基于任务的分布式无线网络规划仿真设计

陈燕雷, 韩云波, 董江波, 李楠

（中国移动通信集团设计院有限公司, 北京 100080）

基于任务的分布式无线网络规划仿真设计

陈燕雷, 韩云波, 董江波, 李楠

（中国移动通信集团设计院有限公司, 北京 100080）

从流程设计、逻辑协议以及软件功能展示的角度介绍了基于任务的分布式网络规划仿真工具。基于任务的分布式无线网络规划仿真工具不仅继承了单机版仿真软件的仿真精确高以及操作方便等优点，同时提高了规划仿真的规模与效率，很大程度上解决了网络规划规模的不断增大与计算机处理能力有限之间的矛盾。

无线网络规划；分布式；协议

无线网络规划是无线网络建设的基础，无线网络规划方案的好坏、精确与否直接影响了无线网络质量和后期网络优化的工作量。随着无线网络的不断发展，基站的分布范围越来越广泛，网络的建设规模也在不断地增加。因此，在实际的无线网络规划中，就需要进行大量的计算才能得到一个通信网络的整体规划结果。为了提高规划效率与精确性，在无线网络规划过程中通常使用专业的规划工具软件进行规划设计。无线网络规划软件已成为无线网络规划中不可缺少的工具，软件质量的好坏，直接影响无线网络规划的质量。

1 现有无线网络规划软件的不足

目前，业界比较流行的无线网络规划工具软件通常为单机工具软件，其在操作的方便性与仿真的精确性都能较好地满足规划工作要求。但是，单机版仿真软件在实际的网络规划工作中会受到计算机硬件处理能力的影响和限制。例如现有的无线网络规划工具只能在单独一台计算机上运行，计算机CPU的处理能力会限制规划工具的效率；计算机内存空间也会限制无线网络规划的规模。随着无线网络仿真规模的不断扩大以及仿真算法复杂度的不断提高，单机版仿真功能在规模与效率方面已很难满足实际网络仿真需求。

基于以上问题，提出一种解决方案，利用网络上比较空闲的计算机进行协同仿真，将超大规模仿真区域通过算法智能划分成多个规划区域，将每个区域作为一个仿真任务分配到其它计算机上并行进行仿真，最终再将仿真结果传送回来进行合并，这样，规划软件仿真规模和效率将会成多倍提高，从而很大程度提高规划设计人员的工作效率。

2 基于任务的分布式无线网络规划仿真系统

本文提出一种基于任务的分布式无线网络规划仿真的方法，所谓基于任务，即分布式计算机每个节点负责一个规划区域的仿真工作，即一项仿真任务。

2.1 分布式系统的逻辑拓扑结构

分布式规划仿真系统基于星型的逻辑拓扑结构，如图1所示。

图1 分布式仿真系统的逻辑拓扑结构

在星型的拓扑结构中有一台主机，以及多台从机节点。其中，主机作为分布式仿真的总控制台，负责建立仿真工程、配置仿真参数、分配方针任务以及汇总处理仿真结果等工作。各个从机节点在主机启动分布式功能后可以通过协议连接到主机，并且在整个通信阶段通过协议与主机进行信息交互。当主机分配任务时，与从机进行交互，包括仿真工程数据的传送、仿真任务的分配。仿真过程中，从机通过协议向主机报告仿真进度，当从机完成仿真时会与主机进行通信进行仿真结果的传送，主机会将从机的仿真结果汇总、处理，最终进行显示。另外，如果在仿真过程中出现异常情况，主机与从机也会根据协议进行通信以确定下一步工作。在全部分布式仿真过程中，主机可以与多台从机进行通信，而每台从机只能与主机进行通信，从机之间不能两两进行通信。

2.2 分布式系统的协议说明

在进行分布式仿真时主机与从机节点是通过协议进行通信的，所谓协议，是保证主机与从机节点保持同步作用的。在本系统中，主机与从机节点的基本网络通信协议采用TCP/IP协议，通过远程对象调用技术进行实现，并在此基础上封装了与自身业务相关的逻辑协议。下文将具体介绍通过逻辑协议进行一次分布式仿真任务的仿真流程。

（1）网络中发起分布式计算的计算机会成为主机，同时主机会建立分布式守听对象作为代理，称为分布式守听代理，该代理会监听网络中其它计算机发出的分布式连接请求。

（2）网络中除主机之外的其它计算机会向网络中以广播的方式发出分布式连接请求。

（3）当主机的分布式守听对象接收到某从机的连接请求后，会首先建立为此从机服务的专线对象，称为主机专线代理（每台从机都会有对应的代理对象），并将该对象作为代理为此从机服务，供从机进行远程调用。

（4）主机分布式守听对象会向从机发出连接建立成功消息。

（5）从机接收到连接建立成功消息后会建立为主机服务的专线对象作为代理，称为从机专线代理，与主机进行交互，供主机进行远程调用。若从机等待一段时间未收到连接建立成功消息或受到连接建立失败消息，则该通信过程完成并退出。

（6）从机会向主机发出注册请求。

（7）主机的专线代理接收到对应从机发出的注册请求后，会通知主机，在本地为此从机进行注册。

（8）主机注册成功后会返回注册成功消息，若注册失败，则会返回注册失败消息。该消息会通过主机专线代理返回给从机。

（9）从机收到注册成功消息后会向主机专线代理发送获取同步命令码请求，其中同步命令码包含继续获取（等待）、获取工程数据、仿真、断开连接等信息。

（10）主机专线代理接收到获取从机的同步码请求后，向主机发出请求以获取对应从机的同步命令码。

（11）主机向从机专线代理发出获取从机性能信息的请求。

（12）从机专线代理收到请求后会向从机获取本机性能信息，该信息中包含IP地址、CPU信息、硬盘和内存等信息。

（13）从机接到通知后，会通过从机专线代理将从机性能信息返回给主机。

（14）主机在分析各节点从机性能后，为从机分配同步命令码并将同步命令码通过主机专线代理返回给从机。

（15） 从机获得同步命令码后，如果命令码为获取仿真工程数据，则向主机专线代理发送获取规划仿真工程数据请求，主机专线代理向对应从机传送（返回）所需规划仿真工程数据。

（16） 传输完毕，从机会通知主机专线代理数据传输完成。主机专线代理接到通知后会再通知主机，对应从机完成数据传输。

（17） 从机继续向主机专线代理发送获取同步命令码请求。

（18） 主机专线代理将获取同步命令码请求通知主机。

（19） 主机为每台从机分配仿真具体任务信息，并通过主机专线代理向从机发返回进行仿真的同步命令码。

（20） 从机向主机代理发送获取仿真任务信息请求，其中，仿真任务信息包括针对哪一块规划区域进行仿真，仿真具体进行到哪一步算法等。

（21）主机代理将仿真任务信息返回给对应从机。

（22）从机开始进行仿真，仿真过程中从机会向主机专线代理发送进度信息，主机专线代理会将接收到的进度信息通知主机。

图2 分布式仿真时序图

（23） 从机仿真完毕，会通知主机专线代理仿真完毕。

（24） 主机专线代理接收到仿真完毕通知，会向从机专线代理发送获取仿真结果请求。

（25） 从机专线代理接收到获取仿真结果请求后，将仿真结果返回给主机专线代理从而等待主机处理。

（26） 仿真结果传输完毕后，主机专线代理会通知从机仿真完毕（结果获取完毕）。

（27） 从机得到仿真完毕通知后，向主机专线代理发送获取同步命令码请求。

（28） 主机专线代理获取同步命令码请求并通知主机。

（29） 主机响应获取的同步码请求，通过主机专线代理返回断开连接命令码（也可以是其它同步命令码或继续下一次仿真流程）。

（30） 从机向主机专线代理返回确认断开连接消息。断开连接。

图2为分布式网络规划仿真系统完成一次仿真的时序图。

3 软件功能

基于任务的分布式仿真功能已经在中国移动设计院自主研发的LTE无线网络规划软件ANPOP（Advanced Network Planning & Optimizing Platform）中得到实现，并应用于中国移动TD-LTE规模试验网以及扩大规模试验网网络规划仿真中，成功满足各地工程组对于大规模仿真的需求。下文对分布式仿真部分功能进行展示。

（1）主机配置仿真参数：从机与主机建立连接后，主机进行仿真参数配置。

（2）主机等待从机仿真消息：当主机与从机完成工程数据以及仿真任务同步后，从机即开始进行仿真。

（3）主机查看从机性能信息。规划人员在为从机分配任务时需要了解从机相关的CPU使用率、内存占用率等信息。

（4）从机连接主机：从机在开始分布式仿真之前需要与主机进行连接。

（5）从机进行仿真：从机在接收主机分配的仿真任务后随即进行仿真。

4 结束语

无线网络规划对于无线网络建设的重要性不言而喻，随着移动通信的迅猛发展，运营商对于无线网络建设的规模、质量以及规划效率等内容的要求也达到了新的高度。单机版无线网络规划软件虽然在准确性与操作性上对于网络规划工作的贡献很大，但是其单台计算机的性能限制已逐渐无法满足大规模无线网络规划的要求。基于任务的分布式无线网络仿真系统将多个任务分配给网络上多台计算机并行工作，使无线网络规划仿真软件在保持了仿真准确性以及操作方便性的基础上很大程度上解决了大规模无线网络规划仿真的规模与效率问题。

Task-based distributed wireless network planning simulation design

CHEN Yan-lei, HAN Yun-bo, DONG Jiang-bo, LI Nan
(China Mobile Group Design Institute Co. , Ltd., Beijing 100080, China)

Task-based distributed wireless network planning simulation tool is introduced from process design, logical protocols and software features. Task-based distributed wireless network planning simulation tool not only inherited features of high precision and easy operation of the stand-alone version of the simulation software, while improving the planning simulation scale and eff i ciency, largely solved the contradiction between increasing of the size of the network planning and limited processing power of computers.

wireless network planning; distributed; protocols

TN929.5

A

1008-5599（2013）12-0044-04

2013-08-28