一種用于lte系統的分布式并行化系統級仿真方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種仿真方法，具體是一種用于LTE系統的分布式并行化系統級仿真方法。
【背景技術】
[0002]隨著個人數據業務的急劇膨脹，移動通信系統容量面臨巨大的挑戰。以構建高吞吐率低延遲的新一代移動通信系統為目標，3GPP LTE以其成熟的技術路線和巨大的商用潛力獲得各大通信設備商和運營商的廣泛支持。為更高效、精確地評估LTE系統性能、優化系統方案及算法設計，系統級仿真逐漸成為科研人員普遍采用的關鍵評估手段。近年來LTE系統仿真器呈現多樣化的趨勢，無論是NS-2、NS-3、OMNeT++等開源網絡仿真平臺還是各大設備商、運營商、科研院校及其他研宄機構，都基于各自的研宄目標開發了各類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，可以處理有線網絡的并行仿真，但是對無線通信系統特別是LTE系統的分布式并行仿真支持還相當欠缺。0MNeT++/INET Framework:0MNeT++是一個離散事件網絡仿真平臺，主要用于通信網絡的仿真。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接口以實現分布式仿真。OMNeT++本身只是一個仿真環境，為了便于在OMNeT++上進行各類協議仿真，INET Framework提供了基本的有線和無線的協議模塊。INET對無線網絡的一般性建模包括多個節點以及一個全局的ChannelControl模塊，如圖1所示。該網絡定義中并未給出顯式的連接，各個節點在初始化時先將各自的Rad1子模塊注冊到全局模塊ChannelControl中，節點間的數據包發送通過ChannelControl進行分發，實現了數據包的廣播。
[0004]INET Framework對無線系統的建模并未考慮到分布式仿真問題，其技術缺點在于仿真中存在全局的ChannelControl模塊，數據包的發送并非通過純粹的消息傳遞進行，而是涉及到了函數接口的直接調用。如果將各個節點分配到不同的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都會因為在函數調用過程中無法獲得全局模塊而中止仿真。也就是說，OMNeT++環境下的INET Framework框架無法為LTE系統的分布式仿真提供必要的結構性支持。
[0005]系統級仿真是研宄人員評估LTE系統性能的重要手段。近年LTE系統研宄的場景越來越龐大，例如由數十個基站和成百上千個終端構成的復雜網絡。而LTE系統仿真器對各個模塊建模細節都有很高的要求，無論是小尺度信道計算、物理層鏈路預測、多天線處理還是調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，分布式仿真能夠實現的關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，不能出現模塊間的直接函數調用(除非這些模塊在仿真分區時被配置到相同的處理單元中)。也就是說，一旦仿真建模出現全局模塊，其分布式處理就不可能實現。對于采用有線連接的通信網絡仿真，其數據包的發送都是點對點進行，可在仿真建模時避免設計全局模塊從而較為方便的進行分布式仿真，而無線通信系統具有天然的廣播特性，多數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據包廣播，從而制約了其分布式并行仿真的可行性。
【發明內容】
[0007]為解決上述問題，本發明提供了一種用于LTE系統的分布式并行化系統級仿真方法，可避免出現全局的仿真模塊，從而便于將所有節點分配到多個服務器上并行處理，成倍的節省仿真時間，為大規模高復雜度的LTE系統仿真提供了可能。本發明可與底層的通用通信接口(如MPI)結合，實現服務器集群的分布式仿真。
[0008]本發明的目的通過以下技術方案來實現:
[0009]一種用于LTE系統的分布式并行化系統級仿真方法，包括如下步驟:
[0010]S1、定義網絡拓撲，將網絡中的每個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據包以及控制、調度等信息，從UE到eNB的連接用于傳遞上行數據包以及各種測量反饋信息；
[0011]S2、將網絡中的所有節點分配到不同的LP，把位置相同或相近的eNB及其所服務的UE劃分到相同的LP ；
[0012]S3、進行節點初始化，包括參數讀入、位置歸屬選擇、信道生成等工作；
[0013]S4、初始化結束后，即可開始在各個節點的應用層生成數據包驅動仿真進行。
[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入時，只需預先計算好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，需預先設定UE的歸屬并重復撒點確定UE位置，直至該位置的eNB歸屬與預設一致為止。
[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發送信道計算請求，eNB將自己的位置、天線配置、發送功率等信息發送給UE，UE根據這些信息依次完成大尺度、小尺度信道的計算
[0016]本發明具有以下有益效果:
[0017]通過顯式指定eNB、UE間的連接，并在每個節點獨立維護該節點的無線信道，實現了 LTE系統的分布式并行化仿真，為LTE系統大規模高復雜度的網絡仿真提供了可能；將地理位置相同或相近的eNB及其所服務的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為傳統技術中OMNeT++/INET Framework的無線網絡仿真結構。
[0019]圖2為本發明實施例LTE系統分布式并行化仿真配置流程。
[0020]圖3為本發明實施例中m個eNB與η個UE的連接示意圖。
[0021]圖4為本發明實施例中eNB模塊中的門實現示意圖。
[0022]圖5為本發明實施例中UE模塊中的門實現示意圖。
[0023]圖6為本發明實施例中LTE分布式仿真中小區劃分到LP的情形示意圖。
[0024]圖7為本發明實施例中UE與eNB的下行信道計算交互過程示意