xié)議仿真，INET Framework提供了基本的有線和無線的協(xié)議模塊。INET對無線網(wǎng)絡(luò)的一般性建模包括多個節(jié)點以及一個全局的ChannelControl模塊，如圖1所示。該網(wǎng)絡(luò)定義中并未給出顯式的連接，各個節(jié)點在初始化時先將各自的Rad1子模塊注冊到全局模塊ChannelControl中，節(jié)點間的數(shù)據(jù)包發(fā)送通過ChannelControl進行分發(fā)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)包的廣播。
[0004]INET Framework對無線系統(tǒng)的建模并未考慮到分布式仿真問題，其技術(shù)缺點在于仿真中存在全局的ChannelControl模塊，數(shù)據(jù)包的發(fā)送并非通過純粹的消息傳遞進行，而是涉及到了函數(shù)接口的直接調(diào)用。如果將各個節(jié)點分配到不同的LP上做并行處理，則其中只會有一個LP存在該全局模塊，而其他LP都會因為在函數(shù)調(diào)用過程中無法獲得全局模塊而中止仿真。也就是說，OMNeT++環(huán)境下的INET Framework框架無法為LTE系統(tǒng)的分布式仿真提供必要的結(jié)構(gòu)性支持。
[0005]系統(tǒng)級仿真是研宄人員評估LTE系統(tǒng)性能的重要手段。近年LTE系統(tǒng)研宄的場景越來越龐大，例如由數(shù)十個基站和成百上千個終端構(gòu)成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。而LTE系統(tǒng)仿真器對各個模塊建模細節(jié)都有很高的要求，無論是小尺度信道計算、物理層鏈路預(yù)測、多天線處理還是調(diào)度算法都需要消耗大量的運算。如此巨大的運算量用單線程仿真幾乎無法完成，只有采用多線程甚至分布式多機并行的方式才能夠滿足日益增長的仿真運算量的需求。目前能夠支持LTE系統(tǒng)仿真的仿真平臺大都只能支持單線程，部分支持單機多線程，但都無法提供完善的分布式多機并行仿真方案。
[0006]一般而言，分布式仿真能夠?qū)崿F(xiàn)的關(guān)鍵在于整個仿真流程中所有的模塊間都必須通過消息傳遞機制進行通信，不能出現(xiàn)模塊間的直接函數(shù)調(diào)用(除非這些模塊在仿真分區(qū)時被配置到相同的處理單元中)。也就是說，一旦仿真建模出現(xiàn)全局模塊，其分布式處理就不可能實現(xiàn)。對于采用有線連接的通信網(wǎng)絡(luò)仿真，其數(shù)據(jù)包的發(fā)送都是點對點進行，可在仿真建模時避免設(shè)計全局模塊從而較為方便的進行分布式仿真，而無線通信系統(tǒng)具有天然的廣播特性，多數(shù)仿真平臺都通過一個全局的信道控制模塊來維護信道并進行數(shù)據(jù)包廣播，從而制約了其分布式并行仿真的可行性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種用于LTE系統(tǒng)的分布式并行化系統(tǒng)級仿真方法，可避免出現(xiàn)全局的仿真模塊，從而便于將所有節(jié)點分配到多個服務(wù)器上并行處理，成倍的節(jié)省仿真時間，為大規(guī)模高復(fù)雜度的LTE系統(tǒng)仿真提供了可能。本發(fā)明可與底層的通用通信接口(如MPI)結(jié)合，實現(xiàn)服務(wù)器集群的分布式仿真。
[0008]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0009]一種用于LTE系統(tǒng)的分布式并行化系統(tǒng)級仿真方法，包括如下步驟:
[0010]S1、定義網(wǎng)絡(luò)拓撲，將網(wǎng)絡(luò)中的每個eNB通過一個GateInterface的中間層與所有UE顯式的連接在一起，建立雙向連接，從eNB到UE的連接用于傳遞下行數(shù)據(jù)包以及控制、調(diào)度等信息，從UE到eNB的連接用于傳遞上行數(shù)據(jù)包以及各種測量反饋信息；
[0011]S2、將網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點分配到不同的LP，把位置相同或相近的eNB及其所服務(wù)的UE劃分到相同的LP ；
[0012]S3、進行節(jié)點初始化，包括參數(shù)讀入、位置歸屬選擇、信道生成等工作；
[0013]S4、初始化結(jié)束后，即可開始在各個節(jié)點的應(yīng)用層生成數(shù)據(jù)包驅(qū)動仿真進行。
[0014]其中，所述步驟S3中的位置歸屬具體為當UE位置和大尺度信道由配置文件導(dǎo)入時，只需預(yù)先計算好UE的歸屬，即可將其與歸屬的eNB劃分到相同的LP中，當UE地理位置需要隨機生成的情況時，需預(yù)先設(shè)定UE的歸屬并重復(fù)撒點確定UE位置，直至該位置的eNB歸屬與預(yù)設(shè)一致為止。
[0015]其中，所述步驟S3中信道生成步驟為:在初始化確定UE位置后，UE向所有eNB發(fā)送信道計算請求，eNB將自己的位置、天線配置、發(fā)送功率等信息發(fā)送給UE，UE根據(jù)這些信息依次完成大尺度、小尺度信道的計算
[0016]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0017]通過顯式指定eNB、UE間的連接，并在每個節(jié)點獨立維護該節(jié)點的無線信道，實現(xiàn)了 LTE系統(tǒng)的分布式并行化仿真，為LTE系統(tǒng)大規(guī)模高復(fù)雜度的網(wǎng)絡(luò)仿真提供了可能；將地理位置相同或相近的eNB及其所服務(wù)的UE劃分到相同的LP，以最大程度降低仿真同步開銷，有效提升分布式并行化仿真速度。
【附圖說明】
[0018]圖1為傳統(tǒng)技術(shù)中OMNeT++/INET Framework的無線網(wǎng)絡(luò)仿真結(jié)構(gòu)。
[0019]圖2為本發(fā)明實施例LTE系統(tǒng)分布式并行化仿真配置流程。
[0020]圖3為本發(fā)明實施例中m個eNB與η個UE的連接示意圖。
[0021]圖4為本發(fā)明實施例中eNB模塊中的門實現(xiàn)示意圖。
[0022]圖5為本發(fā)明實施例中UE模塊中的門實現(xiàn)示意圖。
[0023]圖6為本發(fā)明實施例中LTE分布式仿真中小區(qū)劃分到LP的情形示意圖。
[0024]圖7為本發(fā)明實施例中UE與eNB的下行信道計算交互過程示意