一种大规模复杂无线通信系统的仿真方法和系统与流程

文档序号:11254568
一种大规模复杂无线通信系统的仿真方法和系统与流程
本发明涉及无线通信、高性能计算应用领域,尤其涉及的是一种大规模复杂无线通信系统的仿真方法和系统。

背景技术:
随着社会发展,新的应用和需求不断出现,如物联网、公共安全、突发事件等方面的需求,随之而来的是对无线通信技术提出更高的要求,主要体现在:更高的速率、更低的时延、更加可靠的网络覆盖、满足热点区域业务要求以及移动条件下仍能提供优质服务。为了满足这些要求,一系列技术被提出:更高的频段、更大的带宽、天线增强技术、大规模天线阵列以提高速率;采用中继技术以保障小区边缘的覆盖和提升系统容量;针对移动场景,提出移动网络场景,包括移动中继(Relay)、游牧节点;为了满足物联网发展要求,实施MTC(MachineTypeCommunication,机器类型通信)技术,提出了大规模机器通信(MassiveMachineCommunication,MMC)的研究方向;针对公共安全需求和增强覆盖需求,实施终端直通技术(Device2Device,D2D);针对未来80%-90%的系统吞吐量来自室内和热点场景,提出密集小区布网方案和256QAM高阶调制技术;为解决密集组网引起的小区间干扰和频繁切换问题,提出宏微小区双链接、垂直波束赋形、虚拟小区、无线回传、MM(MassiveMIMO,大规模多输入多输出)和笔形波束赋形等;为了节约能源,提出了小区快速开关和小区发现技术。上述技术的引入,导致无线网络有如下发展趋势:网络规模越来越大,且网络规模根据业务变化而动态改变;网络结构越来越复杂,主要体现在多制式多频点共存和互操作、多种覆盖模式共存,拓扑结构复杂,不规则网络,且随终端、机器、移动Relay(中继)、游牧节点的移动而动态变化;网络 节点种类越来越多,由此产生多种无线链路共存和多种业务需求共存,网络节点之间的协作越来越频繁;多种物理层处理技术将被引入;更多天线相关技术的引入,必然需要对无线信道进行精确建模,如采用射线追踪技术和3D信道、3D场景建模技术。传统的单核/单机仿真平台已经无法完成对上述技术的仿真和评估,主要体现在无法提供足够的内存支持大规模场景仿真,无法保存仿真过程中产生的大量信道等数据;无法提供高速的计算速率以支持对大量复杂的物理层处理、大规模天线阵列建模和大量高层逻辑处理;无法提供灵活的架构以支持多制式共存、多模覆盖、多业务共存等的仿真;无法提供较好的可扩展结构以支持协议的演进,随着协议的演进,对不同类型网络节点的添加和删除可能导致将仿真平台推倒重来。单核目前用于在64天线超大规模天线阵列技术和射线追踪仿真中,运行速度极慢,需要几天才能完成一个仿真;在精确信道建模的射线追踪技术仿真中内存达到100G,且运算速度非常慢,更不用提对后续5G技术的仿真。仿真技术的滞后必将严重阻碍5G标准的研究和推进,因此,需要研究适用于大规模复杂无线通信系统性能指标的新的仿真方法和平台。

技术实现要素:
本发明所要解决的技术问题是提供一种大规模复杂无线通信系统的仿真方法和系统,能够解决大规模复杂无线通信系统仿真过程中面临的内存压力、计算压力,并为仿真平台提供灵活性、扩展性好的并行架构。本发明提供了一种大规模复杂无线通信系统的仿真方法,该方法包括:客户端读取仿真配置参数,确定并行工作的各个CPU的功能类型并创建对应的仿真任务,通过任务管理器向并行工作的各个CPU下发仿真任务;并行工作的CPU接收任务管理器下发的仿真任务,根据客户端配置的功能类型与其他CPU进行数据交互和同步操作,运行仿真代码。可选地,所述客户端读取仿真配置参数并进行处理,确定并行工作的各 个CPU的功能类型并创建对应的仿真任务,包括:根据仿真配置参数配置的并行工作的CPU数量、网络节点的数量和参数,在本地计算或通过并行工作的CPU协同计算网络节点之间的干扰关系,根据计算结果确定网络节点之间的数据交互关系;确定并行工作的各个CPU的功能类型,根据网络节点、用户设备的数据交互关系为负责通信制式仿真的CPU分配网络节点和用户设备,构建并行工作的CPU之间的数据交互关系,为需要进行点对点通信的CPU对设置通信时序;为并行工作的每一个CPU创建对应的仿真任务,所述仿真任务包括数据和仿真代码;其中,所述CPU的功能类型包括:时序控制、数据中转、通信制式仿真。可选地,所述根据网络节点、用户设备的数据交互关系为负责通信制式仿真的CPU分配网络节点和用户设备,包括进行以下至少一种处理:a)将异制式异频点的网络节点划分在不同的通信制式仿真CPU中;b)将存在数据交互的同制式同频点的网络节点划分在同一种通信制式仿真CPU中,同制式同频点的网络节点,根据网络节点的干扰关系划分到不同的CPU中;c)将用户设备划分到其接入网络节点所在的通信制式仿真CPU中。d)不同并行CPU之间数据交互最少;e)不同并行CPU之间计算量均衡。可选地,并行工作的CPU根据客户端配置的功能类型与其他CPU进行数据交互和同步操作,运行仿真代码,包括:并行工作的CPU根据获取到的仿真任务确定自己的功能是时序控制时,通过运行仿真代码向其他CPU广播CPU之间的同步消息。可选地,并行工作的CPU根据客户端配置的功能类型与其他CPU进行数据交互和同步操作,运行仿真代码,包括:并行工作的CPU根据获取到的仿真任务确定自己的功能是数据中转时,接收时序控制CPU广播的同步消息并获取当前进行点对点通信的收发CPU对信息,在确定当前是本CPU与负责通信制式仿真的CPU进行点对点通信时,将缓存的其他CPU发送给本CPU当前通信对端的数据延时后发出,接收并缓存本CPU当前通信对端发送给其他CPU的数据。可选地,并行工作的CPU根据客户端配置的功能类型与其他CPU进行数据交互和同步操作,运行仿真代码,包括:并行工作的CPU根据获取到的仿真任务确定自己的功能是通信制式仿真时,接收时序控制CPU广播的同步消息并获取当前进行点对点通信的收发CPU对信息,在确定当前是本CPU与其他CPU进行点对点通信时,与其他CPU进行数据交互,运行网络节点协议栈代码和用户设备协议栈代码,计算上行和/或下行干扰。可选地,所述并行工作的CPU计算上行和/或下行干扰,包括:在对本CPU中驻留的目标网络节点计算上行干扰时,获取本CPU中驻留的用户设备与所述目标网络节点之间的位置关系和信道模型、其他CPU中驻留的对所述目标网络节点存在强干扰的用户设备与所述目标网络节点之间的位置关系和信道模型,根据获取到的信息计算信号之间的慢衰和快衰,根据信号衰落的计算结果确定用户设备对所述目标网络节点的上行干扰;在对本CPU中驻留的目标用户设备计算下行干扰时,获取本CPU中驻留的网络节点与所述目标用户设备之间的位置关系和信道模型、其他CPU中驻留的对所述目标用户设备存在强干扰的网络节点与所述目标用户设备之间的位置关系和信道模型,根据获取到的信息计算信号之间的慢衰和快衰,根据信号衰落的计算结果确定网络节点对所述目标用户设备的下行干扰。本发明提供了一种大规模复杂无线通信系统的仿真系统,包括:客户端,用于读取仿真配置参数并进行处理,确定并行工作的各个CPU的功能类型并创建对应的仿真任务,通过任务管理器向并行工作的各个CPU 下发仿真任务;并行工作的CPU,用于接收任务管理器下发的仿真任务,根据客户端配置的功能类型与其他CPU进行数据交互和同步操作,运行仿真代码;任务管理器,用于接收客户端提交的仿真任务并下发给并行工作的CPU。可选地,所述客户端,用于读取仿真配置参数并进行处理,确定并行工作的各个CPU的功能类型并创建对应的仿真任务,包括:根据仿真配置参数配置的并行工作的CPU数量、网络节点的数量和参数,在本地计算或通过并行工作的CPU协同计算网络节点之间的干扰关系,根据计算结果确定网络节点之间的数据交互关系;确定并行工作的各个CPU的功能类型,根据网络节点、用户设备的数据交互关系为负责通信制式仿真的CPU分配网络节点和用户设备,构建并行工作的CPU之间的数据交互关系,为需要进行点对点通信的CPU对设置通信时序;为并行工作的每一个CPU创建对应的仿真任务,所述仿真任务包括数据和仿真代码;其中,所述CPU的功能类型包括:时序控制、数据中转、通信制式仿真。可选地,所述客户端,用于根据网络节点、用户设备的数据交互关系为负责通信制式仿真的CPU分配网络节点和用户设备,包括进行以下至少一种处理:a)将异制式异频点的网络节点划分在不同的通信制式仿真CPU中;b)将存在数据交互的同制式同频点的网络节点划分在同一种通信制式仿真CPU中,同制式同频点的网络节点,根据网络节点的干扰关系划分到不同的CPU中;c)将用户设备划分到其接入网络节点所在的通信制式仿真CPU中。d)不同并行CPU之间数据交互最少;e)不同并行CPU之间计算量均衡。可选地,并行工作的CPU,用于根据客户端配置的功能类型与其他CPU进行数据交互和同步操作,运行仿真代码,包括:根据获取到的仿真任务确定自己的功能是时序控制时,通过运行仿真代码向其他CPU广播CPU之间的同步消息。可选地,并行工作的CPU,用于根据客户端配置的功能类型与其他CPU进行数据交互和同步操作,运行仿真代码,包括:根据获取到的仿真任务确定自己的功能是数据中转时,接收时序控制CPU广播的同步消息并获取当前进行点对点通信的收发CPU对信息,在确定当前是本CPU与负责通信制式仿真的CPU进行点对点通信时,将缓存的其他CPU发送给本CPU当前通信对端的数据延时后发出,接收并缓存本CPU当前通信对端发送给其他CPU的数据。可选地,并行工作的CPU,用于根据客户端配置的功能类型与其他CPU进行数据交互和同步操作,运行仿真代码,包括:根据获取到的仿真任务确定自己的功能是通信制式仿真时,接收时序控制CPU广播的同步消息并获取当前进行点对点通信的收发CPU对信息,在确定当前是本CPU与其他CPU进行点对点通信时,与其他CPU进行数据交互,运行网络节点协议栈代码和用户设备协议栈代码,计算上行和/或下行干扰。可选地,并行工作的CPU,用于计算上行和/或下行干扰,包括:在对本CPU中驻留的目标网络节点计算上行干扰时,获取本CPU中驻留的用户设备与所述目标网络节点之间的位置关系和信道模型、其他CPU中驻留的对所述目标网络节点存在强干扰的用户设备与所述目标网络节点之间的位置关系和信道模型,根据获取到的信息计算信号之间的慢衰和快衰,根据信号衰落的计算结果确定用户设备对所述目标网络节点的上行干扰;在对本CPU中驻留的目标用户设备计算下行干扰时,获取本CPU中驻留的网络节点与所述目标用户设备之间的位置关系和信道模型、其他CPU 中驻留的对所述目标用户设备存在强干扰的网络节点与所述目标用户设备之间的位置关系和信道模型,根据获取到的信息计算信号之间的慢衰和快衰,根据信号衰落的计算结果确定网络节点对所述目标用户设备的下行干扰。与现有技术相比,本发明提供的一种大规模复杂无线通信系统的仿真方法和系统,客户端读取仿真配置参数并进行处理,确定并行工作的各个CPU的功能类型并创建对应的仿真任务,通过任务管理器向并行工作的各个CPU下发仿真任务,并行工作的CPU接收到任务管理器下发的仿真任务后,根据客户端配置的功能类型与其他CPU进行数据交互和同步操作,运行仿真代码。本发明能够解决大规模复杂无线通信系统仿真过程中面临的内存压力、计算压力,并为仿真平台提供灵活性、扩展性好的并行架构,以支持多种需求、想法和场景的仿真。附图说明图1为本发明实施例采用的分布式并行仿真平台的系统架构示意图。图2为本发明实施例的分布式并行仿真平台中客户端、任务管理器和并行CPU的功能示意图。图3为本发明实施例的一种大规模复杂无线通信系统的仿真方法流程图。图4为本发明实施例的一种大规模复杂无线通信系统的仿真系统示意图。图5为本发明示例1的客户端实现实例一流程图。图6为本发明示例2的单通信制式仿真平台CPU构成及相互关系(实例一)示意图。图7为本发明示例3的单通信制式仿真平台CPU构成及相互关系(实例二)示意图。图8为本发明示例4的多制式共存仿真平台CPU构成及相互关系(实例三)示意图。图9为本发明示例5的多制式共存仿真平台CPU构成及相互关系(实例四)示意图。图10为本发明示例6的并行CPU实现流程示意图。图11为本发明示例7的时序控制节点实现流程示意图。图12为本发明示例8的并行CPU数据交互实现流程实例一示意图。图13为本发明示例9的并行CPU数据交互实现流程实例二示意图。图14为本发明示例10的并行CPU数据交互实现流程实例三示意图。图15为本发明示例11的通信制式仿真CPU仿真网络范围确定示意图。图16为本发明示例13的通信制式仿真CPU仿真实现流程图。图17为本发明示例14的中转节点CPU实现流程图。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。本发明采用分布式并行仿真平台,该仿真平台的架构主要由三部分组成:客户端、任务管理器和并行CPU。客户端是一台或者多台远程PC机,这些PC机由人控制,多台PC机之间独立运行。任务管理器是并行仿真机中的一个CPU,这个CPU可以与其他并行CPU共用一台仿真机也可以独占一台仿真机。多台并行仿真机,每台仿真机有一个或多个CPU,这些CPU构成并行CPU,这些CPU之间并行独立运行,有自己独立的内存。图1是并行系统的架构。客户端通过网络与仿真实验室相连,仿真实验室有多台高性能仿真机,高性能仿真机之间通过交换机相连,将其中一台仿真机设置为任务管理器,其余仿真机的CPU构成并行CPU。如图2所示,所述分布式并行仿真平台包含的客户端、任务管理器、并行CPU的主要功能和信息交互如下:客户端,是一台或者多台彼此独立的PC机,可在远程办公室等地,由 人操作启动仿真,主要工作是:启动仿真、并读取仿真配置的参数;根据配置的并行CPU数量和仿真中网络节点的类型和数量,为每个并行CPU分配仿真网络节点;分配的依据是:不同并行CPU之间数据交互最少,以及不同并行CPU之间计算量尽可能均衡;设置每个并行CPU的类型;根据网络节点分配结果和不同网络节点的数据交互关系构建不同并行CPU间的数据交互关系;将读取和初步处理的仿真数据和仿真平台代码提交到任务管理器;向任务管理器发出命令,接收任务管理器返回的命令响应;对多个并行CPU返回的仿真结果进行综合处理。任务管理器,可设置在一台仿真机上,主要工作:接收客户端提交的数据和代码,将这些数据和代码分发到并行CPU中;检测每个并行CPU的运行状态;根据客户端的命令执行相应的操作,如删除或者取消并行仿真任务、回收状态为finish(完成)的仿真任务的运行结果等。并行CPU,接收任务管理器分发的结果,根据本CPU的网络节点类型和网络节点ID,运行相应的仿真代码;与相关的并行CPU进行数据交互、同步等操作。并行CPU可以包括四种功能类型:时序控制...
当前第1页1 2 3 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1