基于任務(wù)的分布式無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃仿真設(shè)計

陳燕雷, 韓云波, 董江波, 李楠

（中國移動通信集團(tuán)設(shè)計院有限公司, 北京 100080）

基于任務(wù)的分布式無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃仿真設(shè)計

陳燕雷, 韓云波, 董江波, 李楠

（中國移動通信集團(tuán)設(shè)計院有限公司, 北京 100080）

從流程設(shè)計、邏輯協(xié)議以及軟件功能展示的角度介紹了基于任務(wù)的分布式網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃仿真工具?；谌蝿?wù)的分布式無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃仿真工具不僅繼承了單機(jī)版仿真軟件的仿真精確高以及操作方便等優(yōu)點(diǎn)，同時提高了規(guī)劃仿真的規(guī)模與效率，很大程度上解決了網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃規(guī)模的不斷增大與計算機(jī)處理能力有限之間的矛盾。

無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃；分布式；協(xié)議

無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃是無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的基礎(chǔ)，無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方案的好壞、精確與否直接影響了無線網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和后期網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的工作量。隨著無線網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，基站的分布范圍越來越廣泛，網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)規(guī)模也在不斷地增加。因此，在實(shí)際的無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中，就需要進(jìn)行大量的計算才能得到一個通信網(wǎng)絡(luò)的整體規(guī)劃結(jié)果。為了提高規(guī)劃效率與精確性，在無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃過程中通常使用專業(yè)的規(guī)劃工具軟件進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計。無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃軟件已成為無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中不可缺少的工具，軟件質(zhì)量的好壞，直接影響無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的質(zhì)量。

1 現(xiàn)有無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃軟件的不足

目前，業(yè)界比較流行的無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工具軟件通常為單機(jī)工具軟件，其在操作的方便性與仿真的精確性都能較好地滿足規(guī)劃工作要求。但是，單機(jī)版仿真軟件在實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工作中會受到計算機(jī)硬件處理能力的影響和限制。例如現(xiàn)有的無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工具只能在單獨(dú)一臺計算機(jī)上運(yùn)行，計算機(jī)CPU的處理能力會限制規(guī)劃工具的效率；計算機(jī)內(nèi)存空間也會限制無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的規(guī)模。隨著無線網(wǎng)絡(luò)仿真規(guī)模的不斷擴(kuò)大以及仿真算法復(fù)雜度的不斷提高，單機(jī)版仿真功能在規(guī)模與效率方面已很難滿足實(shí)際網(wǎng)絡(luò)仿真需求。

基于以上問題，提出一種解決方案，利用網(wǎng)絡(luò)上比較空閑的計算機(jī)進(jìn)行協(xié)同仿真，將超大規(guī)模仿真區(qū)域通過算法智能劃分成多個規(guī)劃區(qū)域，將每個區(qū)域作為一個仿真任務(wù)分配到其它計算機(jī)上并行進(jìn)行仿真，最終再將仿真結(jié)果傳送回來進(jìn)行合并，這樣，規(guī)劃軟件仿真規(guī)模和效率將會成多倍提高，從而很大程度提高規(guī)劃設(shè)計人員的工作效率。

2 基于任務(wù)的分布式無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃仿真系統(tǒng)

本文提出一種基于任務(wù)的分布式無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃仿真的方法，所謂基于任務(wù)，即分布式計算機(jī)每個節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)一個規(guī)劃區(qū)域的仿真工作，即一項仿真任務(wù)。

2.1 分布式系統(tǒng)的邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

分布式規(guī)劃仿真系統(tǒng)基于星型的邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 分布式仿真系統(tǒng)的邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

在星型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中有一臺主機(jī)，以及多臺從機(jī)節(jié)點(diǎn)。其中，主機(jī)作為分布式仿真的總控制臺，負(fù)責(zé)建立仿真工程、配置仿真參數(shù)、分配方針任務(wù)以及匯總處理仿真結(jié)果等工作。各個從機(jī)節(jié)點(diǎn)在主機(jī)啟動分布式功能后可以通過協(xié)議連接到主機(jī)，并且在整個通信階段通過協(xié)議與主機(jī)進(jìn)行信息交互。當(dāng)主機(jī)分配任務(wù)時，與從機(jī)進(jìn)行交互，包括仿真工程數(shù)據(jù)的傳送、仿真任務(wù)的分配。仿真過程中，從機(jī)通過協(xié)議向主機(jī)報告仿真進(jìn)度，當(dāng)從機(jī)完成仿真時會與主機(jī)進(jìn)行通信進(jìn)行仿真結(jié)果的傳送，主機(jī)會將從機(jī)的仿真結(jié)果匯總、處理，最終進(jìn)行顯示。另外，如果在仿真過程中出現(xiàn)異常情況，主機(jī)與從機(jī)也會根據(jù)協(xié)議進(jìn)行通信以確定下一步工作。在全部分布式仿真過程中，主機(jī)可以與多臺從機(jī)進(jìn)行通信，而每臺從機(jī)只能與主機(jī)進(jìn)行通信，從機(jī)之間不能兩兩進(jìn)行通信。

2.2 分布式系統(tǒng)的協(xié)議說明

在進(jìn)行分布式仿真時主機(jī)與從機(jī)節(jié)點(diǎn)是通過協(xié)議進(jìn)行通信的，所謂協(xié)議，是保證主機(jī)與從機(jī)節(jié)點(diǎn)保持同步作用的。在本系統(tǒng)中，主機(jī)與從機(jī)節(jié)點(diǎn)的基本網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議采用TCP/IP協(xié)議，通過遠(yuǎn)程對象調(diào)用技術(shù)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，并在此基礎(chǔ)上封裝了與自身業(yè)務(wù)相關(guān)的邏輯協(xié)議。下文將具體介紹通過邏輯協(xié)議進(jìn)行一次分布式仿真任務(wù)的仿真流程。

（1）網(wǎng)絡(luò)中發(fā)起分布式計算的計算機(jī)會成為主機(jī)，同時主機(jī)會建立分布式守聽對象作為代理，稱為分布式守聽代理，該代理會監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)中其它計算機(jī)發(fā)出的分布式連接請求。

（2）網(wǎng)絡(luò)中除主機(jī)之外的其它計算機(jī)會向網(wǎng)絡(luò)中以廣播的方式發(fā)出分布式連接請求。

（3）當(dāng)主機(jī)的分布式守聽對象接收到某從機(jī)的連接請求后，會首先建立為此從機(jī)服務(wù)的專線對象，稱為主機(jī)專線代理（每臺從機(jī)都會有對應(yīng)的代理對象），并將該對象作為代理為此從機(jī)服務(wù)，供從機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)用。

（4）主機(jī)分布式守聽對象會向從機(jī)發(fā)出連接建立成功消息。

（5）從機(jī)接收到連接建立成功消息后會建立為主機(jī)服務(wù)的專線對象作為代理，稱為從機(jī)專線代理，與主機(jī)進(jìn)行交互，供主機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)用。若從機(jī)等待一段時間未收到連接建立成功消息或受到連接建立失敗消息，則該通信過程完成并退出。

（6）從機(jī)會向主機(jī)發(fā)出注冊請求。

（7）主機(jī)的專線代理接收到對應(yīng)從機(jī)發(fā)出的注冊請求后，會通知主機(jī)，在本地為此從機(jī)進(jìn)行注冊。

（8）主機(jī)注冊成功后會返回注冊成功消息，若注冊失敗，則會返回注冊失敗消息。該消息會通過主機(jī)專線代理返回給從機(jī)。

（9）從機(jī)收到注冊成功消息后會向主機(jī)專線代理發(fā)送獲取同步命令碼請求，其中同步命令碼包含繼續(xù)獲?。ǖ却?、獲取工程數(shù)據(jù)、仿真、斷開連接等信息。

（10）主機(jī)專線代理接收到獲取從機(jī)的同步碼請求后，向主機(jī)發(fā)出請求以獲取對應(yīng)從機(jī)的同步命令碼。

（11）主機(jī)向從機(jī)專線代理發(fā)出獲取從機(jī)性能信息的請求。

（12）從機(jī)專線代理收到請求后會向從機(jī)獲取本機(jī)性能信息，該信息中包含IP地址、CPU信息、硬盤和內(nèi)存等信息。

（13）從機(jī)接到通知后，會通過從機(jī)專線代理將從機(jī)性能信息返回給主機(jī)。

（14）主機(jī)在分析各節(jié)點(diǎn)從機(jī)性能后，為從機(jī)分配同步命令碼并將同步命令碼通過主機(jī)專線代理返回給從機(jī)。

（15） 從機(jī)獲得同步命令碼后，如果命令碼為獲取仿真工程數(shù)據(jù)，則向主機(jī)專線代理發(fā)送獲取規(guī)劃仿真工程數(shù)據(jù)請求，主機(jī)專線代理向?qū)?yīng)從機(jī)傳送（返回）所需規(guī)劃仿真工程數(shù)據(jù)。

（16） 傳輸完畢，從機(jī)會通知主機(jī)專線代理數(shù)據(jù)傳輸完成。主機(jī)專線代理接到通知后會再通知主機(jī)，對應(yīng)從機(jī)完成數(shù)據(jù)傳輸。

（17） 從機(jī)繼續(xù)向主機(jī)專線代理發(fā)送獲取同步命令碼請求。

（18） 主機(jī)專線代理將獲取同步命令碼請求通知主機(jī)。

（19） 主機(jī)為每臺從機(jī)分配仿真具體任務(wù)信息，并通過主機(jī)專線代理向從機(jī)發(fā)返回進(jìn)行仿真的同步命令碼。

（20） 從機(jī)向主機(jī)代理發(fā)送獲取仿真任務(wù)信息請求，其中，仿真任務(wù)信息包括針對哪一塊規(guī)劃區(qū)域進(jìn)行仿真，仿真具體進(jìn)行到哪一步算法等。

（21）主機(jī)代理將仿真任務(wù)信息返回給對應(yīng)從機(jī)。

（22）從機(jī)開始進(jìn)行仿真，仿真過程中從機(jī)會向主機(jī)專線代理發(fā)送進(jìn)度信息，主機(jī)專線代理會將接收到的進(jìn)度信息通知主機(jī)。

圖2 分布式仿真時序圖

（23） 從機(jī)仿真完畢，會通知主機(jī)專線代理仿真完畢。

（24） 主機(jī)專線代理接收到仿真完畢通知，會向從機(jī)專線代理發(fā)送獲取仿真結(jié)果請求。

（25） 從機(jī)專線代理接收到獲取仿真結(jié)果請求后，將仿真結(jié)果返回給主機(jī)專線代理從而等待主機(jī)處理。

（26） 仿真結(jié)果傳輸完畢后，主機(jī)專線代理會通知從機(jī)仿真完畢（結(jié)果獲取完畢）。

（27） 從機(jī)得到仿真完畢通知后，向主機(jī)專線代理發(fā)送獲取同步命令碼請求。

（28） 主機(jī)專線代理獲取同步命令碼請求并通知主機(jī)。

（29） 主機(jī)響應(yīng)獲取的同步碼請求，通過主機(jī)專線代理返回斷開連接命令碼（也可以是其它同步命令碼或繼續(xù)下一次仿真流程）。

（30） 從機(jī)向主機(jī)專線代理返回確認(rèn)斷開連接消息。斷開連接。

圖2為分布式網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃仿真系統(tǒng)完成一次仿真的時序圖。

3 軟件功能

基于任務(wù)的分布式仿真功能已經(jīng)在中國移動設(shè)計院自主研發(fā)的LTE無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃軟件ANPOP（Advanced Network Planning & Optimizing Platform）中得到實(shí)現(xiàn)，并應(yīng)用于中國移動TD-LTE規(guī)模試驗(yàn)網(wǎng)以及擴(kuò)大規(guī)模試驗(yàn)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃仿真中，成功滿足各地工程組對于大規(guī)模仿真的需求。下文對分布式仿真部分功能進(jìn)行展示。

（1）主機(jī)配置仿真參數(shù)：從機(jī)與主機(jī)建立連接后，主機(jī)進(jìn)行仿真參數(shù)配置。

（2）主機(jī)等待從機(jī)仿真消息：當(dāng)主機(jī)與從機(jī)完成工程數(shù)據(jù)以及仿真任務(wù)同步后，從機(jī)即開始進(jìn)行仿真。

（3）主機(jī)查看從機(jī)性能信息。規(guī)劃人員在為從機(jī)分配任務(wù)時需要了解從機(jī)相關(guān)的CPU使用率、內(nèi)存占用率等信息。

（4）從機(jī)連接主機(jī)：從機(jī)在開始分布式仿真之前需要與主機(jī)進(jìn)行連接。

（5）從機(jī)進(jìn)行仿真：從機(jī)在接收主機(jī)分配的仿真任務(wù)后隨即進(jìn)行仿真。

4 結(jié)束語

無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃對于無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重要性不言而喻，隨著移動通信的迅猛發(fā)展，運(yùn)營商對于無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的規(guī)模、質(zhì)量以及規(guī)劃效率等內(nèi)容的要求也達(dá)到了新的高度。單機(jī)版無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃軟件雖然在準(zhǔn)確性與操作性上對于網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工作的貢獻(xiàn)很大，但是其單臺計算機(jī)的性能限制已逐漸無法滿足大規(guī)模無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的要求?；谌蝿?wù)的分布式無線網(wǎng)絡(luò)仿真系統(tǒng)將多個任務(wù)分配給網(wǎng)絡(luò)上多臺計算機(jī)并行工作，使無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃仿真軟件在保持了仿真準(zhǔn)確性以及操作方便性的基礎(chǔ)上很大程度上解決了大規(guī)模無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃仿真的規(guī)模與效率問題。

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