[发明专利]一种用于LTE系统的分布式并行化系统级仿真方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种仿真方法，具体是一种用于LTE系统的分布式并行化系统级仿真方法。

背景技术

随着个人数据业务的急剧膨胀，移动通信系统容量面临巨大的挑战。以构建高吞吐率低延迟的新一代移动通信系统为目标，3GPP LTE以其成熟的技术路线和巨大的商用潜力获得各大通信设备商和运营商的广泛支持。为更高效、精确地评估LTE系统性能、优化系统方案及算法设计，系统级仿真逐渐成为科研人员普遍采用的关键评估手段。近年来LTE系统仿真器呈现多样化的趋势，无论是NS-2、NS-3、OMNeT++等开源网络仿真平台还是各大设备商、运营商、科研院校及其他研究机构，都基于各自的研究目标开发了各类LTE仿真器。然而这些仿真器大都只能单线程运行，仿真效率低下，无法满足日益增长的系统性能评估需求所带来的越来越庞大的仿真运算开销。因此，将仿真平台的并行化势在必行。

尽管现有的部分仿真平台可以支持并行化仿真，但有些只能支持多线程并行，而无法支持分布式的多机并行，而另一些则只提供了并行化处理平台，可以处理有线网络的并行仿真，但是对无线通信系统特别是LTE系统的分布式并行仿真支持还相当欠缺。OMNeT++/INET Framework：OMNeT++是一个离散事件网络仿真平台，主要用于通信网络的仿真。OMNeT++提供了一套消息传递机制，使得所有模块之间的通信都可以通过消息传递进行，同时其底层也提供了MPI接口以实现分布式仿真。OMNeT++本身只是一个仿真环境，为了便于在OMNeT++上进行各类协议仿真，INET Framework提供了基本的有线和无线的协议模块。INET对无线网络的一般性建模包括多个节点以及一个全局的ChannelControl模块，如图1所示。该网络定义中并未给出显式的连接，各个节点在初始化时先将各自的Radio子模块注册到全局模块ChannelControl中，节点间的数据包发送通过ChannelControl进行分发，实现了数据包的广播。

INET Framework对无线系统的建模并未考虑到分布式仿真问题，其技术缺点在于仿真中存在全局的ChannelControl模块，数据包的发送并非通过纯粹的消息传递进行，而是涉及到了函数接口的直接调用。如果将各个节点分配到不同的LP上做并行处理，则其中只会有一个LP存在该全局模块，而其他LP都会因为在函数调用过程中无法获得全局模块而中止仿真。也就是说，OMNeT++环境下的INET Framework框架无法为LTE系统的分布式仿真提供必要的结构性支持。

系统级仿真是研究人员评估LTE系统性能的重要手段。近年LTE系统研究的场景越来越庞大，例如由数十个基站和成百上千个终端构成的复杂网络。而LTE系统仿真器对各个模块建模细节都有很高的要求，无论是小尺度信道计算、物理层链路预测、多天线处理还是调度算法都需要消耗大量的运算。如此巨大的运算量用单线程仿真几乎无法完成，只有采用多线程甚至分布式多机并行的方式才能够满足日益增长的仿真运算量的需求。目前能够支持LTE系统仿真的仿真平台大都只能支持单线程，部分支持单机多线程，但都无法提供完善的分布式多机并行仿真方案。

一般而言，分布式仿真能够实现的关键在于整个仿真流程中所有的模块间都必须通过消息传递机制进行通信，不能出现模块间的直接函数调用(除非这些模块在仿真分区时被配置到相同的处理单元中)。也就是说，一旦仿真建模出现全局模块，其分布式处理就不可能实现。对于采用有线连接的通信网络仿真，其数据包的发送都是点对点进行，可在仿真建模时避免设计全局模块从而较为方便的进行分布式仿真，而无线通信系统具有天然的广播特性，多数仿真平台都通过一个全局的信道控制模块来维护信道并进行数据包广播，从而制约了其分布式并行仿真的可行性。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种用于LTE系统的分布式并行化系统级仿真方法，可避免出现全局的仿真模块，从而便于将所有节点分配到多个服务器上并行处理，成倍的节省仿真时间，为大规模高复杂度的LTE系统仿真提供了可能。本发明可与底层的通用通信接口(如MPI)结合，实现服务器集群的分布式仿真。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种用于LTE系统的分布式并行化系统级仿真方法，包括如下步骤：

S1、定义网络拓扑，将网络中的每个eNB通过一个GateInterface的中间层与所有UE显式的连接在一起，建立双向连接，从eNB到UE的连接用于传递下行数据包以及控制、调度等信息，从UE到eNB的连接用于传递上行数据包以及各种测量反馈信息；