一種c-ran系統(tǒng)級仿真平臺的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及了一種用于C-RAN系統(tǒng)級仿真平臺。該仿真平臺主要包含三層次：核心模擬引擎層、C-RAN網(wǎng)絡仿真層和用戶層。核心模擬引擎是整個仿真過程中的離散事件管理框架，負責安排和處理離散事件以及仿真時鐘的推進；C-RAN網(wǎng)絡仿真層根據(jù)C-RAN核心網(wǎng)絡各個子層的特點抽象成具體模塊，該層主要模擬C-RAN架構的物理資源、網(wǎng)絡拓撲、虛擬化管理；用戶層用于應用特征變量設置和仿真結果輸出。用戶可根據(jù)具體應用要求搭建C-RAN通信網(wǎng)絡，然后針對通信中的不同模塊的算法進行反復測試和優(yōu)化，為實際C-RAN網(wǎng)絡搭建提供參考，給開發(fā)工作帶來便利。
【專利說明】一種C-RAN系統(tǒng)級仿真平臺

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于無線通信【技術領域】。具體地涉及一種實現(xiàn)C-RAN架構無線接入系統(tǒng)仿真平臺。

【背景技術】
[0002]隨著移動運營商所面臨的競爭日趨激烈，雖然用戶數(shù)量和業(yè)務量在急劇增加，但是單用戶的ARPU值卻增長緩慢甚至慢慢減少，嚴重的削弱了移動運營商的盈利能力和市場優(yōu)勢。無線接入網(wǎng)是移動運營商的生存資本，而傳統(tǒng)無線接入網(wǎng)有著許多固有缺點，如:基站數(shù)量巨大，需要高額的建設和運維成本；基站實際利用率低，網(wǎng)絡平均負載大大低于忙時負載，基站之間不能共享處理能力，難以提高頻譜效率；平臺的專有性使得運營商需要維護多個不同制式且不兼容的平臺，增加了擴容和維護時的成本。在這種情況下一種新型的無線接入網(wǎng)架構C-RAN被提出，以解決以上困境。
[0003]C-RAN 是一種有 4C(Clean、Centralized、Cooperative、Cloud)特點的綠色無線接入網(wǎng)，也是目前移動通信無線網(wǎng)絡架構的主要演進方向。如圖1所示，C-RAN主要包括三個部分:遠端無線射頻單元和天線組成的分布式無線網(wǎng)絡；有高寬帶低延遲的光纖或傳輸網(wǎng)絡連接射頻單元；有高性能通用處理器和實時虛擬化技術組成的集中式基帶處理池。這種新型無線接入網(wǎng)技術是由中國移動通信研究院在2010年3月首次提出，旨在達到降低能源消耗較少資本和運維開支，提高頻譜利用率增加用戶帶寬，開放平臺支持多標準共存和平滑升級，對終端用戶提供更好的因特網(wǎng)服務。
[0004]目前C-RAN無線接入網(wǎng)構架的組件還面臨諸多技術挑戰(zhàn)，其中包括:低成本光網(wǎng)絡傳輸無線信號、先進的協(xié)作發(fā)射/接收技術、基站虛擬化技術等。鑒于C-RAN無線接入網(wǎng)的諸多優(yōu)勢，自提出之日起就受到了極大的重視，許多研究機構紛紛投入了大量的精力從事處理芯片設備和算法的研究。處理芯片方面主要包括基于通用CPU的通用處理平臺、基于軟基帶DSP的物理層硬件加速器的研究以構建大規(guī)?；鶐幚沓亍Ｋ惴ǚ矫姘ɑ趯崟r虛擬化技術的虛擬基站管理、基帶資源分配、協(xié)議資源分配和動態(tài)載波遷移技術等。但是各種芯片設備和算法的研究都著重解決專有問題，到目前為止還沒有一個專有的平臺把各種算法協(xié)調(diào)到一個C-RAN架構的仿真系統(tǒng)中，實現(xiàn)對算法在C-RAN系統(tǒng)中的性能整體表現(xiàn)的評估。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對以上問題，本發(fā)明的目的在于搭建一個基于C-RAN架構的系統(tǒng)級仿真平臺，以達到對C-RAN仿真環(huán)境進行模擬，對提出的新算法在C-RAN系統(tǒng)中的性能改善進行整體評估的目的。
[0006]本發(fā)明的技術方案如下:
[0007]所述C-RAN系統(tǒng)級仿真平臺設計為三個層次:核心模擬引擎層、C-RAN網(wǎng)絡仿真層和用戶層。
[0008]所述C-RAN核心模擬引擎層設計了四個子模塊:仿真事件模塊(SimEvent)、仿真實體模塊(SimEntity)、事件隊列模塊GiventQueue)和仿真執(zhí)行模塊(CranSim)。
[0009]所述C-RAN網(wǎng)絡仿真層是對整個C-RAN無線接入網(wǎng)核心物理設備、資源抽象、資源分配管理的具體實現(xiàn)。結合C-RAN架構的特點，C-RAN網(wǎng)絡仿真層設計四個子層:物理資源層、虛擬資源層、虛擬基站層、虛擬網(wǎng)絡運營商層，每個子層設計對應組件表示該層的實際特性。
[0010]所述用戶層用于模擬C-RAN網(wǎng)絡中虛擬網(wǎng)絡運營商和虛擬用戶業(yè)務和資源需求，用戶根據(jù)實際的仿真模型搭建自己的C-RAN網(wǎng)絡，仿真初始化后生成用戶id、無線遠端(RRH)列表、虛擬用戶屬性、協(xié)議列表、任務量信息。
[0011]具體地,所述C-RAN核心模擬引擎層的仿真事件模塊(SimEvent)用于表示仿真實體產(chǎn)生并在他們之間傳遞的事件消息，其中包括基本事件類型(evtype)、初始化時間(startime)、結束時間(endtime)、傳遞時間(waitingtime)、資源標識(srcobject)、目標實體(tagobject)和傳到目標實體的數(shù)據(jù)(data)。
[0012]具體地,所述C-RAN核心模擬引擎層的仿真實體模塊(SimEntity)是模型在計算機中的表示。主要包含屬性和方法，屬性是具體模型特征的表征，方法用于表示是模型的狀態(tài)轉移。在核心模擬引擎層中，仿真實體模塊是根據(jù)C-RAN網(wǎng)絡中物理資源的特性進行抽象，主要屬性包括:實體名稱(name)、實體id、事件緩沖鏈表(evbuffer)、當前狀態(tài)(state);主要方法主要包括:實體初始化(StartEntity)、事件處理(processEvent)、銷毀實體(closeEntity)。
[0013]具體地，所述C-RAN核心模擬引擎層的事件隊列(EventQueue)模塊聲明了EventSim類型的鏈表，用于于存取仿真過程中產(chǎn)生的事件。事件隊列中，事件以時間戳存儲，采用先入先出設計。該模塊包含添加事件(addEvent)、移除事件(removeEvent)、獲取隊列長度(getSize)方法。
[0014]具體地，所述C-RAN核心模擬引擎層的仿真執(zhí)行模塊(CranSim)是整個離散事件仿真的框架，負責管理事件隊列、安排和處理事件以及時鐘的推進，其中時鐘以先進樂觀機制推進。
[0015]進一步，所述C-RAN網(wǎng)絡仿真層中的物理資源子層，設計了協(xié)議處理設備模塊(protocolHost)、地帶處理設備模塊(baseProcessHost)、交換設備模塊(changeHost),他們用于描述實際網(wǎng)絡中的物理設備，所述模塊繼承自SimEntity基類，包括各種物理資源屬性:存儲資源(RAM)、通用處理資源(CPU)、專用處理資源(DSP)、帶寬資源(BW)、虛擬基站列表(VBList)和資源使用狀態(tài)更新方法(updateResourceStatus)、虛擬基站資源分配策略(resourceForVBSchedule)以及虛擬基站添加(VBadd)、移除(VBremove)和虛擬基站資源負載處理(VBResUsageProcess)。
[0016]所述C-RAN網(wǎng)絡仿真層中的虛擬資源子層，采用物力資源池(phyResourcePool)對物理資源各模塊處理能力進行整合，用圖的形式建立物理資源類型、資源大小和設備id的映射。
[0017]所述C-RAN網(wǎng)絡仿真層中虛擬基站子層，主要有虛擬基站模塊(VB)組成。虛擬基站模塊實現(xiàn)對C-RAN架構中虛擬基站的行為模擬，主要包括的屬性有:虛擬基站id、制式(protocoltype)、資源特征列表(resourceList)、用戶任務鏈表(UserletList),行為方法有:用戶任務添加(userletadd)、移除(userletremove)。
[0018]所述C-RAN網(wǎng)絡仿真層中虛擬運營商子層，主要包括無線遠端(RRH)模塊。所述無限遠端模塊包括天線部分(TS)和射頻單元(RFU)兩個子模塊。
[0019]所述網(wǎng)絡仿真層中全局中心代理模塊(CranBroker)接收來自虛擬網(wǎng)絡運營商層、虛擬基站層、物理資源層的所有參數(shù)，并根據(jù)調(diào)度算法協(xié)調(diào)每一層的各個模塊的工作。主要有:根據(jù)虛擬應用層的用戶id鏈表和虛擬基站的資源圖按照相應的負載均衡算法實現(xiàn)負載的分配以及均衡；根據(jù)物理資源層提供的物理資源利用率和虛擬基站鏈表實現(xiàn)虛擬機站的遷移、負載均衡、節(jié)能算法。
[0020]本發(fā)明的優(yōu)點以及有益效果如下:
[0021]本發(fā)明針對C-RAN無線接入網(wǎng)架構特點，提出了一種C-RAN系統(tǒng)級仿真平臺，用于對真實C-RAN網(wǎng)絡各環(huán)境的模擬。用戶可以在該平臺的基礎上根據(jù)實際網(wǎng)絡情況組建自己的C-RAN網(wǎng)絡，并且可以對各個模塊實現(xiàn)相應的算法進行反復的測試和優(yōu)化。該仿真平臺底層核心模擬弓I擎實現(xiàn)了對C-RAN整個系統(tǒng)的高度抽象和對離散事件仿真進行管理以及仿真的時鐘推進。網(wǎng)絡仿真層在核心模擬引擎的基礎上實現(xiàn)C-RAN中典型模塊組件，用戶可以在該平臺的基礎上根據(jù)實際需求調(diào)用具體的模塊，像搭積木一樣搭建C-RAN網(wǎng)絡，并且在各個模塊中實現(xiàn)具體算法并進行反復的執(zhí)行仿真進行測試和優(yōu)化，從而為實際的C-RAN網(wǎng)絡的搭建提供參考。通過該平臺，仿真開發(fā)人員可以將主要精力集中于仿真系統(tǒng)的建模和邏輯描述方面，將工作重心放在算法的優(yōu)化上面，不用花費大量時間和精力在搭建證實測試網(wǎng)絡，從而較大程度的減少了仿真測試工作，提高工作效率。
[0022]本發(fā)明的其他優(yōu)點、目標和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領域技術人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實踐中得到教導。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是C-RAN架構無線接入網(wǎng)系統(tǒng)示意圖；
[0024]圖2是仿真平臺層次結構圖；
[0025]圖3是核心模擬引擎各模塊UML類圖；
[0026]圖4是核心模擬引擎執(zhí)行流程圖；
[0027]圖5是C-RAN網(wǎng)絡仿真層各模塊UML類圖；
[0028]圖6是C-RAN仿真平臺UML時序圖。

【具體實施方式】
[0029]本發(fā)明為方便C-RAN研究中的算法仿真驗證和系統(tǒng)級的性能評估，設計了一種C-RAN系統(tǒng)級仿真平臺。本平臺的設計采用了面向?qū)ο蟮乃枷?，在java程序開發(fā)語言下設計實現(xiàn)，下面結合附圖具體說明。為實現(xiàn)C-RAN架構系統(tǒng)級仿真，本發(fā)明分為三層設計，如圖2所示，該仿真平臺分為:核心模擬引擎層、C-RAN網(wǎng)絡仿真層和用戶層。
[0030]底層核心模擬引擎層負責管理事件隊列、控制仿真的順序執(zhí)行以及仿真時鐘的推進，是整個仿真運行的框架。圖3展示了底層核心模擬引擎的模塊組織結構，主要包括仿真事件(SimEvent)模塊、仿真實體(SimEntity)模塊、事件隊列(；EventQueue)模塊和仿真執(zhí)行(CranSim)模塊。
[0031]其中，仿真事件模塊是對仿真過程中產(chǎn)生的事件的抽象，它代表在實體(SimEntity)模塊之間傳遞和處理的消息。根據(jù)C-RAN網(wǎng)絡中消息的類型，SimEvent模塊對其進行抽象，主要屬性包括:基本事件類型(evtype)、初始化時間(startime)、結束時間(endtime)、傳遞時間(waitingtime)、資源標識(srcobject)、目標實體(tagobject)和傳到目標實體的數(shù)據(jù)(data)?？紤]到事件在隊列中的排序和實體之間的傳遞，事件模塊實現(xiàn)了 java中的Cloneable和Compareable兩個接口，如下表所不:
[0032]

【權利要求】
1.一種C-RAN系統(tǒng)級仿真平臺，其特征在于，所述平臺設計為三層:核心模擬引擎層、C-RAN網(wǎng)絡仿真層和用戶層； 所述C-RAN核心模擬引擎層負責管理事件隊列、控制仿真的順序執(zhí)行以及仿真時鐘的推進，是整個仿真運行的框架，其具有四個子模塊:仿真事件模塊、仿真實體模塊、事件隊列模塊和仿真執(zhí)行模塊； C-RAN網(wǎng)絡仿真層根據(jù)C-RAN核心網(wǎng)絡各個子層的特點抽象成具體模塊，設計有四個子層:物理資源層、虛擬資源層、虛擬基站層、虛擬網(wǎng)絡運營商層，每個子層設計對應組件表示該層的實際特性并且通過全局中心代理進行統(tǒng)一調(diào)度管理； 所述用戶層用于模擬C-RAN網(wǎng)絡中虛擬網(wǎng)絡運營商和虛擬用戶業(yè)務和資源需求，用戶根據(jù)實際的仿真模型搭建自己的C-RAN網(wǎng)絡，仿真初始化后生成用戶id、無線遠端(RRH)列表、虛擬用戶屬性、協(xié)議列表、任務量信息。
2.根據(jù)權利要求1所述的C-RAN系統(tǒng)級仿真平臺，其特征在于:所述仿真事件模塊用于表示仿真實體產(chǎn)生并在它們之間傳遞的事件消息，其中包括基本事件類型、初始化時間、結束時間、傳遞時間、資源標識、目標實體和傳到目標實體的數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權利要求1所述C-RAN系統(tǒng)級仿真平臺，其特征在于:所述仿真實體模塊是物理模型在計算機中的表示，包含屬性和方法，主要屬性包括:實體名稱、實體id、事件緩沖鏈表、當前狀態(tài)；主要方法包括:實體初始化、事件處理、銷毀實體。
4.根據(jù)權利要求1所述C-RAN系統(tǒng)級仿真平臺，其特征在于:所述事件隊列模塊聲明了 SimEvent類型的鏈表，用于存取仿真過程中產(chǎn)生的事件；事件隊列中，事件根據(jù)時間戳存儲，采用先入先出設計；該模塊包含添加事件、移除事件、獲取隊列長度的方法。
5.根據(jù)權利要求1所述C-RAN系統(tǒng)級仿真平臺，其特征在于:所述仿真執(zhí)行模塊是整個離散事件仿真的框架，負責管理事件隊列、安排和處理事件以及時鐘的推進，其中時鐘推進采用先進樂觀機。
6.根據(jù)權利要求1-5之任一項所述C-RAN系統(tǒng)級仿真平臺，其特征在于:所述C-RAN網(wǎng)絡仿真層中的物理資源子層，設計有協(xié)議處理設備模塊、地帶處理設備模塊、交換設備模塊、管理設備，它們用于描述實際網(wǎng)絡中的物理設備；所述模塊繼承自SimEntity基類，包括各種物理資源屬性:存儲資源、通用處理資源、專用處理資源、帶寬資源、虛擬基站列表和資源使用狀態(tài)更新方法、虛擬基站資源分配策略以及虛擬基站添加、移除和虛擬基站資源負載處理。
7.根據(jù)權利要求1-5之任一項所述C-RAN系統(tǒng)級仿真平臺，其特征在于:所述C-RAN網(wǎng)絡仿真層中的虛擬資源子層，采用物力資源池對物理資源各模塊處理能力進行整合，用圖的形式建立物理資源類型、資源大小和設備id的映射。
8.根據(jù)權利要求1-5之任一項所述C-RAN系統(tǒng)仿真平臺，其特征在于:所述C-RAN網(wǎng)絡仿真層中虛擬基站子層，主要由虛擬基站模塊組成；虛擬基站模塊實現(xiàn)對C-RAN架構中虛擬基站的行為模擬，主要包括的屬性有:虛擬基站id、制式、資源特征列表、用戶任務鏈表，包括的方法有:用戶任務添加、移除。
9.根據(jù)權利要求1-5之任一項所述C-RAN系統(tǒng)級仿真平臺，其特征在于:所述C-RAN網(wǎng)絡仿真層中虛擬運營商子層，主要包括無線遠端模塊，所述無限遠端模塊包括天線部分和射頻單元兩個子模塊。
10.根據(jù)權利要求1-5之任一項所述C-RAN系統(tǒng)級仿真平臺，其特征在于:所述網(wǎng)絡仿真層中全局中心代理模塊接收來自虛擬網(wǎng)絡運營商層、虛擬基站層、物理資源層的所有參數(shù)，并根據(jù)調(diào)度算法協(xié)調(diào)每一層的各個模塊的工作；主要有:根據(jù)虛擬應用層的用戶id鏈表和虛擬基站的資源圖按照相應的負載均衡算法實現(xiàn)負載的分配以及均衡；根據(jù)物理資源層提供的物理資源利用率和虛擬基站鏈表實現(xiàn)虛擬機站的遷移、負載均衡、節(jié)能算法。
11.利用權利要求1-10所述C-RAN系統(tǒng)級仿真平臺實現(xiàn)相關算法仿真的方法，所述方法的基本步驟如下: A、初始化核心模擬引擎:在創(chuàng)建其他實體之前需要對CranSim參數(shù)進行初始化,包括用戶數(shù)量、日期和跟中標志； B、創(chuàng)建物理資源池:物理資源池整合了所有模擬實際的物理設備的模塊，一個物理資源池由多個專用物理設備模塊組成；物理資源池的創(chuàng)建包括以下幾個步驟:(a)創(chuàng)建基帶處理設備鏈表、創(chuàng)建協(xié)議處理設備鏈表、創(chuàng)建管理設備鏈表、創(chuàng)建交換設備鏈表；(b)創(chuàng)建通用處理器鏈表、創(chuàng)建專用DSP處理器鏈表；(c)創(chuàng)建通用處理器和專用處理器，完成對其中的id和處理能力MIPS設置，添加到步驟(b)中的鏈表中；(d)創(chuàng)建基帶處理設備、協(xié)議處理設備、管理設備和交換設備并添加到步驟(a)創(chuàng)建的鏈表中；(e)創(chuàng)建物理資源池特征對象； C、創(chuàng)建全局中心代理:全局中心代理負責管理物理資源層的物理資源分配、虛擬基站的生命周期以及人物的調(diào)度，用戶可在全局中心代理實現(xiàn)對各個層次中的算法策略； D、創(chuàng)建虛擬基站:對虛擬基站參數(shù)進行設置，包括基站id設置，分配給它的虛擬資源大小設置，協(xié)議id設置，資源調(diào)度方式設置并提交給全局中心代理； E、組建無線遠端網(wǎng)絡:設置無線遠端標識，并以此來構建通信小區(qū)；實現(xiàn)信道狀態(tài)設置并在此基礎上實現(xiàn)自己的協(xié)作算法，接收用戶鏈表和業(yè)務鏈表量化成虛擬資源需求，并將這些信息添加到全局中心代理； F、創(chuàng)建通信任務:針對不同協(xié)議進行典型的通信業(yè)務設置，包括用戶id、用戶任務量，并提交給全局中心代理； G、啟動仿真； H、仿真結束打印結果。
【文檔編號】H04W24/06GK104053179SQ201410191412
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年5月7日 優(yōu)先權日:2014年5月7日
【發(fā)明者】龍懇, 黎偉, 余翔, 馬向前, 蘭瑩菲, 胡渝紡, 冉驍騎 申請人:重慶郵電大學